發(fā)布時間：2015-02-02 16:43

第一章緒論

1.1研究背景
在測繪行業(yè)中，地理信息系統(tǒng)是其最核心的業(yè)務，現(xiàn)階段二維地圖及基于地圖的應用數(shù)不勝數(shù)，隨著幾個大型軟件公司的參與，二維地圖應用迅猛發(fā)展，但由于二維地圖的維度限制，無法全景全貌的仿真、模擬地形、地貌及周邊環(huán)境等，也無法身如其境的還原空間環(huán)境，這是二維地圖及其應用所存在的無法規(guī)避旳弊端�，F(xiàn)實世界是處在三維空間中的，二維GIS簡化三維空間維度為平面上的二維模型，引發(fā)了它在描述三維空間現(xiàn)象上的描述盲點，為了克服這一難點，急需基于真三維空間的GIS應用，也就是三維地理信息系統(tǒng)[1]。
最近幾年，隨著計算機、網(wǎng)絡、圖形學和虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的迅速發(fā)展，從而使得這些技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中得到了普遍應用通過三維GIS進行空間三維分析和操作不僅可以顯示空間對象之間的關系，同時帶來更逼真的視覺體驗。隨著Google Earth、Skyline、Map Info等三維地理信息系統(tǒng)平臺的上線、推廣、應用，三維GIS平臺以及技術(shù)迅速的得到廣大企業(yè)、用戶的認可。再者，三維GIS的相關技術(shù)也已經(jīng)成為數(shù)字地球、智慧城市研宄、開發(fā)的關鍵技術(shù)。測繪行業(yè)也不例外，三維虛擬技術(shù)逐漸邁入主流，但由于技術(shù)成熟度及行業(yè)應用的限制，只有在幾個有限的領域提前實現(xiàn)了三維應用，但是三維應用尚且停留在“看”的程度，無法貼近業(yè)務應用。
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1.2國內(nèi)外研究概要
1.2.1國外研究概要
目前，三維GIS的主流方向，主要體現(xiàn)在如何擴展3D GIS的業(yè)務功能、增強3D GIS的實用性以及提升3D GIS的美觀性[3]。
日本京都大學已完成“Digital City Dyoto”，該項目建立一個數(shù)字化的虛擬城市，用戶以第一視角角度漫游數(shù)字京都[4]。
James D等研發(fā)人員使用ESRI軟件的三維組件開發(fā)了 Borels，該系統(tǒng)用于瀏覽、分析、管理地下鉆孔數(shù)據(jù)[5]。
德國的研究機構(gòu)探索如何將三維GIS融入數(shù)字城市中，并選取了一些城市嘗試構(gòu)建基于三維GIS的數(shù)字城市，將城市景觀數(shù)字化、展示、分類，使用者可方便地查詢、分析景觀信息[6]。
數(shù)字費城系統(tǒng)，人們可通過網(wǎng)絡享受到美妙的虛擬費城旅游。不同行業(yè)人可在該系統(tǒng)可查看自己關系的信息，如城市規(guī)劃、管理人員可以看到費城地下三維管網(wǎng)、城市建筑模型等[7]。
法國已開放了基于Skyline平臺的三維虛擬地球，“Geoportail”。通過該平臺，使用者可以隨意漫游城市景觀?。
World Wind是美國宇航局的一個開源代碼的項目軟件，在國內(nèi)這款軟件有多種譯名，比如“世界風”和“地球放大鏡”。和Google Earth 一樣，World Wind只有連上互聯(lián)網(wǎng)才能訪問服務器上發(fā)布的數(shù)據(jù)。通過World Wind我們可以免費使用NASA發(fā)布的海量數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星影像、雷達遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)等。由于其開源和免費的性質(zhì)，不少空間信息技術(shù)人員、學生、科研人員對World Wind產(chǎn)生了很大的興趣。除了 World Wind, NASA還推出了三維月球、三維火星、三維金星、三維木星等一系列軟件，吸引了大量的愛好者。但是與Google Earth相比，World Wind更像是為專業(yè)愛好者提供的�？梢哉f這兩款軟件為大眾了解空間信息技術(shù)起到了重要的啟蒙作用。
TerraExplorer也是一款優(yōu)秀的三維軟件，其實SkylineSoft提出一整套的解決方案叫做Skyline TerraSuite，TerraExplorer只是其中一個軟件，用來發(fā)布、編輯三維場景數(shù)據(jù)。Skyline可以提供行業(yè)用戶使用，在局域網(wǎng)的環(huán)境下，也可以搭建三維地理信息系統(tǒng)。使用這套平臺能夠進行簡單的二次開發(fā)，因為接口顆粒度較大，如果進行深入的開發(fā)則需要借助其他GIS平臺或者從底層寫起。
1.2.2國內(nèi)研究概要
國內(nèi)該研宄已得到了迅速發(fā)展。該研宄從理論到實際應用，雖然研宄時間很短，但是如今其理論研宄水平己經(jīng)有了一個大幅度的提升，研宄人員對3D GIS的三維建模、某一領域的業(yè)務應用提出了良好的解決思路和技術(shù)方法，并已應用到實際生產(chǎn)中。
武大吉奧（GeoStar)是擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的GIS, GeoStar基于組件技術(shù)開發(fā)，擴展了多種數(shù)據(jù)庫入口，提供空間數(shù)據(jù)管理、圖形編輯、空間分析、空間查詢、基礎數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、元數(shù)據(jù)管理等功能，可適應不同行業(yè)、不同用戶、不同應用的需求，在國家的各種領域得到了廣泛應用。此外，GeoGlobe提供了空間三維可視化，，主要功能如：空間漫游、空間查詢與三維分析、POI標注及位置定位等。還提供了 JavaScript、C#等二次開發(fā)接口，幵發(fā)人員可以根據(jù)不同的業(yè)務需求來設計個性化界面。
CityMaker是數(shù)字城市三維可視化平臺，主要業(yè)務面向城市規(guī)劃領域，提供涵蓋城市規(guī)劃、虛擬展示、規(guī)劃評估、規(guī)劃管理的全方位服務。通過這個三維可視化平臺，可以展示、疊加地形地貌、空間矢量數(shù)據(jù)、監(jiān)控視頻等各種二三維數(shù)據(jù)，還可快速集成其他己有的系統(tǒng)，形成基于網(wǎng)絡的綜合應用。
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第二章三維GIS開發(fā)技術(shù)

2.1 GIS的開發(fā)方式
2.1.1 GIS 二次開發(fā)
地理信息系統(tǒng)的開發(fā)分為獨立開發(fā)、單純二次開發(fā)、集成式二次開發(fā)三種方式[9]。
1.獨立開發(fā)
這種開發(fā)方式意味著一切的功能模塊都自行設計、實現(xiàn)。這種開發(fā)方式的優(yōu)點在于不會依賴任何成熟平臺，開發(fā)人員掌握全部技術(shù)，能夠快速修改、定制功能。但對于絕大部分開發(fā)者來說是不可行的，無論從能力、時間還是精力方面，都很難在功能上與成熟的平臺相比,而且使用成熟平臺不僅能夠替開發(fā)人員節(jié)省下不少的時間，開發(fā)人員可能學到很多二次開發(fā)的經(jīng)驗。
2.單純二次開發(fā)
這種開發(fā)方式指的是全部依賴于成熟平臺提供的二次開發(fā)代碼庫進行業(yè)務系統(tǒng)開發(fā)。功能齊備的地理信息系統(tǒng)平臺基本上都給用戶提供了進行二次開發(fā)的代碼庫，如Arcgis的Avenue，Maplnfo的MapBasic等。用戶在成熟的地理信息系統(tǒng)平臺的基礎之上，借助二次開發(fā)包，可以設計針對不同業(yè)務的業(yè)務系統(tǒng)。問題在于這些二次開發(fā)包所提供的功能不完善，所能實現(xiàn)的功能達不到預期效果。
3.集成式二次開發(fā)
這種開發(fā)方式是指借助成熟的平臺軟件(如Skyline、GeoStar, CityMaker等)，實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的基礎模塊。使用諸如Visual Studio、Eclipse等可視化開發(fā)工具，使用如JavaScript、Visual C++, CT等語言實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)開發(fā)。
集成式二次開發(fā)方式如下：
(DOLE/DDE這種方式主要以OLE Automation、DDE技術(shù)為主，開發(fā)人員可以使用不同的方式幵發(fā)系統(tǒng)的用戶交互界面，而以OLE或DDE在操作系統(tǒng)后臺啟動GIS系統(tǒng)，當GIS組件啟動后，組件能夠主動獲取服務數(shù)據(jù)，從而業(yè)務系統(tǒng)借助組件實現(xiàn)地理信息相關的處理功能。
(2)GIS組件
這種方式完全是建立在OCX (OLE Custom Controls，OLE自定義控件)技術(shù)基礎上的功能模塊組件，平臺產(chǎn)商通過提供組件的方式給予技術(shù)支持。組件技術(shù)得到了大部分產(chǎn)商的偏愛，如ESRI的ArcObjects, Skyline公司的瀏覽器組件�；贑OM的GIS組件如ESRI的MapObjects，Maplnfo公司的MapX等。在國內(nèi)，幾家平臺產(chǎn)商也逐步推出基于組件技術(shù)的模塊[11]。
基于以上描述，集成式二次開發(fā)方式的優(yōu)點如下：高效、便捷腳本開發(fā)語言簡化了開發(fā)人員開發(fā)專業(yè)GIS業(yè)務系統(tǒng)的難度，提升了開發(fā)效率，而且借助組件還能開發(fā)更好的界面外觀、集成更多的第三方功能、擴展性強、便于移植、維護成本低，集成式組件式技術(shù)囊括了以上優(yōu)點。
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2.2基于Skyline的三維GIS開發(fā)方法
2.2.1 Sky line軟件簡介
Skyline[16]產(chǎn)品線包括下列部件，如圖2.1所示：3D平臺構(gòu)造器TerraBuilder (TB), 3D 平臺二次開發(fā)工具包 TerraExpoler (TEPro〉，3D 平臺二次開發(fā)擴展包（必須與Runtime Pro結(jié)臺）TerraDeveloper (TD)，3D平臺服務器軟件 TerraGate (TG), 3D 瀏覽器 TerraExpoler (TE)。
SkylineGlobe可以支持桌面端、移動終端、多屏投影等顯示終端，可以為每個用戶提供量身定做的軟件和服務。用戶只需要提供一定的身份驗證，就可以通過自己的終端訪問到相應的數(shù)據(jù)。還可以支持多個節(jié)點、多個CPU的并行計算，并支持在不同服務發(fā)布站點的集群式服務，是真正意義上的云計算及云服務解決方案。
TerraExplorer Pro專業(yè)版，在TB家族創(chuàng)建的三維地形的基礎上，通過添加創(chuàng)建編輯二三維對象（文本、圖片、三維模型、動態(tài)物體）以及業(yè)務矢量圖層、業(yè)務屬性數(shù)據(jù)等，構(gòu)建用戶自己的三維虛擬數(shù)字地球場景，并發(fā)布到局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上。同時提供一組豐富的API，可以實現(xiàn)二次用戶化定制。

Skyline平臺的每一個部件都給3D GIS的功能幵發(fā)提供快速、快捷的服務。TerraBuilder主要用于構(gòu)建三維可視化的地形地貌，高精度的計算地形起伏，將采集得到的影像數(shù)據(jù)準確的貼到指定坐標。方便導入3D Max軟件構(gòu)建的三維模型，用于構(gòu)建三維虛擬場景，為后續(xù)的模型編輯、使用奠定基礎。通過疊加DEM、DOM數(shù)據(jù)以及各種專題數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)，迅速搭建擁有三維地形、環(huán)境、兼具模型等信息的仿真數(shù)據(jù)庫。
TerraGate提供類似于數(shù)據(jù)發(fā)送機的功能，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的實時傳送，不僅能夠快速地傳輸?shù)匦蔚孛矓?shù)據(jù)，還能夠傳輸海量的三維模型數(shù)據(jù)，這些海量數(shù)據(jù)在傳送前，都經(jīng)過壓縮、優(yōu)化，便于海量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸。TerraGate的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流與Skyline的系統(tǒng)本地數(shù)據(jù)是同步的。TerraGate己經(jīng)實現(xiàn)網(wǎng)絡多點服務器的數(shù)據(jù)傳輸負載均衡，網(wǎng)絡中的多個服務端自動分攤數(shù)據(jù)傳輸壓力。在多核的系統(tǒng)環(huán)境中，TerraGate也能自動檢測、分配，降低每個CPU的運算負載。
TerraExplorer Pro提供了類似虛擬場景編輯器的功能，將客戶的海量影響數(shù)據(jù)、高程數(shù)字數(shù)據(jù)，三維模型數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)以及專題數(shù)據(jù)等各種GIS信息，匯總到Skyline平臺中，而且該組件還支持可用隨意編輯場景中數(shù)據(jù)的屬性，配置用戶POI標注，創(chuàng)建簡單、易懂的交互式界面，讓客戶能夠?qū)崿F(xiàn)個性化的三維業(yè)務系統(tǒng)。
TerraDeveloper部件是Skyline平臺將自身常用的共性功能獨立出來為其他業(yè)務系統(tǒng)提供的Active X組件，該組件方便客戶實現(xiàn)個性化的業(yè)務系統(tǒng)。
從上述內(nèi)容可以看出Skyline平臺囊括了數(shù)據(jù)處理、發(fā)布、編輯等方方面面，這些部件足以讓用戶自行搭建出一個個性化的三維虛擬仿真場景。場景中包含了通過網(wǎng)絡獲取的三維地形地貌、三維模型以及二維數(shù)據(jù)圖層等模型。除此之外，用戶還可以通過平臺開發(fā)組件3D GIS服務，不僅能夠集成TerraExplorer Pro提供的全部功能，還能夠定制個性化的三維可視化模塊。業(yè)務系統(tǒng)的客戶端是可執(zhí)行的應用程序，也可以是HTML網(wǎng)頁形式。
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第三章系統(tǒng)設計與實現(xiàn)............................... 13
3.1測繪業(yè)務需求............................... 13
3.2系統(tǒng)總體設計............................... 13
3.2.1系統(tǒng)總體架構(gòu)設計............................... 13
3.2.2系統(tǒng)功能模塊設計............................... 14
3.3系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境............................... 15
3.3.1 二次開發(fā)工具............................... 15
3.3.2 JavaScript 語言............................... 15
3.3.3軟硬件配置方案............................... 15
3.4數(shù)據(jù)管理............................... 16
3.4.1數(shù)據(jù)獲取............................... 16
3.4.2三維模型的優(yōu)化處理............................... 21
3.4.3 fly文件配置............................... 22
3.4.4 Presentation 配置說明............................... 23
3.5系統(tǒng)功能實現(xiàn)............................... 27
3.5.1地圖瀏覽............................... 27
3.5.2 查詢............................... 30
3.5.3空間量算............................... 32
3.5.4空間分析............................... 35
3.5.5飛行展示...............................  41
3.5.6創(chuàng)建業(yè)務對象............................... 41
3.5.7行駛線路構(gòu)建............................... 46
3.5.8 二三維聯(lián)動............................... 47
3.6本章小結(jié)............................... 47

第四章業(yè)務功能庫

4.1背景介紹
在實際工作中，每開發(fā)一個新的三維GIS項目，都會或多或少的涉及到系統(tǒng)中所提到的這些功能。由于開發(fā)項目的過程中，無法保證類型的功能始終都由同一個人進行開發(fā)，不自覺地會造成不同的人員都需要花費一定的時間去熟悉Skyline的體系、二次開發(fā)接口，這也在一定程度上影響了項目進度，浪費了人力、時間成本。如果能擁有緊密結(jié)合測繪業(yè)務、數(shù)據(jù)規(guī)范的業(yè)務功能庫，在重復開發(fā)業(yè)務系統(tǒng)的過程中，只要是了解測繪業(yè)務或是經(jīng)由他人介紹，就可以很快上手業(yè)務，避免了重新熟悉Skyline的API接口的過程，只需要關注業(yè)務功能的開發(fā)。
因此，在開發(fā)基于Skyline的項目過程中，組織了一套基本的Skyline的3D Web的系統(tǒng)框架，基于框架之上，將常用的業(yè)務功能，再次封裝。結(jié)合Skyline體系、測繪行業(yè)應用，形成一套常用業(yè)務功能庫[37]。功能庫可以幫助以后的開發(fā)人員盡快上手,并且在完成項目的基礎上，進而繼續(xù)完善功能庫，避免重復開發(fā)，大大降低新項目的開發(fā)周期[38]。

由圖4.1可以了解到，基于業(yè)務功能庫的系統(tǒng)開發(fā)，絕大部分功能復用業(yè)務功能庫中己有的功能模塊，不過還是有部分未想到或是未實現(xiàn)的業(yè)務功能需要直接基于Skyline 二次開發(fā)接口，考慮到業(yè)務功能的不完整性，在業(yè)務系統(tǒng)開發(fā)過程中，開發(fā)人員要是發(fā)現(xiàn)了常用了業(yè)務功能模塊，也可將其添加到業(yè)務功能庫中，減少其它業(yè)務系統(tǒng)的功能重復開發(fā)。通過此方式可逐步提升業(yè)務功能庫的重要性，降低對Skyline 二次開發(fā)接口的依賴程度。加上系統(tǒng)模塊的代碼都是以.js的獨立文件形式存在的，一個.js文件就代表一個功能模塊，復制、拷貝、遷移功能都非常方便。

4. 2功能模塊
如圖4.2所示，代碼模塊主要分為：Core(核心）、Extend(擴展），所謂core(核心模塊)，就是在項目應用中基本不會變化的功能模塊。Extend(擴展模塊)，每個項目根據(jù)項目需求，額外再添加的功能模塊。如果在Extend模塊應用過程中又發(fā)現(xiàn)了固定的模塊代碼，可移植到Core中。
地圖初始化(3dmap):在網(wǎng)頁中包含、調(diào)用此模塊的代碼，初始化Skyline的濱染視口，通過OCX的objectid值初始化Skyline組件中的三維植染窗口、三維功能組件。由于Skyline存在著多個版本，每個版本對應的瀏覽器版本也不同，針對瀏覽器的版本，開發(fā)不同的3draap初始化模塊，但是這些對于業(yè)務功能庫的使用者而言是透明的，開發(fā)人員只需要添加3dmap模塊的引用即可。

事件分發(fā)(event):事件分發(fā)包含了 Core、Extend兩個模塊。Core模塊不特別處理某些事件，主負責接收項目開發(fā)過程中涉及到的事件，通過事件分發(fā)，讓Extend的“事件處理”模塊具體處理，避免了 Core模塊與特定業(yè)務緊密相關的事件，綁定在核心事件中，影響了業(yè)務功能庫的通用性。Extend是每個業(yè)務系統(tǒng)自身的業(yè)務邏輯，無論有什么樣的邏輯都不會影響到Core。
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第五章結(jié)論與展望

5.1結(jié)論
論文首先闡述項目的背景、意義、測繪業(yè)務需求，源于需求萌發(fā)了構(gòu)建“基于Skyline的三維GIS在測繪行業(yè)的應用研究”的構(gòu)想。以“浙江省某地測繪三維可視化”為依托，描述了系統(tǒng)的設計與開發(fā)方法。具體完成內(nèi)容為：
(1)分析、總結(jié)測繪行業(yè)常用的業(yè)務功能并將此功能與三維技術(shù)相結(jié)合，使用Skyline平臺整合各類數(shù)據(jù)，構(gòu)成虛擬場景。(2)采用Skyline特有的流傳輸三維地形數(shù)據(jù)、三維建筑等信息，實現(xiàn)系統(tǒng)瀏覽實時處理，提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率，減輕了系統(tǒng)的負荷。
(3)三維GIS空間可視化擴展了測繪行業(yè)的二維GIS，但是單純的三維軟件空間分析功能薄弱。此系統(tǒng)直觀、形象的表達空間對象的同時兼具空間分析功能；
(4)系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了三維GIS的基礎功能，還結(jié)合測繪行業(yè)應用，總結(jié)出了一套業(yè)務功能代碼庫。提高類似業(yè)務功能開發(fā)效率。

5.2展望
在以后工作、學習中，需要深入研究以下內(nèi)容：
(1)系統(tǒng)接入的數(shù)據(jù)源有限，現(xiàn)有的地理相關的數(shù)據(jù)源有KML、GML等格式數(shù)據(jù)，還有二維數(shù)據(jù)都尚未接入，需要進一步完善。
(2)現(xiàn)有的研究僅僅為業(yè)務展示提供效果、入口，系統(tǒng)內(nèi)容不夠豐富，涉及業(yè)務頁面很少，希望能夠完善業(yè)務內(nèi)容。
(3)基于現(xiàn)有Skyline 6.1的開發(fā)版本，三維動態(tài)、交互的場景、動畫非常少，絕大部分內(nèi)容都是預先生成，到需要的時候播放、展示。還需要在此處結(jié)合測繪業(yè)務深入研宄。
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參考文獻（略）

本文編號：11837