李 佩，吕志慧

(江苏省测绘研究所，江苏 南京 210013)

0 引言

在新一代信息技术的驱动下，自然资源部对自然资源管理提出了新的要求，自然资源登记等系统要由二维系统变成三维系统，解决自然资源调查、确权和国土空间用途管控等问题[1]。传统的二维GIS技术具有一定的局限性，二维图斑仅仅是对现实自然资源三维数据的抽象表达，无法形象展示真实分布情况、空间位置关系及当前属性状态，难以解决空间压盖、权属重叠的问题，不能满足现有自然资源需精细化、立体化管理需求[2]。因此迫切需要利用三维技术实现自然资源三维可视化，为自然资源管理和决策提供立体支撑。

全民所有自然资源资产清查是摸清全民所有自然资源资产家底的重要途径，是行使自然资源资产所有者职责，加强对全民所有自然资源资产管理的基础[3]。本文探索以南京市、苏州市和南通市土地、矿产、森林和湿地等自然资源清查数据为基底，采用Cesium三维开源框架，建立全民所有自然资源三维立体“一张图”，实现自然资源三维可视化，支撑自然资源资产清查数据现代化管理。

1 系统架构设计

系统采用B/S架构，自下而上分为支撑层、数据层、表现层，如图1所示。其中，支撑层为平台开发使用的硬件和软件基础设施。数据层包括行政区划界线、数字正射影像图、数字高程模型、自然资源资产清查成果、生态保护红线等数据资源，用来构建三维地理场景以及支持相关功能实现。表现层根据业务需求，主要包含图层资源、区域管理、信息查询、统计分析和地下模式5个模块。系统通过数据浏览、查询、统计和分析等功能，实现对三维自然资源立体化、精细化管理，促进自然资源的广泛应用，最大程度发挥清查成果的综合效益。

图1 系统架构设计

其中，图层资源主要是控制数据资源的显示、隐藏和定位等。区域管理主要是按省市县等分级显示不同行政区域的清查数据，实现省市县自然资源一体化管理。信息查询主要支持通过点击自然资源清查数据查询每个图斑的属性信息。统计分析主要是基于三维场景立体展示不同行政区域的实物量和价值量，一目了然看出数据资源资产的差别。地下模式主要实现地上地下的三维矿体资源。

2 数据处理

2.1 坐标系统

坐标系统采用统一的CGCS2000空间坐标系，目前国外普遍采用的三维渲染引擎Cesium是使用的WGS84椭球，而国内以超图、ArcGIS为代表的三维软件厂商，采用的是正球，如图2所示。因此，基于Cesium开源框架，修改短半轴半径构建了CGCS2000三维椭球，从而可以无偏移叠加国土“三调”、国土空间规划和自然资源调查监测等其他自然资源业务数据，保证了数据位置的准确性，满足国家要求。

图2 三维椭球空间基准对比

2.2 轻量化处理

为了获得适合在浏览器端进行渲染的瓦片数据，所有数据需要经过轻量化处理，发布为数据服务，保证数据流畅浏览。数据轻量化处理主要是对数字正射影像、数字高程模型和自然资源资产清查数据的轻量化处理，处理流程如图3所示。

图3 数据轻量化处理流程

2.2.1 数字正射影像

数字影像数据一般采用tiff数据格式进行存储，基于ArcGIS进行切片处理，采用标准的XYZ地图瓦片金字塔形式，采用球面墨卡托投影的方式，对全球球面进行平面投影，作为0级网格并定义为起算网格，起算原点为网格左上角点，向东向南行列递增，X为列号，Y为行号，从0起算，统一瓦片分辨率为256px×256px，保证金字塔叶子瓦片的地面分辨率不低于原始影像地面分辨率，即0.2米影像切片至第20级，0.5米影像切片至第19级，1米影像切片至第18级，2米影像切片至第17级，并进入MongoDB非关系型数据库进行存储。最后将影像数据接口服务通过tomcat发布为WMTS影像服务。

2.2.2 数字高程模型

数字高程模型数据采用tiff数据格式进行存储，采用全球XYZ地图切片策略，通过CTB工具进行切片处理，对切片得到的每一幅瓦片数据进行栅格-TIN转换，通过压缩平坦区域冗余高程点的方式减少数据总体容量，按级别+行号+列号的顺序结构依次存储.terrain地形文件。

2.2.3 自然资源资产清查数据

自然资源资产清查数据主要包含土地、草原、森林、矿产和湿地等数据。对于土地、草原、湿地等自然资源资产，基于QGIS设置数据颜色、透明度等样式并导出SLD样式文件，采用GeoServer发布成WMTS服务。矿产数据根据埋深和标高信息，基于3DMAX构建三维矿体模型，并转成B3DM数据，实现矿体数据的地下空间展示。对于森林资源，基于森林面数据抽稀成点数据，然后将点数据转化成I3DM数据，实现森林资源的三维立体展示。

3 系统实现

3.1 实现方式

Cesium是一个基于WebGL的显示三维地球的开源地图引擎，支持海量二三维数据一体化高效渲染，广泛应用于具有共享地理空间数据交换需求的在线网络应用中[4-7]。因此，系统采用Visual Studio Code源代码编辑器进行研发，运用JS语言调用Cesium提供的二次开发接口，结合Bootstrap前端框架和Echarts图表库，接入标准的数据服务接口，立体直观地展示自然资源本底，为使用者和决策者提供全方位、更真实的自然资源现状，实现自然资源的三维可视化管理。

3.2 系统功能

系统功能主要包含图层资源、区域展示、信息查询、统计分析和地下模式5个方面，系统主界面如图4所示。

图4 系统主界面

3.2.1 图层资源

图层资源对数据服务资源进行统一管理，控制自然资源图层的加载切换，实现对自然资源二三维数据地上、地表和地下全空间的一体化浏览。

3.2.2 区域展示

区域展示主要是实现对不同区域范围的自然资源清查数据的分土地资源、矿产资源、森林资源、草原资源、湿地资源和海洋资源类型进行实物量和价值量切换展示，三维场景的数据和两侧统计界面的数据也随着统计区域的变化而变化。

3.2.3 信息查询

信息查询主要通过点击查询，以列表形式显示自然资源的详细属性信息。

3.2.4 统计分析

统计分析功能主要是根据不同行政区划，将自然资源资产清查数据资源类型的实物量和价值量进行拉伸，三维对比展示不同区域自然资源清查情况。

3.2.5 地下模式

地下模式主要实现可动态调节地表透明度，体现矿产资源埋藏在地下的特征，实现自然资源地上地下无缝浏览。

4 结语

面向自然资源资产清查数据三维管理和应用的需求，本文基于开源Cesium三维技术，以南京、苏州和南通自然资源资产清查数据为基础，设计了自然资源三维可视化系统，实现了海量自然资源数据三维立体展示。结果表明，自然资源三维可视化可更好地落实自然资源部“两统一”职责、有效提升自然资源现代化管理水平，并为其他自然资源管理业务提供参考和借鉴。