邹永丽

（成都中地时空科技有限公司,四川 成都 610000）

0.引言

随着智慧城市建设的不断推进以及互联网技术的不断发展，越来越多的技术被应用于地理信息行业中，三维GIS也正在朝着智能化、数字化的方向推进。倾斜摄影测量技术的发展及应用，使得空间三维地理信息数据采集更加便捷，基于倾斜摄影测量技术制作的三维实景模型能够反映真实的空间场景，由于制作成本低、速度快，已经被广泛应用于文物保护、应急预案模拟、城市规划等领域[1-3]。WebGIS是一种网络化GIS，由Web技术和GIS技术共同构成，利用Web技术对GIS进行扩展与完善而来。通过网络浏览器，WebGIS用户可以实现地图服务站空间数据的浏览、索引以及分析。

目前我国社会经济快速发展，随着城市建设的不断发展，越来越多不符合规定的违法建设出现，如，房屋顶层的违法建筑、大杂院等。土地资源供需矛盾的日益突出使得建筑物违法事件日益增多，对我国经济社会的可持续发展带来了巨大的隐患。作为我国土地资源工作的重要环节，土地执法监察的科学有效性对土地资源利用的可持续发展意义重大。目前，通过二维GIS很难对上述违法建设进行监测，违法建设的存在对城市规划建设发展造成很大的阻碍[4-5]。基于此，本文综合利用多领域技术，如多媒体技术、WebGIS技术及倾斜摄影测量技术等，开发应用于城市拆违建的二、三维一体化地理信息系统。该系统可通过DEM、DOM以及倾斜摄影模型实现城市重点建设点位，重点拆除点云的二、三维一体化展示与属性信息的浏览、查询，为城市的管理与规划提供可靠的技术支撑。

1.系统架构设计

1.1 WebGIS特点

相比于传统GIS，WebGIS是通过Web技术进行网络空间信息发布，用户可以基于互联网任意地进行空间数据浏览，同时能够进行索引与分析操作。因此，WebGIS最大的作用在于提高了数据协调与共享的能力。无需安装特殊客户端，使用通用浏览器就可实现远程空间数据访问、GIS应用程序访问等。操作上的简单性以及客户端的易于维护性，使得基于WebGIS系统开发、维护的成本有了大幅度的降低。

1.2 总体架构

为了满足城市建设中的违建拆除及规划建设的现实需求，本文研究了二、三维一体化的城市地理信息系统。该系统主要由三大模块组成，分别为数据层、服务层及应用层。基于三维WebGIS框架，该系统支持多种网络规范，同时支持数据交互显示。数据层中，多媒体文件、属性信息等数据通过关系数据库进行存储，栅格矢量空间数据则通过空间数据库进行存储；服务层主要用于数据传输及二、三维数据的发布，其中为便于解析与传输，通过Internet结合Geoserver发布二、三维数据；应用层主要用于二、三维联动和属性信息展示，满足城市规划行业需求。本系统的整体架构图（如图1所示）：

图1 二、三维一体化的地理信息系统整体架构图

通过相机视觉设置，该二、三维一体化地理信息系统可定位至拆除点具体位置，同时可以显示拆除点位的各种属性信息；同时为了准确还原地物地貌信息，将二、三维地图信息进行整合，并对未来的规划进行展示，该系统也加入了计划建设项目信息。

1.3 系统特点

本系统的建设充分考虑了目前违建中存在的特点，结合需求进行相关系统设计，主要有以下三个方面的特点：

（1）还原性：本系统的三维实景地图为利用倾斜摄影测量技术制作完成的三维实景模型，具有精度高、纹理细等显著特征，能够准确还原真实的场景环境；

（2）先进性与稳定性：为了实现海量数据的快速加载及浏览，使用多细节层次等技术支持多层纹理，同时提高系统的性能及稳定性；

（3）实用性与扩展性：本系统可方便地进行人机交互，表现出了较高的灵活性，同时具有较高的可扩展性，能够有效集成多种系统，如视频监控等。

2.系统功能关键技术

2.1 LOD模型优化

为了能够实时快速地对三维实景地图进行加载与浏览，进行海量数据的有效渲染，三维实景地图采用3DTiles瓦片数据类型，该数据类型具有多细节层次（LOD）渲染能力。同时通过Tileset.json文件对3DTiles元数据进行定义，通过Tileset.json文件可以对元数据的配准进行读取，使用该文件的优势在于保障了扩展性。系统中的三维实景地图模型在使用前，需要进行纹理数据压缩及LOD模型的TIN构建。上述数据压缩及抽稀的目的在于快速地进行海量数据的加载及减少内存占用。依据显示层级，将三维实景模型分为9个tile，LOD分层数据集统计（如表1所示），其中模型纹理精细程度随着每个tile的数据集数量增加而提高。

表1 LOD分层数据集统计 单位：个

2.2 二、三维联动技术

二、三维联动是指二维视图与三维视图无论进行放大、缩小、平移等哪个操作都是同步的，某个视图会随着另外一个视图的变化发生对应的变化。然而，该二、三维一体化地理信息系统中，二维视图与三维视图的数据类型不一样，数学基础也不一样，因此，实现二、三维一体化的前提是拥有二维与三维相互解算的参数，二维联动三维就是二维参数到三维参数的解算，三维联动二维就是三维参数到二维参数的解算。

2.3 多线程多级缓存技术

多线程多级缓存结构是通过在服务端及客户端设置缓存区，可不用直接读取硬盘数据，提高了三维实景地图的浏览速度。数据请求发出后，可直接取出缓存区数据，对于读取频率较低的数据可存储至硬盘中，优先读取内存存储数据，可有效提高读取速率。客户端发出数据访问请求时，设置GDAL块缓存、影像块缓存及屏幕影像块缓存：GDAL块缓存用于提高数据的可视化效率；影像块缓存用于直接读取当前浏览器窗口所有像素对应数据块；屏幕影像块缓存用于重新利用存储的当前屏幕图片。使用多线程开发技术进行数据传输及可视化，即在Web后台中，有的线程负责维护数据接收缓存区，并对缓存区进行管理，有的线程控制地图显示。系统的表现也表明，多线程技术对数据管理及传输效率的提高有很大帮助。

2.4 接入多源业务数据

对于常规的数据格式，如，拆除区、建设区shp格式数据，为了能够将此类数据叠加在三维实景模型上进行可视化展示，需要对数据格式进行转换，生成三维实景模型能够识别的数据格式，从而实现拆除区、建设区点击时高亮显示，同时能够通过矢量数据对拆除区、建设区的属性信息进行展示，达到“一张图”集成体系的展示效果。

3.系统功能应用

3.1 三维实景地图浏览

本系统将三维实景模型作为三维地图数据，通过放大、缩小等操作实现真实场景环境的全面浏览。通过高精度三维实景地图，可以实时有效地掌握违建房屋以及违建房屋拆除进展，不用工作人员到现场拍照记录，从而大大降低人力物力支出；与此同时，三维实景地图可以为城市结构规划提供信息支持，加快智慧城市建设。在宏观三维场景中，可以对目前城市的休闲娱乐分布、重点产业格局、便民基础设施等进行准确直观地了解。三维实景地图（如图2所示），建筑物三维模型近景（如图3所示）：

图2 三维实景地图

图3 单个建筑物三维模型

3.2 城区规划重点点位查询

重点点位主要包括三个部分，（1）正在建设的点位；（2）规划范围内即将建设的点位，（3）规划中将要拆除的点位。通过查看这些重点点位，可以对拆违工作进展情况、重点监测对象情况进行实时管理与调控，一方面可以全局把握无违法建设城区的现状；另一方面为城市规划提供重要的依据；同时，可以根据系统对点位的属性信息进行查询，例如某拆除点的具体地址、类别及所在街道等信息。基层组织在拆违工作中扮演着极其重要的角色，点位属性信息的快速有效获取可以将点位属性信息及时传递给街道工作人员，对基层组织中的拆违工作具有重要作用，同时能够减少现场不必要矛盾，保障拆违工作的顺利进行。

3.3 违建点位二、三维联动显示

二、三维联动显示的优势主要有两个方面：一方面可以快速地检查三维实景模型中某一地物在二维地图中的位置及周边地物，并对点位的面积进行准确量测，避免工作人员实地测量，减少了不必要的外业工作量；另一方面二维视图数据量小，可以更快快速、方便地进行放大、缩小等操作，在三维场景中看到更加精细的纹理信息。二、三维联动显示可以达到2D/3D GIS优势互补的效果，实现测绘地理信息系统在拆违工作中的有效应用。

违建点拆前的照片（如图4所示），图4中建在楼顶的储藏室属于违法建筑，通过图5可以看到，该违法建筑已经被拆除（如图5所示）。通过本系统可以减少工作人员实地查看拆违工作进展的工作量，有效提高拆违工作的效率。

图4 三维实景模型地图中违建点（拆前）

图5 三维实景模型地图中违建点（拆后）

3.4 拆违综合信息管理应用

通过接入照片、视频等信息，WebGIS技术结合三维实景地图可以及时查看违建拆除情况，同时得到不同街道的点位治理信息，有效掌握拆违工作开展进度。通过系统的量测功能，可以实现地物面积等信息的获取，对本系统的量测功能进行检验。通过实地仪器量测地物面积数据与系统量测功能量取面积数据进行对比，从统计结果（如图6所示）可以看到，两者的误差均在1m2以内。这表明本系统的量测功能可用于城市拆违工作的决策。本系统的综合信息管理应用功能可有效解决拆违工作信息了解不及时的问题，为建设无违建城区提供强大的技术支持。本系统从实际应用需求的角度出发，充分考虑城市规划建设中存在的问题，以改善城市生态环境、促进城市经济建设为目的，为城市规划建设有效利用空间资源提供依据。

图6 系统测量地物面积与实地测量地物面积统计

4.结束语

为了能够将“违”与“建”相结合进行展示，充分发挥倾斜摄影测量三维实景模型与WebGIS技术的优势，本文研究了应用于城市拆违建的二、三维一体化地理信息系统，并对该系统的架构、技术以及目前存在的功能进行了全方位的介绍。该系统可以为城市建设的合理规划与决策提供重要的技术支持，具有方便共享交换、数据规范标准与及时更新的能力。通过二、三维一体化展示与人机交互，该系统弥补了传统地理信息系统成本高、共享性差等问题。同时，该系统具有的可扩展性使得平台新功能的研发与添加变得更加便捷。总之，本系统可以为城市信息化建设、智慧城市建设提供重要的技术支撑。