基于ArcGlobe软件的三维国土信息平台系统构建

摘 要：三维GIS具有多维信息处理、表达和分析的特点,可为区域国土管理与决策提供强有力的GIS支持。奉化三维国土信息平台设计界面友好、操作便捷、功能实用；本文介绍了ArcGloge的软件结构及功能,重点研究了奉化三维GIS系统组织、和应用技术,实现奉化地形、建筑、土地利用的真实展现。为国土管理提供了更加形象、直观的管理手段。

关键词：三维；国土；造田选址；DEM；DOM

Backbone ArcGloge software of 3D building

land information platform system

Zhuo Kerong Dong Xuewen Fan Yanfei Liu Chao

(Fenghua land surveying and Planning Institute, Zhejiang Fenghua 315500)

Abstract: 3D GIS has a lot ofcharacteristics, such as multi-dimensional information processing, expression and the analysis, can provides the powerful GIS support for area land management and decision making. The FengHua 3D Information System has friendly interface, convenient operation, functional and practical; This paper introduces the structure and function of the software ArcGloge, focus on the FengHua 3D GIS system organization, distribution and application technology, and realize the terrain, building, FengHua land use real show. Provide intuitive management for the land use manage.

Key words: 3D; land; great location; DEM; DOM

分类号：O343.2

三维GIS具有多维信息处理、表达和分析的特点,可为区域国土管理与决策提供强有力的GIS支持。通过三维地理信息系统建立与国土资源业务系统基础数据的联系，能够把土地利用监测从二维的、静止的过程转化为三维的、立体的过程，采用三维动画形式直观快捷的观察、分析土地利用信息，以更快速、灵活、准确、直观地为土地管理部门、建设单位、用地单位、决策机构和社会各界提供基础数据。

奉化市土地勘测规划院现有勘测定界数据、1:1万基础地理数据、土地利用现状数据（第二次土地调查数据）、基本农田数据、城镇地籍调查数据、数字正射影像（DOM）、数字高程模型（DEM）、历年卫片执法检查数据等，但数据存在：（1）数据数学基础和格式不统一无法叠加使用；（2）没有三维的数据管理平台，给奉化市三维地图的发展带来困难，无法完成业务过程中的造田等分析，无法与奉化市国土资源局现有数据实现集成和共享，浪费了人力、财力和物力，没有充分发挥现有数据的价值。为此，基于ArcGlobe软件构建奉化三维国土信息平台系统，达到以下目的：（1）实现三维数据叠加显示，避免“数据孤岛”现象；（2）实现信息查询、统计、空间分析等功能，挖掘数据的价值；（3）实现国土专题三维模拟展示，提高土地开发进程。

1 ArcGlobe软件平台简介

ArcGlobe是ArcGIS桌面应用——3D Analyst扩展的一部分（像ArcScene.）、其提供了海量地理数据的交互式可视化，允许全球数据、本地数据和街道级数据间的无缝过渡，使用标准的ArcGIS数据源和图层。

软件结构及功能

ArcGlobe支持的数据类型包括ArcGIS栅格数据、ArcGIS要素数据、ArcIMS图层、ArcGIS Server中的MapServer图层；其图层类型包括高程图层、纹理图层、漂浮图层。ArcGlobe是ArcGIS9.0之后出现的新产品，设计用于展示大数据量的场景，基于全球视野，所有数据均投影到全球立方投影(World Cube Projection)下，并对数据进行分级分块显示。

1.2与ArcScene比较存在的优势

ArcGIS Desktop中，可用于三维场景展示的程序为ArcGlobe和ArcScene。ArcScene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。ArcScene是基于OpenGL的，支持TIN数据显示。显示场景时，ArcScene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率。与ArcScene比较，ArcGlobe存在以下优势：（1）ArcGlobe将所有数据投影到球体表面上，使场景显示更接近现实世界。适合于全市大范围内的数据展示。而ArcScene中场景表现为平面投影，适合于小范围内精细场景刻画。（2）ArcGlobe展现海量数据展示与漫游且高速运行。

而ArcScene只适于小数据量小场景精细展示。（3）ArcGlobe支持Terrain数据集但ArcScene不支持。ArcGlobe虽不支持Tin的显示，但支持其作为高程数据加入场景。（4）ArcGlobe中用户可以选择是否将矢量数据栅格化后显示，该功能对注记数据的显示也有很大帮助。用户可以选择将注记(Annotation)附着显示于地球表面或像广告牌一样面向当前用户。而ArcScene中不支持注记(Annotation)数据的显示。在ArcGlobe中矢量数据栅格化后可以大幅提高显示效率，我们在ArcGlobe 场景建设中采取“能够栅格化的矢量数据尽量栅格化”的策略也来自于此。

2 数据模型与组织

三维空间的可视化表达是三维场景中查询功能实现的前提, 而三维空间数据的可视化以三维空间数据的表示方法为前提。奉化三维国土信息平台系统面向奉化市整个区域范围,应用模型主要基于全市整体地形地貌, 根据这种实际应用情况、不同的数据获取方式以及地学对象本身的形态出发, 利用数字高程模型(DEM )、数字正摄影像图(DOM)构建三维虚拟场景。

2.1 影像数据处理

影像数据的处理研究所用的航拍影像数据是经过几何纠正等处理的正射影像，其坐标必须与DLG500地形图数据、土地综合利用数据的坐标保持一致，因此，需对其进行配准。在对海量的影像数据进行整理时，为了符合统一的规范和标准，对数据进行有效组织、管理，便于空间数据的查询、分发等其他应用，使用ArcCatalog 功能建立影像数据库。

奉化三维地形数据的建立需要高程数据、矢量数据、航空和卫星影像数据四类。航空和卫星影像数据经过坐标系的确定与配置、投影转换、金字塔生成、数据加载、黑边处理、白边处理、影像裁剪等处理过程,最终叠加矢量数据和高程数据合成三维地形数据。影像数据坐标系的配置可以用ArcGIS软件来实现,其余过程主要用三维地理数据加工软件ArcGlobe来实现。利用ArcGlobe可融合奉化市大量的影象、高程和矢量数据,以此来创建有精确坐标的奉化市三维模型地形数据。

2.2 三维建模

三维建模质量的好坏，直接影响三维场景能否真实地反映现实世界。因此，需严格遵守以下几点: ①建模房屋长、宽、高应严格按照基础数据实地勘测的数据建立。②房屋模型位置必须与导入房屋轮廓CAD 地形图时的位置一致，不可随意移动。③删除冗余的点、线、面，以及重合线、重叠面，并连接相近或重合的点，保证模型无裂缝。通常，精细模型的多边形数量在2000个以内，简单模型的多边形数量在500个以内。④禁止使用镜像工具，如有镜像物体必须使用XFORM 工具，再使用NORMAL 翻转法线，避免镜像物体导入平台后出现模型偏移、飞出或轴心点错误现象。⑤模型建立后应导出为3ds 格式的文件，以便导入ArcGlobe软件中。

3三维数据库设计

3.1 影像数据库建立

本部分任务是将奉化市土地勘测规划院现有的影像数据进行投影变换、坐标转换、数据入库进而叠加数据高程模型数据库建立影像金字塔。

3.2 数字高程模型数据库建立

本部分任务是将奉化市土地勘测规划院现有的DEM数据进行投影变换、坐标转换、数据入库进而叠加数据影像数据库建立影像金字塔。

3.3 地名数据库建立

本部分任务是将奉化市土地勘测规划院现有的地名数据进行投影变换、坐标转换、属性赋值、数据编码，从而生成地名数据库，加入三维场景定位。

3.4 专题数据库建立

本部分任务是将奉化市土地勘测规划院现有的土地利用现状数据库、土地利用规划数据库、基本农田数据库进行坐标转换，属性赋值。从而生成专题数据库，加入三维场景分析。

3.5 数据集成

研究使用的数据主要有航拍影像、三维模型和shape 格式的属性数据，包括地名数据、土地利用现状数据、土地利用规划数据等。将其导入可视化平台ArcGlobe中，以实现城市三维GIS。上述3种数据的坐标完全一致，但是ArcGlobe 使用的是WGS-84 坐标系统。因此，在数据集成时需设定相应的投影转换参数，使其与WGS-84 坐标系统一。

4 系统设计与实现

系统基于Visual Studio2008、ArcEngine9.3、ArcGlobe9.3的开发环境，采用目前主流的软件架构，采用.net开发架构，支持C/S模式（如图1），支持Oracle数据管理。系统采用3层体系结构，以数据库为基础，采用中间件和组件技术，实现了三维数字国土信息浏览、数据管理、统计查询等应用，提供良好的人机交互界面。系统界面采用当前流行的office2007风格，界面简介美观。

图1 系统结构

4.1三维GIS 的功能实现

利用ArcGlobe作为基础平台，开发三维国土信息平台，利用DEM和DOM建立三维地形模型，加上各种土地利用数据，地名数据等建立三维数据库。从而实现三维数据库和三维国土信息平台的创建。具体目标如下：

视图管理：滑翔模式、斜转模式、环绕飞行、场景指北、场景快照。

空间测量：水平距离、垂直距离、空间距离、面积量算。

空间分析：视线分析、视域分析、剖面分析、坡度分析。

地理定位：行政区定位、坐标定位、书签定位、二三维导航定位

属性查询：地块属性、图层属性、模型属性

4.2 系统运行情况

系统运行侧试表明, 采用ArcSDE 作为空间数据引攀可以有效管理空间数据, 在用户平台与数据库之间构成C/ S三层体系结构, 以及选用ESRI公司合适的组件进行二次开发, 实现了高效访问海量数据和三维场景的可视化, 在三维基础上实现了土地利用相关信息的高效查询、统计与分析,准确度和精度都满足用户要求, 具有重要的工程实用价值和社会经济意义。

5 结论

奉化三维国土信息平台系统实现了显示多分辨率影像和地表数据,通过缓存机制支持海量地理数据的交互式3D 显示, 支持连续的无缝层次细节水平(LOD )。用户通过其可以实现大三维数据进行可视化和分析, 并且速度非常快，为三维国土信息的浏览、空间量测、空间分析、特别是造田选址提供了依据。节省了大量的人力、物力、财力。

该系统也存在一些不足和需要改进的地方，如实物模型的构建较少，数据的采集、组织和管理还不充分。项目实施之前，如何保证各种数据坐标系的一致性也是必须解决的问题。目前，该系统数据还比较单一，无法将系统的功能完全发挥出来。若能加入更多专题数据，如经济密度、植被数据、人口数据等，丰富完善系统数据库，一定能够更好地发挥其强大的系统分析功能。

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