基于Skyline的企业总图3维信息系统

第３２卷第２期　２００９年４月　测绘与空间地理信息　ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬ　ｌＮＦＯＲＭＡＴｌｏＮ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏｌ＿３２．Ｎｏ．２　Ａｐｒ．，２００９　基于Ｓｋｙｌｉｎｅ的企业总图３维信息系　统　李志宽　（保定新星石化工程股份有限公司，河北保定０７１０５１）　摘　要：３维技术以其直观、眩目的表现力深受人们喜爱。利用３ｓ技术和Ｓｋｙｌｉｎｅ开发平台，可以构建大型企业３　维地理信息系统，以满足企业设计部门和资产管理部门对基础地理信息的需求。兼容原有２维系统的总图３维　信息系统，将为企业的日常管理、设计施工、分析统计、规划决策等提供更加可靠、直观、多层次、多功能的综合服　务信息。　关键词：总图３维信息系统；ＧＰＳ；ＲＳ；ＧＩＳ；Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ；Ｓｋｙｌｉｎｅ；Ｔｅ￣ａＧａｔｅ；卫星影像；ＭＰＴ；ＣＯＭ；ＤＷＧ　中图分类号：Ｐ２０８　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—５８６７（２００９）０２—００８６—０４　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｋｙｌｉｎｅ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｍａｐ　３　Ｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　ＬＩ　Ｚｈｉ—ｋｕａｎ　（Ｂａｏｄｉｎｇ　Ｎｅｗｓｔａｒ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂａｏｄｉｎｇ　０７１０５１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：３Ｄ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｓ　ｄｅｅｐｌｙ　ｌｏｖｅｄ　ｂｙ　ｐｅｏｐｌｅ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｅｙｅ—ｃａｔｃｈｉｎｇ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｆｏｒｃｅ．Ｕｓｉｎｇ　３Ｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｓｋｙｌｉｎｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｐｌａｔｆｏｒｍ，３Ｄ　ＧＩＳ　ｆｏｒ　ｌａｒｇｅ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｂｕｉｌｔ，ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄｓ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｆａｃｉｌｉｔｙ　ｍａｎａｇｅ—　ｍｅｎｔ　ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ　ｏｆ　ｆｏｒｍｅｒ　２Ｄ　Ｓｙｓｔｅｍ，Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｍａｐ　３Ｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｗｏｕｌｄ　ｐｒｏ—　ｖｉｄｅ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　ｗｉｔｈ　ｍｏｒｅ　ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ，ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ，ｍｕｈｉｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ｄａｉｌｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃ，ｐｌａｎ　ａｎｄ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｍａｐ　３　Ｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＰＳ；ＲＳ；ＧＩＳ；Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ；Ｓｋｙｌｉｎｅ；Ｔｅ￣ａＧａｔｅ；ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｉｍａｇｅ；ＭＰＴ；ＣＯＭ；ＤＷＧ　Ｏ　引　言　随着空间技术、计算机技术、信息技术和通讯技术的　以上技术是实现３维数字影像地球的核心技术，随着　“Ｇｏｏｇｌｅ　Ｅａｒｔｈ”的出现，进一步推动了这些技术的发展和　应用。目前，国内外关键技术的研究应用日趋成熟，一些　发展，出现了以３ｓ（全球定位系统、遥感、地理信息系统）　技术为代表的现代测绘科学技术，使测绘学科从理论到　手段发生了根本性的变化。在３Ｓ技术的集成中，ＧＰＳ主　高科技公司已能提供功能强大、性能卓越的开发平台，为　实现新一代总图管理信息系统提供了技术保障。　为了进一步强化系统的可视化特性，需要获取丰富　的地理空间数据。目前，可以利用的地理空间数据来源　主要有３个：　要用于实时、快速地提供目标的空间位置；ＲＳ用于实时、　快速地提供大面积地表物体及其环境的几何与物理信　息，以及它们的各种变化；ＧＩＳ则是对多种来源时空数据　的综合处理分析应用平台。　１）美国航空航天局（ＮＡＳＡ）ＳＲＴＭ卫星影像，全国　９０　ｍ分辨率数字高程数据，可用于构建３维地形；　虚拟现实技术（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ）也是一门信息领域的　前沿技术，是近几年来国内外科技界关注的一个热点。　它利用各种人机交互技术为人类在现实空间之外创造了　２）商用卫星影像服务公司购买的低分辨率（＞１５　ｌＩ１）　广域卫星影像；　３）商用卫星影像服务公司购买的高分辨率（＜１　ｍ）　局域卫星影像。　１　３Ｄ　ＧＩＳ——ＳｋｙｌｉｎｅｓＯｆｔ　ＴｅｒｒａＳｕｉｔ　为了实现真正的３维可视化，Ｓｋｙｌｉｎｅｓｏｆｉ与相关的地　另一个尽可能真实的、互动的虚幻世界，使人类可以漫步　其中，体验最真实的虚拟真实空间，不受任何限制地在自　己的梦想中散步。虚拟现实技术已经广泛应用于航空、　军事、工程等科技领域，并将作为一种先进的技术手段更　为广泛地应用于我们的日常生活中。　收稿日期：２００８—１１一１０　理信息系统组织机构进行协作，研发了高效专业的Ｓｋｙ一　作者简介：李志宽（１９６７一），男，河北抚宁人，　程师，学士，１９９０年毕业于武汉测绘科技大学Ｔ程测量专业，主要从事企业总图３维　信息系统的开发Ｔ作。　第２期　李志宽：基于Ｓｋｙｌｉｎｅ的企业总图３维信息系统　８７　ｌｉｎｅ　ＴｅｒｒａＳｕｉｔｅ　３维地理信息系统软件。包含如下：　１）ＴｅｒｒａＢｕｉｌｅｒ　迅速创建、编辑和维护３维地形数据库合成软件；　２）ＴｅｒｒａＥｘｐｌｏｒｅｒ　Ｐｒｏ　创建、编辑、注记和发布照片实景效果３维场景的强　大便捷软件工具；　３　ＴｅｒｒａＥｘｐｌｏｒｅｒ　交互式３维地理信息浏览器；　４）Ｔｅ￣ａＧａｔｅ　基于网络实时传输海量３维地理数据的高性能服务　器软件。　在桌面环境，ＴｅｒｒａＥｘｐｌｏｒｅｒ　Ｐｒｏ可以直接读取本地地　形数据和地面／地下的模型数据；或者，通过ＴｅｒｒａＧａｔｅ服　务器，从网络环境读取数据。　ＴｅｒｒａＢｕｉｌｄｅｒ将卫星影像数据和高程数据合成，压缩　成地形数据文件（ＭＰＴ文件），此文件格式完成了影像金　字塔的分级建立，彻底解决了大数据量（全球）影像数据　的分级（远、近级别）显示问题。　根据需要，ＴｅｒｒａＥｘｐｌｏｒｅｒ　Ｐｒｏ触发读取区域特定的　２Ｄ，３Ｄ和ＧＩＳ数据，无论是本地数据库，还是网上的外部　ＧＩＳ数据库；这种机制，使它可以满足用户最终的观察需　要，同样完成Ｓｋｙｌｉｎｅ相关的其他工作。　Ｔｅ￣ａＧａｔｅ把地形数据以流文件方式在网上通过可　变带宽来无缝传输，而不受网络连接的反应时间或中断　等影响。只要最初的影像以低分辨率的形式被接收到，　用户不必等待全部的数据帧下载到本地机上就能够动　态浏览３维地形，实现“边看边下载”。这项突破技术能　够以一种平滑和令用户满意的方式无缝显示海量数据　影像。　图１桌面环境配置　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｅｓｋｔｏｐ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｓｋｙｌｉｎｅ融合了ＷＦＳ／ＷＭＳ服务，为网络海量矢量数　据快速传输和２维地图服务提供了强大的支撑。　２总图３维信息系统技术实现　根据企业总图管理的特点和需求，我们决定采用　ＳｋｙＬｉｎｅ平台技术，构建新一代厂区总图管理信息系统，即　总图３维信息系统。　基础平台采用Ｓｋｙｌｉｎｅ开发平台，使用ｃ＃２００８编程　语言及ＣＯＭ开发技术，分别构筑单机版与网络版软件系　统。在系统构建时，考虑与ＡｕｔｏＣＡＤ系统实现无缝转换。　图２网络环境配置　Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　２．１　系统架构　总图３维信息系统结构如图３所示。　厂区总图３维地理信息系统以数据库为核心，以满足　不同类型的应用。因此，厂区总图３维信息系统细分为两　个子系统：　１）２维地理信息部分实现２维电子地图的浏览、地图　动态生成、信息查询、数据分析、打印和数据修改等；　２）３维地理信息完成３维实景的多角度观察，量测、　信息查询和辅助分析等；　３）２维部分与３维部分使用的数据一致，即采用厂区　实际探测和测量的数据，以地物类别为基础，进行分层整　理、信息补充和软件转化，形成２维与３维数据。２维数　据采用ＥＳＲＩ的Ｓｈａｐｅ文件格式，以便分层管理与应用，数　据包括２维几何信息和属性数据。３维数据包括地面数　据与地下数据两大部分，地面数据以卫星影像（或航空影　像）为衬底，在此基础上根据地物的３维位置、尺寸、外观　等，进行实景模型建立，地下数据主要包括地下管线及其　附属设施，根据３维位置、尺寸以及分层颜色进行建立。３　维属性信息与２维Ｓｈａｐｅ文件一起存储，用于２维与３维　窗口上的属性查询。　２．２　系统功能　１）地图打印　提供标准图幅裁剪方式，任意图幅裁剪方式，切割图　形，打印输出。　２）图面进行任意位置勾选　输出ＤＷＧ图形，实现与ＡｕｔｏＣＡＤ系统的无逢衔接。　３）地图库管理　提供海量地形数据管理功能，方便快捷；实现图层间　的任意组合。　４）地图动态标注　充分利用属性数据，选择属性，进行图面标注。　５）图面显示属性　对点状地物实现动态符号显示、对线状地物实现动　态线形显示、对面状地物实现动态填充显示；根据地物属　性对地物进行分类颜色显示，便于观察与检索。　６）输入编辑　８８　测绘与空间地理信息　２００９年　１［　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．＿Ｊ　图３　总图３维信息系统结构图　Ｆｉｇ．３　Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｍａｐ　３Ｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　以地物对象为基础，提供方便的设备设施输入、输　１１）管网横断面　出、编辑、删除等手段，构造并自动维护网络拓扑关系，建　根据国家技术规范，生成任意剖面的管网横断面，实　立各类地理对象的空间数据库及属性数据库。　现切割面物体等比例显示、浏览观察、标注显示、属性查　７）水管线的流向表示与模拟分析　询和打印输出等。　流向显示、阀门断水与故障点上寻（根据管线泄露　ｌ２）管网纵断面　点，上行寻找需关闭的阀门）。　根据国家技术规范，生成任意管段的管段纵断面，实　８）定位工具　现沿管段的展开等比例显示、浏览观察、标注显示、属性　对整个厂区范围进行分级定位，提供区划、地名等多　查询和打印输出等。　种方式的检索定位手段（支持模糊查找）。　ｌ３）坐标转换　９）高级ＳＱＬ查询　根据坐标参数设置，实现多种坐标系统下的图形显　根据属性条件，输入条件表达式，判断表达式的合法　示，以及不同坐标系数据在同一坐标系下的无缝衔接。　性，然后进行特性查询，查询结果显示为表格；并实现图　１４）设计规范的输入与执行　面定位与同步；同时，可对查询结果进行二次检索。　将相关规范文档制作成ＨＥＬＰ文件，便于查询浏览；　１０）缓冲区分析　对关键的程序功能根据规范要求进行执行与分析。　根据基础图形形状（点、线、矩形、多边形等），设置缓　１５）土方量计算　冲区，对区域内的所有符合条件的地物进行统计分析，碰　根据高程点以及划定区域的标高设置，计算填方与　撞检测等，为规划与设计部门提供准确的分析结果。　挖方　第２期　李志宽：基于Ｓｋｙｌｉｎｅ的企业总图３维信息系统　８９　１６）提供３维全景建模，进行实景模拟　任意角度的３维观察，任意距离的３维缩放、任意路　径的３维飞行，以及预设的固定飞行方式等。　ｌ７）对地下管线物体提供多种观察模式　调整地面物体通明度的观察模式、地面开窗模式和　纯地下模式。　实景效果的３维场景的强大便捷的软件工具。支持交互　式绘图工具，用于在３维地形模型中创建２维／３维对象、　符号以及专题图层、用户自定义对象、建筑物、文本、位图　和动画等。３维工程数据文件是ＦＬＹ工程文件，可以在客　户端直接调用或通过网络服务器进行调用。　１）建筑物导入　１８）３维量算工具　３维地图上点击、量算多点间的水平距离、空中距离、　垂直距离等；矩形、圆形、任意多边形的周长和面积；显示　导入建筑物图层，输入高度，墙面贴图。　２）装置　根据３维数据，建立３维模型，根据地物中心点，输入　长度、最大和最小坡度比等信息。　３维模型文件。　１９）各种方式的通视判断分析工具　３）管线　两点之间通视判断，弧形视野分析，半球形视野　根据管线坐标数据文件，创建管线３维实体，同时导　分析。　人属性。　２０）最短路径分析　４）独立地物　根据坡度比阀值等设置项，寻求最佳路径；避让建筑　根据独立地物坐标数据文件和所选３维模型文件，创　物，寻求最短路径。　建独立地物实体，同时导人属性。　２１）阴影分析　５）围墙、道路、栅栏、景观等的模型建立。　设置光照时间，对建筑物实现阴影分析，用于辅助设　上述实体建立后均存储在ＦＬＹ文件中，供系统使用。　计等。　２．３．３　２维图形数据与属性数据　２２）办公自动化　１）根据生成的３维图形数据生成２维图形数据，同时　支持Ｃ／Ｓ模式与Ｂ／Ｓ模式，保障不同用户群体的系　输入属性数据。　统的访问、浏览等，真正实现信息共享。　２）管线坐标数据文件或独立地物坐标数据文件创建　２３）多媒体功能　３维图形数据时，生成２维图形数据，同时生成属性数据。　实现视频实时监控和实时定位。　３）手工输入与编辑２维图形数据及属性数据。　２．３　系统数据　整个系统的数据放在服务器上，各个终端通过网络　３　结束语　实现系统数据的读取，系统数据流程如图３所示。系统数　此３Ｄ系统兼容了原有２维总图管理系统。同时，使　据分为３部分：卫星影像数据、３维工程数据和２维图形　用卫星影像压缩技术、３Ｄ建模技术以及其他３Ｄ　ＧＩＳ技　数据与属性数据。　术，完成了地上和地下两大部分数据的实体构建；使用各　２．３．１卫星影像数据　种地上浏览方式和地下浏览模式，以多种方式、从各个角　３维数字影像地球实体的构建前提是准备需要的数　度完成３Ｄ飞行、浏览与查询。影像压缩金字塔技术、流　据，主要包括全球１５　ｍ分辨率的卫星影像、全球９０　ｉｎ分　方式，使网络版本数据读取和显示更平滑。这种新一代　辨率的ＤＥＭ（数字地面模型）和局部地区亚米级高清晰度　总图管理系统为企业总图管理的实用、高效、准确和稳定　卫星影像以及该地区的高精度ＤＥＭ数据。全球１５　ｉｎ影　提供了可靠保障。　像数据和全球９０　ｉｎ　ＤＥＭ数据通过网络下载得到。局部　地区高清晰分辨率的卫星影像从影像数据代理商处购　参考文献：　得，高程数据可现场测量获得。　［１］Ｔｏｔ　Ｂｅｍｈａｒｄｓｅｎ．地理信息系统导论＜第三版）［Ｍ］．北　使用ＴｅｒｒａＢｕｉｌｄｅｒ软件创建、编辑和维护３维地形数　京：机械工业出版社，２００６．　据库，它将影像数据和ＤＥＭ融合成一个３维数字影像地　［２］　徐爱萍，徐武平．组件技术与ＣＯＭ　ＧＩＳ［Ｊ］．测绘信息与　图——Ｍ　文件，该文件具有海量数据处理能力以及无　工程，２００１，２６（２）：３２—３５．　损高比例压缩能力，实现卫星影像的多级缩放。　［３］　史廷玉，黄勇，张志全．面向多种应用的地下综合管线数　２．３．２　３维工程数据　据组织方法的研究［Ｊ］．测绘通报，２００５，（１）：３５—３７．　３维模型数据处理所用到的软件是ＴｅｒｒａＥｘｐｌｏｒｅｒ　Ｐｒｏ。　［责任编辑：王丽欣］　ＴｅｒｒａＥｘｐｌｏｒｅｒ　Ｐｒｏ是一个创建、编辑、注记和发布具有照片