（地图学与地理信息系统专业论文）上海市警用三维gis系统开发.pdf

e a s tc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y ( n o 10 2 6 9 ) m s t h e s i s ，2 0 1 0 n o ：5 1 0 7 0 8 0 1 0 5 3 d e v e l o p m e n t o f3 dg i s f o rs h a n g h a ip u b l i c s e c u r i t yb u r e a u s c h o o l ：r e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t a ls c i e n c e d e p a r t m e n t ：g e o g r a p h y s p e c i a l t y ：c a r t o g r a p h ya n dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m m a j o rf i e l d ：d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fg i s s u p e r v i s o r ：p r o f j i a n p i n gw u g r a d u a t e ：m e i j u a nz h o u s h a n g h a i ，c h i n a m a y ，2 0 1 0 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文上海市警用三维g i s 系统开发，是在华东师范 大学攻读硕士博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究 成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期：知f 矿年上月爻6 日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 上海市警用三维g i s 系统开发系本人在华东师范大学攻读学位期间在导师指导 下完成的硕功博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果归华东师范大学所有。本人 同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主管部门和相关机构如国 家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东 师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位 论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或 者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部 或“涉密 学位论文宰， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( u2 不保密，适用上述授权。 导师签名本人签名因量趱 o oa o 年j 月曲日 宰“涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位 论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上 述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用 上述授权) 。 周美娟硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 孙建中教授上海城市发展信息研究中心主席 周红妹教授级高工上海海洋气象遥感中心 束炯教授华东师范大学 过仲阳副教授华东师范大学 李响副教授华东师范大学 静坤 ；1 华东师范人学2 0 1 0 届硕l 学位论文 摘要 与二维g i s 相比，三维g i s 对客观世界的表达能给人以更真实的感受，它 不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且能描述和表达它们之问的垂向关系。 随着近年来测绘技术、计算机与网络技术的飞速发展，三维g i s 已渐渐突破技术 瓶颈，代表着未来g i s 的一个重要发展方向。 g i s 技术目前已在包括公安等领域得到广泛应用，但目前的应用主要是二维 g i s 。这种形式的系统虽满足了公安部门的日常管理工作需要，但二维g i s 公安 系统在三维定位及信息展现的直观性方面存在着局限性，而这在公安部门的一些 工作( 如突发事件处理、警务飞行等) 中是至关重要的。 s k y l i n et e r r a s u i t e 系列软件是世界领先的三维地理信息软件，为用户自 主创建生动逼真的三维交互场景提供了极其优秀的平台。丰富的a p i 使用户可以 根据需求自定义自己的界面，无论是基于网络的应用程序还是桌面程序都可以实 现包含用户进行自定义的所有必要的软件，来建立属于自己的三维可视化解决方 案。然而随着应用的深入，基于s k y l i n e 的三维g i s 在三维海量数据网络传输中 的负担较大、三维模型数据不够优化、三维g i s 在决策支持层面上功能较薄弱等 问题也日渐凸显。 本文在总结了国内外三维g i s 技术研究进展，分析警用g i s 平台开发现状的 基础上，研究如何建立b s 架构的基于s k y l i n e 的上海市公安局三维警用g i s 平台。本文在实践研究的基础上，对创建并网络发布海量三维地形做了深入的探 讨，同时对海量三维模型( 7 5 0 0 0 余个) 的优化、管理、加载与网络发布的关键 技术进行了深入的研究，大大提高了海量三维场景的客户端显示效率。 目前，上海市公安局警用二维g i s 平台的应用较为成熟，而三维警用g i s 尚处于起步阶段。本文深入研究如何将基于s k y li n e 平台的上海市警用三维g i s 平台与现有的上海公安二维警用地理信息平台集成，实现二三维无缝切换；深入 研究如何充分利用已有的公安数据资源，在三维警用地理信息平台上实现公安信 息查询、最短路径飞行、视频监控、房屋信息查询等警用业务功能，为公安部门 分析处理重大事件等提供更为得力的工具。 同时，针对公安现有的轨道交通站点三维实景系统，研究如何将三维实景系 统与警用三维g i s 平台集成，尤其在面临突发事件时可使公安部门通过警用三维 g i s 平台方便地查看地下站点空间布局，浏览查看地铁站内部情况和重要警用设 施的位置。 关键词：警用三维g i s ，s k y l i n e ，三维场景构建，网络发布 华东师范大学2 0 1 0 届硕十学位论文 a b s t r a c t c o m p a r i n gw i t h2 dg i s ，3 dg i sc o u l ds h o wt h eg e o g r a p h i ce n v i r o n m e n ti na m u c hm o r er e a l i s t i cw a y , w h i c hc o u l de x p r e s st h ev e r t i c a la sw e l la st h ep l a n e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns p a t i a lo b j e c t s w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n t so fm a p p i n g t e c h n o l o g y , c o m p u t e rs c i e n c ea n di n t e r n e tt e c h n o l o g y , 3 dg i sh a sg r a d u a l l y o v e r c o m ei t st e c h n i c a lb o t t l e n e c k sa n dh a sb e c o m ea ni m p o r t a n td e v e l o p m e n t o r i e n t a t i o no fg i s t h et e c h n o l o g yo fg i sh a sb e e nw i d e l ya p p l i e di n t om a n yi n d u s t r i e ss u c ha s p o l i c ea d m i n i s t r a t i o n ，w h o s em a i na p p l i c a t i o ni s2 dg i si n s t e a do f3 dg i s a l t h o u g h 2 dg i sh a sm e tt h ed e m a n d so ft h ed a i l ym a n a g e m e n ti nt h ep u b l i cs e c u r i t y d e p a r t m e n t s ，i th a sl i m i t a t i o n si nt h r e e - d i m e n s i o n a lp o s i t i o n i n ga n dv i s u a ld i s p l a yo f g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n ，w h i c hb e a r sg r e a ti m p o r t a n c ei nc e r t a i nw o r ko fp u b l i c s e c u r i t yd e p a r t m e n t ss u c ha se m e r g e n c ym a n a g e m e n t ，p o l i c ef l y i n g ，e t c s k y l i n et e r r a s u i t es o f t w a r ei st h ew o r l d sl e a d i n gt h r e e - d i m e n s i o n a lg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e ms o f t w a r e ，w h i c hp r o v i d e sag o o dp l a t f o r mf o rp e o p l et oc r e a t ea v i v i dt h r e e d i m e n s i o n a l i n t e r a c t i v es c e n e i t sa p la l l o w su s e r st oc u s t o m i z et h e i ro w n 3 dg i sp l a t f o r m ，w h i c hc o u l db ew e b - b a s e do rd e s k t o pa p p l i c a t i o n h o w e v e r , m a n y p r o b l e m ss u c ha st h eb u r d e no fm a s s i v e3 dd a t at r a n s m i s s i o n ，l e s so p t i m i z a t i o no f3 d m o d e ld a t a ，t h ew e a k n e s so fd e c i s i o ns u p p o r to f3 dg i sh a v eb e c o m em o r ea n d m o r e o b v i o u s t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h ec u r r e n td e v e l o p m e n to fp o l i c eg i sa sw e l la st h e r e s e a r c hp r o g r e s so f3 dg i s n a t i o n a l l ya n di n t e r n a t i o n a l l y t h i sp a p e rf o c u s e s o nh o w t od e v e l o pt h ew e b b a s e d3 dg i sf o rp o l i c eb a s e do ns k y l i n e g l o b ee n t e r p r i s e s o f t w a r e b a s e do np r a c t i c ea n dr e s e a r c h ，t h eo p t i m i z a t i o n ，m a n a g e m e n t ，l o a da n d w e br e l e a s eo f3 dm o d e l si nl a r g eq u a n t i t i e sa sw e l la st h ec r e a t i o na n dw e br e l e a s eo f 3 dt e r r a i nh a v eb e e nd i s c u s s e di n t h i sp a p e r , w h i c hh e l pt oe n h a n c et h ee f f i c i e n c yo f d i s p l a y i n gt h r e e - d i m e n s i o n a ls c e n e n o w a d a y s ，2 dp o l i c eg i sh a sb e e nw i d e l ya p p l i e di ns h a n g h a ip u b l i cs e c u r i t y b u r e a u ，w h i l et h ea p p l i c a t i o no f3 dp o l i c eg i si ss t i l li ni t si n f a n c y t h i sp a p e r d i s c u s s e sh o wt oi n t e g r a t et h ew e b b a s e d3 dg i sw i t ht h e2 dg i sf o rs h a n g h a i p u b l i cs e c u r i t yb u r e a u ，h o wt of u l l yu t i l i z et h ee x i s t i n gd a t as o u r c ei ns h a n g h a i n 华东师范火学2 0 1 0 届硕士学位论文 p u b l i cs e c u r i t yb u r e a ua n dr e a l i z ep o l i c eb u s i n e s s 。r e l a t e df u n c t i o n ss u c ha sp u b l i c s e c u r i t yi n f o r m a t i o ni n q u i r y , t h es h o r t e s tp a t ha n a l y s i s ，v i d e o s u r v e i l l a n c ea n d h o u s i n gi n f o r m a t i o ni n q u i r y , w h i c hp r o v i d em o r ee f f e c t i v et o o l sf o rp u b l i cs e c u r i t y d e p a r t m e n t st od e a lw i t hs o m em a j o re v e n t s a l s o ，h o wt oi n t e g r a t ee x i s t i n g3 dv i r t u a ls y s t e m sf o ru n d e r g r o u n dr a i l w a y s t a t i o ni ns h a n g h a ip u b l i cs e c u r i t yb u r e a uw i t ht h ew e b - b a s e d3 dg i sf o rp o l i c eh a s b e e nd i s c u s s e di nt h i sp a p e r p o l i c e m e ni np u b l i cs e c u r i t yd e p a r t m e n t sc o u l de a s i l y s e et h es p e c i a ll a y o u ti nt h eu n d e r g r o u n dr a i l w a ys t a t i o n ，f i n d i n go u tt h ee x a c t p o s i t i o no fi m p o r t a n tp o l i c ef a c i l i t i e s ，e s p e c i a l l y w h e nb e i n gf a c e dw i t hc e r t a i n e m e r g e n c ye v e n t s k e yw o r d s ：3 dp o l i c eg i s ，s k y l i n e ，c r e a t i o no f3 ds c e n e ，i n t e m e tr e l e a s e 华东师范大学2 0 1 0 届硕l 学位论文 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 研究现状2 1 2 1 国内外三维g i s 的研究现状2 1 2 2 三维g i s 系统3 1 2 3 警用g i s 系统4 1 3 研究内容和意义6 第二章系统总体设计7 2 1 系统技术路线7 2 2 服务器部署路线8 2 3 系统总体设计9 2 3 1 系统结构设计9 2 3 2 客户端运行环境要求1 0 2 4 系统功能设计1 0 第三章三维场景构建与网络发布1 2 3 1 三维地形数据集构建1 2 3 2 三维地形数据集网络发布1 5 3 2 1t e r r a g a t e 软件介绍1 5 3 2 2 网络发布木m p t 三维地形文件一1 6 3 2 3 网络发布木t b p 三维地形工程1 8 3 3 建筑物模型数据预处理及优化1 8 3 3 1 建筑物模型格式转换一1 9 3 3 2 三维模型分区县显示2 0 3 3 3s t r e a m i n g 加载方式2 1 3 4 建筑物模型数据网络发布2 3 3 5 矢量图层网络发布2 3 3 5 1s f s 软件介绍2 3 3 5 2s f s 发布矢量图层2 4 3 6 创建并网络发布三维场景工程文件2 6 3 6 1 三维场景工程创建2 6 3 6 2 三维场景工程网络发布2 9 第四章警用三维地理信息平台功能开发3 0 4 1 三维场景浏览和量测分析3 0 4 2 标绘批注3 0 4 3 查询定位3 1 4 4 热点导航3 3 4 5 图层控制3 3 4 6 二三维联动。3 3 4 7 三维警用业务3 4 华东师范大学2 0 1 0 届硕十学位论文 第五章系统演示3 7 5 1 系统登陆3 7 5 2 三维浏览漫游。3 8 5 3 测量分析3 9 5 4 标绘批注4 l 5 5 查询定位4 3 5 5 热点导航4 5 5 6 图层控制4 7 5 7 二三维联动4 7 5 8 三维警用业务4 8 第六章结论与展望- _ 5 7 6 1 论文工作总结5 7 6 2 不足之处与进一步工作5 7 参考文献5 9 后记( ；：! 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，以下简称g i s ) 是一种决策支 持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统的定义是由两个部分组成的。 一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论 和方法的一门新兴的交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以 地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空问的和动态的 地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统【1 1 。随着信息技术的不 断发展，地理信息系统借助于计算机技术广泛应用于人类生活的各大领域，如计 算机绘图和路线规划、科学调查、资源管理、发展规划等。随着矢量模型、数字 高程模型和栅格模型等二维g i s 空间数据模型的成熟，人们试图从三维空间的 角度获取并处理地理信息，特别是三维g i s 与虚拟现实、图形学理论、人工智 能等技术的结合应用，使三维g i s 更加真实地表现现实世界，也更符合用户的 需求【刃。 二维g i s 本质上是基于抽象符号的系统，存在着自身难以克服的缺陷，不 能给人以自然界的本源感受。二维g i s 将现实世界简化为平面上的二维投影的 概念模型注定了它在描述三维空间现象上的无能为力。三维g i s 对客观世界的 表达能给人以更真实的感受，它以立体造型给用户展现地理空间现象，能方便地 对空间对象进行三维空间分析和操作1 3 j 。 1 9 9 8 年1 月3 1 日，美国副总统戈尔在i l i 乖l 福尼亚科学中心发表了题为“数 字地球：认识2 1 世纪我们这颗星球”的演讲，率先提出了“数字地球”( d i g i t a l e a r t h ) 的概念1 4 1 。在报告中，戈尔指出“我们需要一个数字地球，一个多分辨率，三维 的数字地球。在数字地球中可以集成进大量的地理数据 i s 】。戈尔的演讲得到了 各国各界的积极响应，“数字地球 一词迅速风靡全球。 数字地球的核心技术之一是三维地理信息系统，即以空间信息为基础，综合 运用遥感、虚拟现实、全球定位系统、计算机网络等技术，在计算机中真实地反 映出一个城市的真实外貌，其内容主要包含城市中的地形、建筑物、道路、地下 管线以及与此相关的大量人文、社会属性等。目前，在与城市建设相关的诸多领 域中如城市规划、房地产、物业管理、旅游等部门都迫切需要构建具有强大三维 华东师范人学2 0 1 0 届硕士学位论文 可视化功能的三维g i s 系纠刚，同时，在国土海洋、军事、环保、综合应急、虚 拟旅游、无线通信基站选址、地下管线等领域，三维g i s 也具有重要的实际意 义。 1 2 研究现状 1 2 1 国内# b - - - ：维g i s 的研究现状 随着三维g i s 空间技术的研究、推广和普及的不断升温，几乎所有g i s 软 件都额外增加了三维模块，有些还具有三维查询与三维分析功能。国内外企业和 研究机构投入大量人力物力参与到三维g i s 的研究与开发领域，研制出一批各 具特色的三维g i s 软件。 美国e s r i 公司的a r c g i sd e s k t o p 中，a r c g l o b e 和a r c s c e n e 是可用于三维 场景展示的程序。a r c g l o b e 是a r c g i s 9 0 之后出现的新产品，其设计的初衷是用 于展示大数据量的场景，支持对栅格和矢量数据无缝的显示。a r c g l o b e 基于全 球视野，所有数据均投影到球面地理坐标，并对数据进行分级分块显示。为提高 显示效率，a r c g l o b e 按需将数据缓存到本地，矢量数据可以进行栅格化。a r c s c e n e 是一个适合于展示三维透视场景的平台，可以在三维场景中漫游并与三维矢量与 栅格数据进行交互。a r c , s c e n e 是基于o p e n g l 的，支持t i n 数据显示。显示场 景时，a r c , s c e n e 会将所有数据加载到场景中，矢量数据以矢量形式显示，栅格 数据默认会降低分辨率来显示以提高效掣7 j 。 美国e r d a s 公司开发的e r d a si m a g i n e 软件，其中的i m a g i n e v i r t u a l g i s 应用模块可用于三维可视化与分析。它基于o p e n g l ，是强大的三维 可视化分析工具，它超越了简单的三维显示或者建立简单的飞行穿行观察 ( f l y t h r o u g h ) ，使用户能在真实的模拟地理信息环境中交互处理，既能增强或查 询叠加在三维表面上影像的像元值及相关属性，还能可视化，风格化和查询地图 矢量层的属性信息。它的洪水层及分析插件可创建洪水淹没层，可局部或全区域 根据水面的高程来立体地观察淹没范围。对于局部洪水淹没地区可实时计算出某 一高程洪水水面淹没的表面积和水的体积，这对于洪水灾前预测非常方便。 美国研发的s k y l i n et e r r a s u i t e 系列软件是利用航空影像、卫星数据、数字高 程模型和其它的2 d 或3 d 信息源，包括g i s 数据集等创建的一个三维交互式环 境。它能够允许用户快速地融合数据、更新数据库，并且有效地支持大型数据库 2 华东师范大学2 0 1 0 届硕上学位论文 和实时信息流通讯技术，此系统还能够快速和实时地展现给用户3 d 地理空间影 像。t e r r a s u i t e 是独立于硬件之外、多平台、多功能一套软件系统。由t e r r a b u i l d e r ， t e r r a e x p l o r e rp r o ，t e r r a g a t e 三个主要产品组成，分别负责建立三维地理信息数据 库、创建三维场景及三维地理信息的网络发布。t e r r a e x p l o r e rp r o 向用户开放了 t e r r a e x p l o r e ra p i ，并提供了t e r r a d e v e l o p e r 二次开发包，以便用户定制自己的 应用程序【引。 北京国遥新天地信息技术有限公司历时2 年多研发的e v - g l o b e 三维g i s 平 台具备对包括地表、地下、水下、天空、太空在内的全空间三维可视化能力，集 成了最新的地理信息和三维软件技术，具有大范围的、海量的、多源的数据一体 化管理和快速三维实时漫游功能。e v - g l o b e 以数字地球方式对地球空间系统内 的自然地物、人工设施、天气现象、人类活动进行一体化显示，用户还可在其中 看到烟雾、尘暴、火焰以及下雨、下雪等特殊效果。e v - g l o b e 支持三维空间查 询、分析和运算，可与常规g i s 软件集成，提供全球范围基础影像资料，方便 快速地构建三维空间信息服务系统，亦可快速在二维g i s 系统完成向三维的扩 展，是新一代的大型空间信息服务平台。但它对外并不提供二次开发包，不便用 户定制自己的应用程序1 9 1 。 北京灵图公司的v r m a p 是一个基于组件的三维g i s 平台，是基于d i r e c t x 和o p e n g l 的。该软件具有基本的三维空间分析功能，如量测分析、查询统计、 两点通视分析、地形分析、日照分析和洪水分析等。 1 2 2 三维g i s 系统 近年来，三维g i s 在三维数据获取、三维空间数据模型、三维拓扑关系的 描述和表达、三维可视化和三三维空间分析等方面都取得了较为显著的研究进展 【1 0 l 。研究和开发三维g i s 的方向可归纳为两类。一类是从三维可视化角度出发 的。与二维g i s 相比，三维g i s 对客观世界的表达能给人以更真实的感受，它 不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且能描述和表达它们之间的垂向关系 【1 1 l 。由于三维g i s 可将地理数据变为符合人们视觉习惯的地理信息，因此人们 开始研究三维g i s 的可视化领域，这类似于早期的二维g i s 来源于计算机制图 管理一样，都是从可视化角度出发的。另一类是从数据库的角度向三维g i s 发 展的，从商用数据库向非标准应用领域扩展，将三维空间信息的管理融入 r d b m s 中，或是从底层开发全新的面向对象的o o d b m s ( o b j e c t o r i e n t e d 3 华东师范人学2 0 1 0 届硕上学位论文 d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，以对象形式对数据建模的数据库管理系统 ( d b m s ) 。如g o d o ，g e 0 0 2 ，g e o + + ，s m a l l w o r l dg i s 1 2 1 。 m a s r y 和k a v o u r a s 在1 9 8 7 开发了最早的三维g i s 系统，该系统用于矿产资 源评估和开采【1 3 】，该三维系统具有一些简单的空间分析能力。b a k 和m i l l 于1 9 8 9 年开发了三维地理资源管理系统1 1 4 1 ，这个原型系统虽存在许多不足，但在空间 分析能力上取得了较大的进步。 1 9 9 4 年b r e u n i g ，b o d e 和c r e m e r s 开发了三维g i s 原型系鲥”】，他们研究如 何将几何操作嵌入到面向对象数据库( o b j e c t o r i e n i e dd a t a b a s e ) 管理系统中，并解 决了许多地理空间查询问题，如相交和相并等。 日本京都大学综合了g i s 、虚拟现实和社会科学等，历时三年完成了“d i g i t a l c i t yk y o t o 项目，建立了一个集属性信息显示，虚拟城市显示，用户实时漫游 为一体的数字京都【1 6 1 。德国r o s t o c k 的斯图加特大学等研究机构目前正联合研究 三维g i s 在数字城市中的应用，并针对一些城市建立了比较完整的模拟系统【r 7 1 。 常歌( 2 0 0 1 ) 利用已有的数字高程模型数据、立体测图地物数据，在o p e n g l 和v c + + 平台上研发了数字城市景观系统( c i t y v i e w ) 。该系统还集合了其他基础 地理资料( 全野外测量数据、地形图数字化数据以及建筑物外表结构与纹理数据 等) ，获取城市区域的三维景观信息并进行一体化建模，制作三维城市景观图， 能以图层的形式管理三维城市景观图【1 8 】。 在三维数据结构方面，李德仁、李清泉提出了基于八叉树与四面体的三维 g i s 混合数据结构【1 9 】，陈军、郭薇提出了一种顾及维数的三维空间拓扑关系描述 框架，李青元提出了基于五组拓扑关系的三维g i s 数据结构。 在数据传输方面【2 0 】。【矧，b e r t o l o t t o 和e g e n h o f e r i 纠( 2 0 0 1 ) 首先提出了针对 矢量数据渐进式传输的概念性框架。杨必胜【冽( 2 0 0 5 ) 真正实现了矢量地图数 据渐进式传输，所提出的方法除了能处理曲线还可以直接处理曲面。 2 0 0 7 年m a r kh a r r o w e r 和b e ns h e e s l e y 分析了目前三维g i s 系统的地图中 采用的帮助用户辨明方向的四个方法一地理网格、地标、铁路线路、指南针的 有效性。研究发现，指南针基本可以帮助用户无误地辨明三维地图中浏览的方向， 铁路线路以及地理网格可有效地帮助用户在三维地图中辨明浏览的方向，而地标 的导向性作用基本没有1 2 6 】。 1 2 3 警用g i s 系统 4 华东师范大学2 0 1 0 届硕十学位论文 警用地理信息系统( p g i s ) 是指利用空间地理信息技术，以电子地图为基 础，以信息共享和综合利用为目标，实现公安基础信息基于空间电子地图的可视 化查询和分析，提高在决策指挥、快速反应、反恐等方面的能力，并借助空间分 析功能和可视化表达功能，进行各类辅助决策，为治安管理、警力部署、安全警 卫等公安业务提供有效的分析部署意见的综合性应用平台【2 刀。 公安行业管理所涉及的信息是多方面的，且绝大多数警务信息都与“地”息 相关。警务人员运用g i s 技术，将各类警务业务信息在地图上直观定位展示， 可对警务起到决策支持作用。如：美国的威斯康辛州公安执法部门将该州2 0 0 1 年到2 0 0 3 年涉毒案件的发生率用g i s 专题制图的方式表现出来，研究并分析各 类毒品案件在地理空间的分布情况，并根据分析结果进行决策指挥和警力部署， 从而有效地降低涉毒犯罪率的发型硎。英国全国治安改善局( n p i a ) 将威尔士 及英格兰当地的案发信息定位于地图上并在公网上发布，使得民众可查看自己所 住社区一周前的案发情况，及时引起相应的警惕并采取防范措施，有效避免类似 案件的再次发生【2 9 】- 【3 。 自上世纪9 0 年代以来，越来越多的公安部门开始建设警用地理信息系统， 目前应用比较成熟的是二维警用地理信息平台。二维g i s 基本实现了与警用业 务相关的各种功能，如：g i s 地图显示功能、地图操作功能( 放大、缩小、全图、 测量等) 、警用地图功能( 案发点及报警点实时定位、交通流量显示、视频监控、 警用设备信息录入及显示等) 、显示g p s 警车功能、地图查询及定位功能、绘图 功能( 绘制点、线、多边形及警用图元) 等。这种形式的系统虽满足了公安部门 的日常管理工作需要，但由于二维g i s 是将三维的空间信息映射为二维的平面 信息，不可避免地在表现方法上过于抽象，不符合人们的真实视觉习惯。二维警 用地理信息平台在三维定位及信息展现的直观性方面存在着局限性，而这在公安 部门的一些工作( 突发事件处置、反恐演练等) 中是至关重要的。 近年来，三维可视化与虚拟现实技术在国外安全部门和警察部门越来越受到 重视，国内也在这方面开展了一些工作，如：我国的2 0 0 8 奥运安保地理信息系 统，实现了地图操作、奥运场馆信息定位查询、安全保卫及警务信息在三维电子 地图上的全方位展示的功能，系统在b s 客户端浏览地图非常迅速，较高地满足 系统的实战需求，在第2 9 届奥林匹克运动会、第1 3 届残奥会期间的安保工作中 发挥了巨大作用。大连市沙河口区公安分局采用b s 的技术框架，开发了大连市 公安局警务指挥系统，系统实现了三维地图浏览、基础信息地名查询、预警方案 5 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 查询、路线查询和空间位置定位以及视频监控的功能【3 2 】。 目前警用三维地理信息系统的建设尚处于起步阶段，在保持海量三维模型的 浏览流畅、把现有公安二维系统中的数据整合到三维场景上、将现有二维警用地 理信息系统集成到三维警用地理信息系统中以及针对特定业务( 如实有人口信息 查询、警务模拟飞行等) 提供相应的分析和决策支持模块方面还有待进一步的发 展与提高。 1 3 研究内容和意义 本文针对现有三维警用地理信息系统存在的不足，研究如何利用 t e r r a e x p l o r e ra p i ，采用b s 架构建立公安三维g i s 应用系统。系统能以浏览上 海全市的三维场景( 包括航空影像数据、矢量图层、重点建筑物等信息) ，并整 合到公安部门原先的二维g i s 系统中，并根据公安业务需求开发相应的业务功 能。本文所做的研究从以下几个方面展开： ( 1 ) 系统地研究s k y l i n e t e r r a s u i t e 系列软件，深入探讨如何利用t e r r a b u i l d e r 更快更有效地构建海量三维地形数据集；研究如何运用t e r r a g a t e 、s f s 网络发 布三维地形数据集和矢量图层。随着计算机技术及网络技术的发展，- 如何利用 i n t e m e t 进行三维地理信息的可视化是地理信息系统研究的热点之一。 ( 2 ) 深入探讨海量三维模型( 约7 5 0 0 0 多个) 优化、加载与网络发布的关 键技术。在三维场景中发布海量模型并保持浏览流畅是当前三维g i s 研究的热 点之一。 ( 3 ) 深入研究如何将基于s k y l i n e 平台开发的警用三维g i s 系统与上海市 公安局二维警用地理信息平台集成，实现二三维无缝切换；深入研究如何在三维 警用地理信息平台上实现公安信息查询、最短路径飞行、视频监控、房屋信息查 询等警用业务功能：同时研究如何与公安现有的地铁站三维实景系统集成。 6 华东师范大学2 0 1 0 届硕l ：学位论文 第二章系统总体设计 上海市警用三维g i s 系统采用b s 架构，旨在提供客户端一个展示全上海 市三维场景的平台，在该平台上用户可以查看三维场景内各个对象的属性，进行 道路和热点名称的查询与定位，并实现与警务相关的数据查询等功能。 2 1 系统技术路线 系统构建的技术路线主要包括四个部分数据源的准备、三维场景数据构 建、三维场景数据的网络发布和系统功能的开发。 1 ) 数据源的准备 本系统所需要的数据源有：遥感数据、矢量图层、三维建筑物模型数据、道 路及热点属性表。 遥感数据为覆盖整个上海市范围、0 2 5 m 影像分辨率、w g s 8 4 坐标系的t i f 格式遥感影像图，数据总量大小约为4 0 0 g ，影像数据总共为9 4 4 6 张；矢量图层 包括覆盖整个上海市范围的区县边界面图层、视频监控点图层、地铁站点出入口 图层、消防栓点图层、各大娱乐单位点图层、道路中心线图层和表示三维建筑物 位置的点图层；三维建筑物模型数据包括由上海市测绘院和房地局提供的格式为 * 3 d s 的7 5 0 0 0 余个三维建筑物模型；道路属性表包括带有路名的道路起止点坐 标表、有精确地理坐标的道路门牌号表、道路交叉口表；热点属性表是指存放热 点名称及相应地理坐标的属性表( 表2 - 1 ) 。 表2 - 1 上海市警用三维6 i s 数据源 数据类型格式描述 遥感影像 t i f 上海市0 2 5 米分辨率遥感影像图 三维模型 3 d s 上海市建筑物模型，总数7 5 0 0 0 多个 矢量图层s h p上海市区县边界面图层、视频监控点图层、各火娱乐单位 点图层、地铁站点出入口图层、消防栓点图层、道路中心 线图层、表示三维建筑物模型位置的点图层 道路及热点导航o r a c l e 数带有路名的道路起止点坐标表、有精确地理坐标的道路门 属性表据库表牌号表、道路交叉口表、存放热点名称及相应地理坐标的 属性表 7 华东师范大学2 0 1 0 届硕一i ：学位论文 2 ) 三维场景数据的构建 在s k y l i n e t e r r a s u i t e 系列软件中，利用t e r r a b u i l d e r ( 下文简称t b ) 软件， 以遥感影像或者数字高程模型为数据源生成的地形文件统称为三维地形数据集， 其格式为宰m p t 。本系统以全上海市约4 0 0 g 的遥感影像图为数据源，用t b 生成 三维地形数据集；用第三方软件( 如d e e pe x p l o r a t i o n ) 将7 5 0 0 0 余个宰3 d s 模型 数据转换为幸x 格式，再用t e r r a e x p l o r e r 自带的工具m a k e x p l e x e 将木x 格式转换 为采x p l 格式；再用t e r r a e x p l o r e rp r o ( 下文简称t ep r o ) 加载网络发布的三维 地形数据集、矢量图层及7 5 0 0 0 余个木x p l 格式的模型数据，构建幸f l y 三维场景 工程。 3 ) 三维数据网络发布 采用s k y l i n