SCI论文（www.lunwensci.com）
摘 要：智慧城市是当前城市发展的前沿课题,是对数字城市建设的进一步提升。本文结合 WebGIS 技术依托于通辽市 城区数据,构建城市三维展示平台,并对该平台的系统设计、功能模块及具体实现进行了分析与研究。
关键词：WebGIS,ArcGIS API for JavaScript,ArcGIS Server,城市三维
Design and Implementation of Web GIS-based City 3D Display Platform
WANG Yue1.2. WANG Fangxiong1.2
(1.LNNU Liaoning Provincial Key Laboratory of Physical Geography and Spatial Information Science, Dalian Liaoning 116029;2.LNNU School of Geographical Sciences, Dalian Liaoning 116029)
【Abstract】： Smart city is the frontier subject of current urban development, which is the further improvement of digital city construction. In this paper, based on the data of Tongliao city by WebGIS technology, the urban 3D display platform is constructed, and the system design, functional modules and specific implementation of the platform are analyzed and studied.
【Key words】： WebGIS;ArcGIS API for JavaScript;ArcGIS Server;three - dimensional city
引言
自国家测绘地理信息局从 2006 年开始推出“数字 城市”建设以来,全国各地积极推进数字城市的建设工 作, 同时数字城市也成为各学者们研究的热点 [1]。本文 以通辽市城区数据为研究对象,通过搭建城市三维展示 平台。该平台实现了三维倾斜影像、地图影像、数字高 程模型、建筑物白膜、二维路网等地理数据的全覆盖, 同时基于图上量算、阴影投射、可视域分析等功能,为 满足城市管理决策提供基础保障。
1 相关技术
1.1 WebGIS
WebGIS,网络地理信息系统,是 Internet 技术应 用于 GIS 开发的产物 [2]。WebGIS 主要指的是客户端 - 服务器模型,就是以 GIS 技术的为基础,根据地理信息 服务的实际特点,利用互联网构建网络传输以及信息处 理架构,其中客户端主要依托网页端的浏览器、移动端App 以及桌面端软件,服务器则是用来发布地理信息服 务的核心站点。WebGIS 通常应用在当前的工程建设以 及大规模的土地管理规划中,是一种现代化的信息工程 研发成果。
1.2 ArcGIS API for JavaScript
ArcGIS API for JavaScript(以下简称 ArcGIS JS API)是 ESRI 公司根据 JavaScript 技术实现的快速简 洁地创建交互式 WebGIS 应用的轻量级解决方案 [3]。通 过 ArcGIS JS API 可以调用 ArcGIS Server 提供的地图 资源或在线资源,绘制和展示空间数据,根据自己的业 务需求聚合不同服务器、不同类型的服务,借助封装的 功能类对底图和数据进行空间查询、分析等,实现底图 应用和地理处理功能。
2 系统设计
2.1 系统整体框架
城市三维展示平台采用 B/S 架构作为主要设计模式,在交互设计层面由 Web 客户端与服务器端构成的 Web 应 用程序,用户通过 Web 客户端发送请求,基于 AJAX 引擎将客户端与后台数据进行异步交互,实现图上量 算、阴影投射以及可视化域分析等功能。在技术设计层 面,前端采用超文本标记语言 HTML 编写界面框架, 应用脚本语言 JavaScript 完成整个界面的动态呈现, 通过调用 ArcGIS JS API 接口实现地图显示、地图基本 交互等相关功能。
服务器端是通过 ArcGIS Pro 软件将三维倾斜影像、 地图影像、数字高程模型、建筑物白膜、二维路网等地理 数据发布到 ArcGIS Server 服务器端。后端使用 Tomcat 对平台服务进行部署发布,结构设计如图 1 所示。
2.2 功能设计
城市三维展示平台的 Web 客户端提供基本 GIS 地 图功能、图层控制以及三维分析等功能模块,如图 2 所 示。基本地图功能模块包括地图显示、地图平移缩放、 地理测量等基本 GIS 功能; 图层控制模块通过勾选图层 以及借助 three.js 第三方库添加特效加载特定图层进行 展示;三维分析模块则包含光照变化、天气变化、阴影 投射以及可视域分析。光照变化可设定年月日以及全天 24h 的时间进行光照和阴影变化;天气变化则提供多种 天气进行选择; 阴影投射根据阴影覆盖时间阈值计算标 注场景;可视域分析是计算某点位的可视域情况。
2.3 数据库设计
针对于现有的地理数据类型以及用户需求,按区域范围建立地理空间数据库,分别为通辽市、通辽市城 区、通辽市主城区以及通辽市新城区。地理空间数据库 包含三维倾斜影像,数字高程模型、地图影像以及二维 矢量数据,如表 1、表 2 所示为部分数据属性表。
3 系统开发
3.1 基本 GIS 地图功能
基本 GIS 地图功能基于 ArcGIS JS API 进行设计 开发,包括地图浏览、建筑物查询以及地理测量三类功 能。地图浏览功能可以实现基本的地图浏览、缩放、地 图切换等基本功能。建筑物查询功能支持关联的建筑物 图层要素名称进行查询选中。地理测量功能支持长度以 及面积的测量。
3.2 图层控制功能
图层控制功能涵盖了三维倾斜影像图层、二维植 被路网等图层以及特效相关标注图层。three.js 是一款 运行在浏览器中的 3D 引擎,可以用它创建各种三维场 景,包括了摄影机、光影、材质等各种对象 [4]。网页中的三维特效标注使用了 three.js 第三方类库实现了路网 追踪、光罩特效等动态展示,如图 3 所示。
3.3 三维分析功能
(1)光照变化功能。本功能可以通过日期栏选择年 月日的时间,滑动轴来模拟一天太阳运动,实时体验光 影动态变化。
(2) 天气变化功能。该模块提供晴天、多云、降雨、 降雪以及雾霾共 5 种气象选择,用户可以手动调节云 量、雨雪量和雾密度来感受城市在多种天气下的场景。
(3)阴影投射功能。阴影投射功能提供时间栏确定 日期,并提供 3 种可视化方案： 大于阈值的区域、阴 影总持续时间、离散阴影。大于阈值区域方案是根据用 户设定处于阴影中的时间阈值,满足条件区域进行阴影 渲染; 阴影总持续时间可以选择梯度方案 : 连续或每小 时; 离散阴影则提供了时间间隔 15min 至 3h 的多种 选择。
(4)可视域分析。本功能需要用户确定观察点与目 标点,两点间直线绿色部分为可视区域,红色部分为不 可视区域。部分功能展示如图 4 所示。
4 结语
城市三维展示平台采用 B/S 架构的设计模式,通 过前后端分离的方式进行设计开发。浏览器端通过 HTML5 实现整体系统的界面搭建,使用 JavaScript 语言结合 ArcGIS JS API 实现了地图显示以及基本的地图 工具应用与三维分析功能,使用 three.js 第三方类库实 现了三维特效动态展示;服务器端以 ArcGIS Pro 将图 层服务发布到 ArcGIS Server 中进行管理调用,并利用地理空间数据库 Geodatabase 存放地理空间数据。城 市三维展示平台的发展将进一步提升城市管理决策在三 维方面的潜在能力,并为城市规划、房屋改造和选址分 析等领域提供强大的技术支持和理论依据。
参考文献
[1] 权西瑞,王凯,王小飞,等.基于Three.js的全景漫游产品设计 与实现[J].地理空间信息,2022.20(7):71-73+119.
[2] 朱文德,梁海玲,胡应剑 .基于云GIS的数字县域地理信息公 共服务平台建设 — 以广西平南县为例[J].测绘与空间地理信 息,2021.44(10):34-37.
[3] 周浩,赵修彦.基于ArcGIS JavaScript API的物业全覆盖管 理信息系统设计与实现[J].测绘与空间地理信息,2018.41(11): 160-162.
[4] 陈踊,王芙蓉,崔蓓,等 .基于WebGIS的校园用地规划信息系 统研究[J].中国教育信息化,2008(20):67-69.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jisuanjilunwen/52746.html
