省级三维国土资源一张图展示与分析系统的建设

宁新林，石叶梅，刘红胜

(1.佛山市顺德区金方建筑工程有限公司，广东佛山528300;2.广东顺潮建设工程有限公司，广东佛山528303;3.佛山市顺德区绿骏市政工程有限公司，广东佛山528300)

一、引 言

当今世界，信息化已成为经济社会发展的总体趋势。党的十七大对我国加快推进电子政务和信息化建设提出了明确要求。为积极应对国土资源管理面临的新形势、新任务、新挑战，国土资源部采取了一系列重大举措，并于2010年6月发布了《国土资源部关于进一步运用现代科技信息手段规范和创新管理的指导意见》，其中明确提出要以全国国土资源一张图、综合监管系统和网络互联互通为基础，构筑以科技信息手段为支撑的国土资源管理运行体系，实现国土资源的全程监管和高效配置。

地理信息系统发展至今，二维的表现形式已经不能满足人们在某些特殊领域的需求。通过三维地理信息系统技术构建三维地理景观，可以在计算机中建立一个虚拟的地理环境，以动态和交互的方式对地理景观进行全方位的审视和评估，实现在土地管理中批、征、供、用、补、查信息的统一监管，实现实时监测、综合分析和全省土地资源状况展示，并可对各类数据进行不同层面的汇总分析，从而为土地执法监察管理提供基本依据，大大提高土地执法监管的水平和工作效率。

二、建设目标

以省基础地理数据、“二调”形成的土地利用现状调查、权属和基本农田调查数据信息成果为基础，通过叠加土地利用规划数据、基础地质类数据、矿产类数据和地质环境类数据，并按照统一坐标系、统一数据精度、统一数据格式、统一数据成果标准、统一数据库的标准形成全省国土资源底图和国土资源一张图。在此基础上开发的三维应用服务系统可以作为一个独立的系统实现对多源多时相影像和矢量等海量数据的组织、管理、发布、查询、浏览和分析等功能，进而全面、快捷、直观和准确地掌握土地、矿产等各类资源的数量、质量和空间分布。同时，还可开展与电子政务系统初步集成的试验，为业务系统提供可视化的二、三维地理信息应用服务，为国土资源管理与决策提供强有力的信息支撑。

三、建设任务

1.各类国土资源数据的集成

1)基于省各类基础地理数据、遥感影像数据和数字高程模型等构建全省三维地理场景。

2)完成国土资源专题数据(土地利用现状、土地利用规划、建设用地审批、基础地质类数据、矿产类数据和地质环境类数据等)的加载、图面美化和符号配置等工作。

2.国土资源三维地理信息系统建设

开发省级国土资源三维地理信息系统，实现对省国土资源多源多时相影像和矢量等海量数据的组织、管理、查询、浏览、分析，全面、快捷、直观和准确地掌握全省土地、矿产等各类资源的数量、质量和空间分布。同时，开展与电子政务系统初步集成的试验，为业务系统提供可视化的二、三维地理信息应用服务，为国土资源管理与决策提供强有力的信息支撑。

四、系统总体设计

在省级国土资源三维地理信息系统的设计过程中，采用了多层体系架构模式，并采用组件技术实现基础模块的可复用性，以及实现系统的灵活性、开放性和可扩展性。整个系统架构从逻辑上分为基础设施层、数据层、系统支撑层和应用层。系统软件设计采用分层架构技术，以通用性、稳定性定层次，同一层次则以功能划分包，并以上层服务为导向，逐级设计，逐步细化系统组件的颗粒度。

1.基础设施层

基础设施层提供系统的网络设施、服务器设施、存储设施、安全设施、输入/输出设施等，也包括保障这些硬件设施正常运行的基础软件环境(如操作系统等)。基础设施层构成三维地理信息系统的软硬件设施基础，保证数据的安全存储、高效管理和快速传输，也为整个软件系统提供了安全、高效和稳定的运行环境。

2.系统支撑层

系统支撑层包括底层系统支撑层和智行者GIS公共开发平台。其中，底层系统支撑层是整个系统所依赖的GIS系统、三维系统和涉及的其他相关技术系统，包括地理信息系统、数据库系统、各类开发环境和管理工具等。系统支撑层所采用的基础软件产品构成了地理信息系统运行的底层技术支撑环境。

智行者GIS公共开发平台是基于ArcGIS和Skyline开发的，是实现整个应用的基础和框架，除提供方便的开发模式外，还提供基本的业务分析及空间数据处理和应用功能的模块和组件，可以大大提高应用系统的开发效率。它综合了多种关键技术部件，包括基础GIS功能、专题图生成技术、空间数据管理、元数据管理、日志管理、权限认证等。应用层的应用系统是在合理的软件框架下根据应用需要对东方道迩GIS公共开发系统中各类组件进行选取、编排和组合构建而成。系统中的组件秉承组件内紧耦合、组件间松耦合的基本原则，使得组件之间的相互依赖尽可能降到最低，从而保证整个系统具有良好的灵活性、伸缩性和可扩展性。

3.服务支撑层

服务支撑层建立在平台支撑层基础之上，提供了二维地图服务、三维地图服务、功能应用服务、资源目录服务和国土专题服务等一系列的服务和接口。平台支撑层和服务支撑层构成了东方道迩独有的具有知识产权的智行者国土资源一张图管理与服务平台。

4.应用层

应用层为省级国土资源三维地理信息系统(B/S)。该层建立在智行者国土资源一张图管理与服务平台的基础之上，与具体应用需求相结合，开发并集成各类应用功能，并通过一站式门户等技术为用户提供人性化的应用界面。

需要说明的是，本期应用层只作三维地理信息的综合展示、查询和分析，但同时也开展与电子政务系统初步集成试验，未来可以为行政审批、业务管理、综合监管等电子政务提供二、三维空间信息服务的支撑，为业务系统提供可视化的二、三维地理信息应用服务，为国土资源管理与决策提供强有力的信息支撑。

五、系统设计

1.系统基本功能设计

系统总体结构如图1所示。

(1)三维浏览

系统可以通过鼠标、键盘、操纵杆、控制面板或者任意组合方式实现三维地图的平移、缩放、俯仰、旋转等基本操作，控制飞行的速度、高度视角。

(2)地图缩放

通过鼠标滚轮滚动方式或左下方的工具条来自由缩放三维影像地球，可以从不同的高度来浏览窗口，并且可以直接定位到房屋、街道、城市、国家、全球的高度。

(3)信息展示

①基本信息展示

查询系统中三维地形上任意一点的经纬度坐标、高程、地物类型等信息。

②属性信息展示

对于三维场景中的特定区域、指定对象(文字标注、建筑物等)，系统能够使用超链接技术，给其赋予属性信息。该信息可以是网页、应用程序或者多媒体数据集。

(4)查询搜索功能

①地物搜索

系统支持多种方式的地物搜索(如图2、图3所示)。地名数据查询定位，可以根据行政区划的名称对地名数据查询、定位;重要企业或地标的查询与定位，根据关键字对企业或地标进行查询、定位。

图1 系统总体结构

图2 兴趣点定位

图3 热点巡视

②信息查询

通过点选工具，可以拾取三维地形中任意一点的经纬度坐标和高程信息，可以在状态栏上显示鼠标当前位置的坐标，实现空间信息与属性信息互查，支持模糊查询。

③地名查询

输入查询的地物名称，系统通过模糊查询，在查询结果框中显示所有的查询结果，双击某地名，三维窗口居中即显示该地区。

④热点查询

对已有兴趣点(如风景名胜)进行超链接编辑，点击超链接即将视图窗口定位到兴趣点，减少文字输入与点选操作。

⑤查询结果定位

用户通过空间查询和属性查询功能查询到一个地物后，点击查询结果列表中的名称后，可居中显示该物体，并显示其属性信息。

⑥坐标定位

输入地理坐标进行三维场景的定位。提供经纬度坐标和用户自定义坐标两种坐标类型的输入模式;坐标实时转化，实现双坐标显示。

⑦路径飞行

系统可点击预设定好的飞行路径执行沿路径飞行，包括巡视路径、热点路径等;用户自定义路径包括用户绘制飞行路径和将现有公路作为飞行路径。

⑧动态标注

地理要素的信息可以动态标注，也可以自定义标注。

⑨多媒体管理

能够将地理要素的图片、视频等多媒体资料保存到数据库中，并能够查询。

⑩图层控制

用户可以根据自己的需要对三维场景中的图层显示进行控制，可以任意选择要显示的图层，对地形、影像、模型、矢量等数据图层进行分层管理。

⑪通用分析功能

系统具有以下分析功能：

a.空间距离。地形或模型上两点间直线距离。

b.水平距离。地形或模型上两点间水平面投影距离，如图4所示。

c.垂直距离。地形或模型上两点间高程差(相对高度)，如图5所示。

图4 水平测量

图5 垂直量测

d.地表距离。地形上两点间地面实际距离。

e.平面面积。多边形的水平投影面积。

f.地表面积。地形上多边形的地面实际面积。

g.两点通视。地形或模型两点间是否可视。

h.扇面通视。以地形或模型上一点为视点，计算给定高度和视域内可见、不可见区域。

i.水淹分析。以地形上一点高程为基准水位，计算给定区域内被淹没的地表区域。

j.定点观察。模拟人在地形或模型上某点对可视域进行直观观察。

k.等高线分析。模拟绘制等高线渲染图，如图6所示。

2.专用业务功能

(1)叠加对比

选择任意地区，系统可读取该区域内遥感影像库中的所有影像信息，并可以选择不同时相的两幅影像进行叠加对比，通过无级透明度的设置，进行不同透明程度下的土地变化分析，如图7所示。

图6 等高线分析示意图

图7 叠加对比示意图

(2)并列对比

选择任意地区，系统可读取遥感影像库中的所有影像信息，并可以选择不同时相的两幅到4幅影像进行多窗口并列对比，查询不同时相下的图斑属性信息，分析土地变化情况，如图8所示。

(3)图斑勾绘

在影像并列对比操作下，系统提供图斑勾绘工具，对动态监测的变化地区进行勾绘，同时赋予属性信息，并将勾绘结果输出保存下来，以更新监测成果数据库，如图9所示。

图8 并列对比示意图

图9 图斑勾绘示意图

(4)专题查询

提供基于图形和属性的多种国土资源专题查询功能，包括用地审批查询、土地供应查询、矿产资源查询等。查询结果可以专题图和表的形式反映与输出，提供查询模版定制功能，如图10所示。

图10 专题查询示意图

(5)专题统计

对每一类国土资源专题数据(采矿权、探矿权、矿产资源规划数据、土地利用规划和变化图斑等)按一定条件进行统计分类功能，也可以在三维场景中任意勾绘一个范围进行统计，统计分类的结果以饼状图和列表的形式进行显示，如图11所示。

图11 专题统计示意图

(6)专题分析

提供基于图形和属性的多种分析功能，包括拓扑分析、压盖分析、叠加分析、缓冲区分析、地类分析、土地利用水平(建筑面积、容积率)、供地情况分析等，统计分析结果可以专题图和表的形式反映与输出，提供统计分析模版定制功能。

3.系统管理维护

对系统进行管理和维护，提供了图层、图层方案和资源目录组织与管理，配图模板和制图模板管理，二维三维符号管理，数据字典和数据值域管理，查询模板构建和查询预览，用户、角色和部门管理，基于角色与权限的权限管理(数据权限、功能权限和服务权限)，服务管理(创建、注册、编排、授权、发布等)，数据库运行状态监控，数据访问、服务访问的管理日志管理等功能，保障整个系统能够为客户端应用访问提供安全、稳定的支撑。

六、结束语

本系统是基于二、三维地理信息系统构建的，有助于省国土资源部门准确地掌握全省土地、矿产等各类资源的数据、质量和空间分布情况，并为相关业务系统提供可视化的二、三维地理信息服务，提高了国土资源全程监管的水平和效率。

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