基于三维地理信息技术的地籍管理系统的设计与实现.doc

基于三维地理信息技术的地籍管理系统的设计与实现昆明土地公公科技有限公司 摘要：本文以丽江市古城区三维地籍管理信息系统，介绍三维地理信息技术在地籍管理中的应用，对三维地籍管理信息系统的航拍、三维建模、系统架构等关键环节进行介绍和探讨。关键词：三维地理信息平台 地籍管理 航拍 高精度航片 三维建模引言随着计算机科学技术的发展，地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）已在国土行业中得到了越来越广泛的应用。然而，目前在国土行业中的广泛应用主要还是基于二维的地理信息技术系统，其空间表现和分析能力都有着一定的局限性。三维GIS与二维GIS一样，需要具备最基本的空间数据处理功能，如数据获取、数据组织、数据操纵、数据分析和数据表现等。相比于二维GIS，三维GIS具有以下优势：1 空间信息的展示更为直观。从人们懂得通过空间信息来认识和改造世界开始，空间信息主要是以图形化的形式存在的。然而，用二维的图形界面展示空间信息是非常抽象的，只有专业的人士才懂得使用。相比二维GIS，三维GIS为空间信息的展示提供了更丰富、逼真的平台，使人们将抽象难懂的空间信息可视化和直观化，人们结合自己相关的经验就可以理解，从而做出准确而快速的判断。毫无疑问，三维GIS在可视化方面有着得天独厚的优势。虽然三维GIS的动态交互可视化功能对计算机图形技术和计算机硬件也提出了特殊的要求，但是一些先进的图形卡、工作站以及带触摸功能的投影设备的陆续问世，不仅完全可以满足三维GIS对可视化的要求，还可以带来意想不到的展示和体验效果。 2 多维度空间分析功能更加强大。空间信息的分析过程，往往是复杂、动态和抽象的，在数量繁多、关系复杂的空间信息面前，二维GIS的空间分析功能常具有一定的局限性，如淹没分析、地质分析、日照分析、空间扩散分析、通视性分析等高级空间分析功能，二维GIS是无法实现的。由于三维数据本身可以降维到二维，因此三维GIS自然也能包容二维GIS的空间分析功能。三维GIS强大的多维度空间分析功能，不仅是GIS空间分析功能的一次跨越，在更大程度上也充分体现了GIS的特点和优越性。构建三维地籍管理信息系统（以下简称系统），不仅是对“一张图管地”、土地管理精细化及二维地籍图运用的延伸，还是对三维地图与城镇地籍管理相结合的综合应用，该系统还具有表达上的直观性，交互操作的灵活性等特点，为国土资源部门提供了一个直观、多用途的智能化工作平台。本文以丽江市古城区三维地籍管理信息系统（以下简称古城区三维地籍系统）为例，提出了构建一种基于三维地理信息技术的地籍管理信息系统的方法，并在实际的工程中得到了实现。一 系统的特点及其难点（1） 基于WebService的面向服务架构体系。实现三维数据的网络（1Mbps）发布；实现高效、准确的3DGIS分析；支持数据、服务分布式部署与服务器集群。（2） 宏伟真实的三维场景显示。能够同屏显示几十平方公里真实三维场景，实现从全球、城市到街区、室内三维场景的平滑浏览；支持喷泉、焰火、动画广告、半透明等多种特效；实现骨骼动画和物体碰撞，可模拟真人、汽车和飞机等；硬件配置要求低，支持ATI、NVIDIA、INTER等显卡。（3） 建筑物与地形的三维可视。真正实现对任意建筑物、地形的360度旋转浏览，视角可在俯视仰视之间灵活调整。（4） 航片、建筑物与地籍图的套合。基于1980西安坐标系，将数字高程模型、影像、矢量地籍图和建筑物三维模型进行集成，达到航片、建筑物与地籍图的套合。（5） 具有传统的地籍管理的功能。实现地籍管理业务信息的分析、查询、统计、输出的信息化。包括方便快捷的三维地理空间对象和宗地属性数据双向查询，各种统计报表的自动生成，国土资源信息的空间统计分析等功能。（6） 独立性与共享性。在为国土资源部门提供一个直观、多用途的智能化工作平台的同时，也可以作为其它部门、其它行业的一个公共的基础三维地理信息平台，如：为旅游、公安、建设等部门提供三维地理信息平台的服务。二 整体架构1 目标（1） 以宗地为对象，以地籍管理为核心，结合三维地理空间信息技术，建立三维城镇地籍信息库(包括历史资料信息)，实现以三维立体建筑、地形为呈现形式的国土资源地籍信息的综合展示与应用；（2） 三维地籍图形和属性数据相互查询，各种统计报表的自动生成，空间统计分析等功能；（3） 系统应具备三维立体、直观、便于使用、便于决策、易于宣传等特点，同时，作为一个三维地理空间信息的公共平台，又具有可用于其它各种行业的应用的共享性。2 整体思路利用三维地理空间信息技术平台Uniscope，在2.5米的sopt5卫片与现有快鸟数据的基础上，先进行航拍，生成0.1m的航片，然后通过实地拍照测量，进行三维建筑建模，同时，基于三维地理空间信息平台，进行系统的开发，最后将地籍信息与航片、卫片、三维模型进行集成，架构成为古城区三维地籍系统。3 系统架构空间数据Data Earth China三维地籍系统系统功能开发影像DEM高程数据ArcSDE二调地籍数据库三维模型分析查询浏览4 二维地籍数据与三维模型的结合古城区三维地籍系统采用三维地理空间信息系统与ArcSDE结合的形式，来实现二维矢量数据与模型、影像、高程等三维数据的结合，ArcSDE扩展服务提供实时连接ArcSDE GeoDatabase数据库服务，以实现二、三维一体化。ArcSDE与三维地理空间信息系统分别安装于两台服务器上，ArcSDE部署在Windows XP环境下，三维地理空间信息系统部署在Linux环境下，通过配置代理服务以实现跨操作系统平台的访问。5 三维GIS平台软件作为我国第一个集数据与软件一体化的三维地理空间信息系统，数据地球（中国）（Data Earth China）是在国家高技术研究发展计划（863计划）地球观测与导航技术领域项目支持下，由中国资源卫星应用中心、北京视宝卫星图像有限公司和北京星天地信息科技有限公司三家联合研发的新一代自主产权的三维地理空间信息服务平台。该平台集成了国内领先的Uniscope三维GIS引擎技术，覆盖全域的高分辨率卫星影像（CBERS-02B、SPOT5）、较高精度的地形高程数据、导航用道路和POI等矢量信息，是数据和平台，航天和航空、宏观和微观、矢量和栅格相结合的新一代三维地理信息产品。它在城市应急指挥、国防信息化建设、国土资源管理、城市规划、环境保护、灾害防治、电力、交通、测绘、石油、海洋房产等各个行业都将有广泛的应用前景。图1 数据地球（中国）（Data Earth China）6 航拍高精度航片由昆明土地公公科技有限公司和相关单位合作进行拍摄。利用安装了3900万像素CCD摄像机的无人机进行航拍，所获取的航片精度为0.1m。以此为基础构建的古城区三维地籍系统，航片即可在电脑上的古城区三维地籍系统中使用，也可通过打印为各种效果的图件进行使用，为各级领导及有关部门的指挥决策提供直观、真实可靠的依据。7 三维建模建模部分为三维地籍管理信息系统的基础，为三维地籍管理信息系统提供模型数据，主要工作包括：数据采集、模型建制、质量检验、后期制作。三 应用效果地籍系统地籍管理三维数据系统设置图层管理查询统计分析测量分析三维漫游图层管理地图操作（1） 查询宗地信息图数互查：主要以应用为目的，进行图、属互查。按属性信息，查找对应的图形位置及相关信息，也可由图形目标查询其关联的属性信息。比如，根据宗地的三维建筑物，可查询该宗地的权属情况，宗地使用年限等等相关信息。反过来，可以查询某一单位的三维建筑、地籍图、航片，能够实现图形和属性信息的双向查询，如由宗地号、权利人名称查询土地登记和权属等属性信息，并通过图形的方式在三维地理空间信息平台上自动定位，并显示位置、航片、宗地属性和三维建筑的相关资料。图1 三维地理信息平台中的高清航片（上）与起伏地形（下）（2） 分析可以实现基于DEM和Model的三维空间距离量算、地表距离量算、面积量算、地表面积量算等分析功能，在满足国土业务需求的同时，也可以用于工程、规划、水利等行业的基本应用。图2 垂直距离量算（3） 统计可统计出选定区域、格网内的各种地籍信息，如：宗地数量、建筑面积、容积率等，也可根据指定条件对宗地进行查询统计。（4） 输出可以将所需的数据文件输出、打印，如：宗地图、界址点成果表、审批表、宗地统计表、指定区域的三维地图等数据的输出、打印。（5） 浏览视图：可同时显示其三维建筑、地籍图、航片，也可根据需要显示指定的要素；操作：包括放大、缩小、漫游等操作功能，利用鼠标和键盘实现三维地图平移、缩放、俯仰、旋转等基本操作。图3 在系统中可多角度自由旋转的三维模型（6） 编辑画点、画线、画多边形，建立立体几何物体；能进行图层编辑，主要包括增删图层、修改图层名称、图层状态编辑、修改图层次序、打开关闭图层等功能。（7） 宣传展示可以设置进行自动飞行展示，也可以手动操控展示，如：以第一人称、第三人称视角进行交互控制，并实现在运动过程中对地形和地面建筑物的游览与