CN103177103A - 一种三维地理信息系统管理平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维地理信息系统管理平台，主要包括相连的GIS服务器和GIS客户端，其中：所述GIS服务器：用于存储GIS信息并进行更新；所述GIS客户端：用于基于所述GIS服务器提供的GIS信息，进行三维GIS的建模和管理。本发明所述三维地理信息系统管理平台，可以克服现有技术中购买成本高、建模效率低和数据处理能力弱等缺陷，以实现成本低、工作效率高和数据处理能力强的优点。

Description

一种三维地理信息系统管理平台

技术领域

本发明涉及地理信息系统技术领域，具体地，涉及一种三维地理信息系统管理平台。

背景技术

地理信息系统（Geographic Information System或 Geo-Information system，简称GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

现有的地理信息系统在三维地理成图方面，主要依靠第三方软件进行后期三维建模与管理，其劣势是需要花费大量资金购买第三方建模软件；另外，由于目前第三方建模软件并没有相应的针对地理信息系统的功能模块，因此，在建模效率、数据处理等方面偏弱。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在购买成本高、建模效率低和数据处理能力弱等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种三维地理信息系统管理平台，以实现成本低、工作效率高和数据处理能力强的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三维地理信息系统管理平台，主要包括相连的GIS服务器和GIS客户端，其中：

所述GIS服务器：用于存储GIS信息并进行更新；

所述GIS客户端：用于基于所述GIS服务器提供的GIS信息，进行三维GIS的建模和管理。

进一步地，所述GIS服务器，包括依次连接的空间数据库和网页GIS服务器，所述空间数据库和网页GIS服务器分别与GIS客户端连接。

进一步地，所述空间数据库，包括依次连接的向量资料储存模块、支援模块、几何型态资料运算模块和物件导向资料模型库。

进一步地，所述向量资料储存模块，包括并行设置的空间资料储存模块和属性资料储存模块；和/或，

所述几何型态资料运算模块，包括并行设置的几何型态资料度量模块、几何型态资料转换模块和几何型态资料旋转模块；和/或，

所述物件导向资料模型库，包括并行设置的物件导向资料继承模型库、物件导向资料阵列模型库、物件导向资料扩充模型库和物件导向资料跟踪模型库。

进一步地，所述网页GIS服务器，包括依次连接的矢量、栅格资料发布模块，空间索引模块，投影转换模块，以及比例尺、图例自动化模块。

进一步地，所述GIS客户端，包括依次连接在所述空间数据库与网页GIS服务器之间的三维GIS管理模块和三维模型编辑模块。

进一步地，所述三维GIS管理模块，包括依次连接的矢量、栅格资料显示应用模块，OGC模块，附加元件扩充模块，投影转换模块，矢量资料查询及编辑模块，出图模块，以及空间启用客户机程序模块。

进一步地，所述OGC模块，包括并行设置的WMS子模块和WFS子模块。

进一步地，所述三维模型编辑模块，包括依次连接的矢量、网络资料分析模块，OGC模块，资料格式转换模块，投影转换模块，图层流量、查询及编辑模块，遥测影像处理模块，以及空间分析及统计模块。

本发明各实施例的三维地理信息系统管理平台，由于主要包括相连的GIS服务器和GIS客户端，其中：GIS服务器：用于存储GIS信息并进行更新；GIS客户端：用于基于所述GIS服务器提供的GIS信息，进行三维GIS的建模和管理；可以与地理信息系统紧密结合，同时实现了地上三维景观模型、地表三维地形模型等进行快速建立和一体化管理，并可对三维数据进行综合可视化和融合分析；从而可以克服现有技术中购买成本高、建模效率低和数据处理能力弱的缺陷，以实现成本低、工作效率高和数据处理能力强的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明三维地理信息系统管理平台的工作原理示意图；

图2为本发明三维地理信息系统管理平台中空间数据库的工作原理示意图；

图3为本发明三维地理信息系统管理平台中网页GIS服务器的工作原理示意图；

图4为本发明三维地理信息系统管理平台中三维GIS管理模块的工作原理示意图；

图5为本发明三维地理信息系统管理平台中三维模型编辑模块的工作原理示意图；

图6为本发明三维地理信息系统管理平台实施例的效果示意图一；

图7为本发明三维地理信息系统管理平台实施例的效果示意图二。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例，如图1-图7所示，提供了一种三维地理信息系统管理平台。参见图1-图5，本实施例的三维地理信息系统管理平台，主要包括相连的GIS服务器和GIS客户端，其中，GIS服务器，用于存储GIS信息并进行更新；GIS客户端：用于基于GIS服务器提供的GIS信息，进行三维GIS的建模和管理。

上述GIS服务器，包括依次连接的空间数据库和网页GIS服务器，空间数据库和网页GIS服务器分别与GIS客户端连接。空间数据库，包括依次连接的向量资料储存模块、支援模块、几何型态资料运算模块和物件导向资料模型库；该向量资料储存模块，包括并行设置的空间资料储存模块和属性资料储存模块；和/或，几何型态资料运算模块，包括并行设置的几何型态资料度量模块、几何型态资料转换模块和几何型态资料旋转模块；和/或，物件导向资料模型库，包括并行设置的物件导向资料继承模型库、物件导向资料阵列模型库、物件导向资料扩充模型库和物件导向资料跟踪模型库。网页GIS服务器，包括依次连接的矢量、栅格资料发布模块，空间索引模块，投影转换模块，以及比例尺、图例自动化模块。

上述GIS客户端，包括依次连接在空间数据库与网页GIS服务器之间的三维GIS管理模块和三维模型编辑模块。三维GIS管理模块，包括依次连接的矢量、栅格资料显示应用模块，OGC模块，附加元件扩充模块，投影转换模块，矢量资料查询及编辑模块，出图模块，以及空间启用客户机程序模块；该OGC模块，包括并行设置的WMS子模块和WFS子模块。三维模型编辑模块，包括依次连接的矢量、网络资料分析模块，OGC模块，资料格式转换模块，投影转换模块，图层流量、查询及编辑模块，遥测影像处理模块，以及空间分析及统计模块。

在上述实施例中，开放地理信息系统协会(Open GIS Consortium，OGC)，OGC规范致力于为地理信息系统间的数据和服务互操作提供统一。

Web地图服务（WMS）利用具有地理空间位置信息的数据制作地图。其中将地图定义为地理数据可视的表现。这个规范定义了三个操作：GetCapabitities返回服务级元数据，它是对服务信息内容和要求参数的一种描述； GetMap返回一个地图影像，其地理空间参考和大小参数是明确定义了的；GetFeatureInfo（可选）返回显示在地图上的某些特殊要素的信息。

Web地图服务返回的是图层级的地图影像，Web要素服务（WFS）返回的是要素级的GML编码，并提供对要素的增加、修改、删除等事务操作，是对Web地图服务的进一步深入。OGC Web要素服务允许客户端从多个Web要素服务中取得使用地理标记语言（GML）编码的地理空间数据，这个远东定义了五个操作：GetCapabilites返回Web要素服务性能描述文档（用XML描述）；DescribeFeatureType返回描述可以提供服务的任何要素结构的XML文档；GetFeature为一个获取要素实例的请求提供服务；Transaction为事务请求提供服务；LockFeature处理在一个事务期间对一个或多个要素类型实例上锁的请求。

PostgreSQL 是一种对象-关系型数据库管理系统（ORDBMS），也是目前功能最强大、特性最丰富和最复杂的自由软件数据库系统。它起源于伯克利（BSD）的数据库研究计划，目前是最重要的开源数据库产品开发项目之一， 有着非常广泛的用户。PostGIS在对象关系型数据库PostgreSQL上增加了存储管理空间数据的能力，相当于Oracle的spatial部分。PostGIS最大的特点是符合并且实现了OpenGIS的一些规范，是最著名的开源GIS数据库。

上述实施例的三维地理信息系统管理平台，主要解决了地理信息系统三维成图的问题，根据地理信息系统的特点，研发出的一套针对地理信息系统的三维地图生成与建模套件。该三维地理信息系统管理平台不仅与地理信息系统紧密结合，同时实现了地上三维景观模型、地表三维地形模型等进行快速建立和一体化管理，并可对三维数据进行综合可视化和融合分析。应用本实施例，可大大提高地理信息系统三维地图生产效率，降低成本，并扩展了地理信息系统的应用和服务范围。

上述实施例三维地理信息系统管理平台的工作流程，主要包括：

打开三维地理信息系统管理平台；

生成二维地图数据并保存到Spatial数据库中；

将二维地图数据从Spatial数据库中提取出来生成TIF格式二维地图图片；

在三维地理信息系统管理平台中打开三维模型编辑模块；利用三维模型编辑模块功能对二维地图进行快速建模并生成三维地图数据；

将三维地图数据保存到Spatial数据库中；利用地理信息系统WEB服务器对三维地图进行发布。

例如，在上述实施例的三维地理信息系统管理平台中，可以采用三维GIS（OuguGis）软件，三维地理信息系统管理平台的实施效果图参见图6和图7。下面对三维GIS（OuguGis）软件进行具体说明。

一、三维GIS（OuguGis）软件简介

OuguGis是一个用户界面友好的桌面地理信息系统，可运行在Linux、Unix、Mac OSX和Windows等平台之上。OuguGis是基于Qt，使用C++开发的一个用户界面友好、跨平台的桌面地理信息系统。

二、功能介绍

 OuguGIS具备一般GIS均有的四种类型的基本功能，它们分别是：

1、数据采集与编辑功能

GIS的核心是一个地理数据库，所以建立GIS的第一步是将地面的实体图形数据和描述它的属性数据输入到数据中，即数据采集。为了消除数据采集的错误，需要对图形及文本数据进行编辑和修改。

2、属性数据编辑与分析

属性数据比较规范，适应于表格表示，所以许多地理信息系统都采用关系数据库管理系统管理。通常的关系数据库管理系统（RDBMS）都为用户提供了一套功能很强的数据编辑和数据库查询语言（即SQL），系统设计人员可据此建立友好的用户见界面，以方便用户对属性数据的输入、编辑与查询。除文件管理功能外，属性数据库管理模块的主要功能之一是用户定义各类地物的属性数据结构。由于GIS中各类地物的属性不同，描述他们的属性项及值域亦不同，所以系统应提供用户自定义数据结构的功能，系统还应提供修改结构的功能，以及提供拷贝结构、删除结构、合并结构等功能。

3、制图功能

GIS的核心是一个地理数据库。建立GIS首先是将地面上的实体图形数据和描述它的属性数据输出到数据库中并能编制用户所需要的各种图件。因为大多数用户目前最关心的是制图。从测绘角度来看，GIS是一个功能极强的数字化制图系统。然而计算机制图需要涉及计算机的外围设备，各种绘图仪的接口软件和绘图指令不尽相同，所以GIS中计算机绘图的功能软件并不简单，ARC/INFO的制图软件包具有上百条命令，它需要设置绘图仪的种类，绘图比例尺，确定绘图原点和绘图大小等。一个功能强的制图软件包还具有地图综合，分色排版的功能。根据GIS的数据结构及绘图仪的类型，用户可获得矢量地图或栅格地图。地理信息系统不仅可以为用户输出全要素地图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题地图，如行政区划图、土壤利用图、道路交通图、等高线图等等。还可以通过空间分析得到一些特殊的地学分析用图，如坡度图、坡向图剖面图等等。参见图1和图2。

4、空间数据库管理功能

地理对象通过数据采集与编辑后，形成庞大的地理数据集。对此需要利用数据库管理系统来进行管理。GIS一般都装配有地理数据库，其功效类似对图书馆的图书进行编目，分类存放，以便于管理人员或读者快速查找所需的图书。其基本功能包括：1.数据库定义 2.数据库的建立与维护 3.数据库操作 4.通讯功能   

5、空间分析功能

通过空间查询与空间分析得出决策结论，是GIS的出发点和归宿。在GIS中这属于专业性，高层次的功能。与制图和数据库组织不同，空间分析很少能够规范化，这是一个复杂的处理过程，需要懂得如何应用GIS目标之间的内在空间联系并结合各自的数学模型和理论来制定规划和决策。由于它的复杂性，目前的GIS在这方面的功能总的来说是比较低下的。典型的空间分析有：

⑴拓扑空间查询

空间目标之间的拓扑关系有两类，一种是几何元素的节点、弧段和面块之间的关联关系，用以描述和表达几何要素间的拓扑数据结构，另一种是GIS中地物之间的空间拓扑关系，这种关系可以通过关联关系和位置关系隐含表达，用户需通过特殊的方法进行查询。

⑵缓冲区分析

缓冲区分析是根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围的缓冲区多边形，它是地理信息系统重要的和基本的空间分析功能之一.  

⑶叠置分析

将同一地区，同一比例尺的两组或更多的多边形要素的数据文件进行叠置，根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形或进行多边形范围的属性特征的统计分析。

⑷空间集合分析

空间集合分析是按照两个逻辑子集给定的条件进行逻辑交运算、逻辑并运算、逻辑差运算。

⑸地学分析

地理信息系统除有以上基本功能外，还提供一些专业性较强的应用分析模块，如网络分析模块，它能够用来进行最佳路径分析，以及追踪某一污染源流经的排水管道等等.土地适应性分析可以用来评价和分析各种开发活动包括农业应用、城市建设、农作物布局、道路选线等用地，优选出最佳方案，为土地规划提供参考意见.发展预测分析可以根据GIS中存储的丰富信息，运用科学的分析方法，预测某一事物如人口、资源、环境、粮食产量等，及今后的可能发展趋势，并给出评价和估计，以调节控制计划或行动。另外，利用地理信息系统还可以进行最佳位址的选择，新修公路的最佳路线选择，辅助决策分析和地学模拟分析等等。

⑹数字高程模型的建立

数字高程模型有三种主要的形式，包括格网DEM、不规则三角网（TIN），以及由两者混合组成的DEM。格网DEM数据简单，便于管理，但因格网高程是原始采样点的派生值，内插过程将损失高程精度，仅适合于中小比例尺DEM的构建。TIN直接利用原始高程取样点重建表面，它能充分利用地貌特征点、线，较好地表达复杂的地形，但TIN存储量大，不便于大规模规范管理，并难以与GIS的图形矢量数据或栅格数据以及遥感影像数据进行联合分析应用。所以一般的GIS都提供了两种数字高程模型的软件包，用户可以根据需要进行选择。

三、OuguGis软件的主要特点有：

1、支持多种GIS数据文件格式。通过GDAL/OGR扩展可以支持多达几十种数据格式。

目前支持的数据格式有：

栅格数据文件格式：

ArcInfo的ASCII Grid 和Binary Grid文件；

Grass的栅格文件（通过插件支持）；

TIFF/GeoTIFF文件；

Erdas Image文件；

JPEG文件；

USGS SDTS DEM文件；

USGS Ascii DEM文件。

2、支持PostGIS数据库：

PostGIS是开源对象/关系型数据库系统PostgreSQL的扩展，目的是使PostgreSQL支持空间数据的存储和使用，其本质类似于ArcSDE和Oracle Spatial Extension。PostGIS是采用GPL许可发布的，完整地实现了OGC的《Simple Features Specification for SQL》规范，并于2006年获得OGC认证。

PostGIS提供如下空间信息服务功能：空间对象、空间索引、空间操作函数和空间操作符。同时，PostGIS遵循OpenGIS的规范。在数据格式方面，PostGIS支持各种常用空间数据类型，包括点（POINT）、线（LINESTRING）、多边形（POLYGON）、多点（MULTI_POINT）、多线（MULTI_LINESTRING）、多多边形（MULTI_POLYGON）和集合对象集（GEOMETRY_COLLECTION）等。

3、支持从WMS和WFS服务器中获取数据：

可以从web地图服务器及web要素服务器获取数据，包括其他gis系统发布或共享在服务器其上的WMS和WFS。

4、集成了Grass的部分功能：

具有空间数据管理与分析，图像处理，数字制图和可视化等功能。 其中完全照搬了Grass的分析功能，因此分析功能十分强大。

注：地理资源分析支持系统（Geographic Resources Analysis Support System，简称GRASS），是一种用于地理数据管理和分析、图像处理、图形/地图产品、空间模型和可视化的地理信息系统。

5、支持对GIS数据的基本操作，如属性的编辑修改等。

6、支持创建地图。

7、通过插件的形式支持功能的扩展

四、使用说明

1、OUGUGIS对文件的读取

图层是OUGUGIS的一个基本概念，是指在同类型的地理对象集合，是OUGUGIS软件对GIS数据局进行操作的基本单位。图层数据来源广泛，既可以是GIS矢量数据文件，也可以是CAD图层，甚至影像数据图层。 OUGUGIS软件支持四种类型的GIS图层，分别是矢量数据图层、栅格数据图层、PostGIS数据图层和WMS数据图层。

2、图层文件的属性

在OUGUGIS中打开一个图层之后，用户对OUGUGIS的缺省绘制的地图可能有不满意的地方，如地图的图例符号的样式、颜色不满意，或者需要显示一些文字注记---这里叫做标签的，等等，这就需要改变图层的属性了。

要改变图层的属性，只需要在OUGUGIS的左边的图层管理面版里面找到你想修改的图层，然后用鼠标右键单击该图层，再选择“属性”就可以了。 

3、图层文件的基本操作

缩放地图作为地图的基本操作，也是几乎每个GIS 软件必备的操作，OUGUGIS的工具栏提供了如下的功能：

⑴移动地图；

⑵放大地图；

⑶缩小地图；

⑷将地图尽量放大到当前窗口；

⑸显示当前的图层；

⑹回到上次的视图；

⑺刷新地图；

⑻地图的编辑。

OUGUGIS的地图编辑能力目前已经比较完善，常用的编辑功能都已具有，撤销和回退也很灵活. OUGUGIS的地图编辑功能包括两方面的编辑，一是编辑已经有的图层；一是创建新的图层。

5、查询操作：

如果打开的是矢量图层的话，就可以进行空间查询与分析操作了。空间查询（spatial query）是GIS最基本的功能之一，主要有两种：

6、图形与属性的关联查询：

在地图窗口中，选择任意一个区域或地物，都可以在属性列表窗口中显示该区域或地物。

相应的属性信息;同样，在属性列表窗口中选择任意一行属性数据，在地图窗口中就会突出 

7、显示对应的区域或地物图形。 

8、SQL查询：

是GIS利用属性信息查询满足多个特定条件的空间目标的查询方法。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三维地理信息系统管理平台，其特征在于，主要包括相连的GIS服务器和GIS客户端，其中：

所述GIS服务器：用于存储GIS信息并进行更新；

所述GIS客户端：用于基于所述GIS服务器提供的GIS信息，进行三维GIS的建模和管理。

2.根据权利要求1所述的三维地理信息系统管理平台，其特征在于，所述GIS服务器，包括依次连接的空间数据库和网页GIS服务器，所述空间数据库和网页GIS服务器分别与GIS客户端连接。

3.根据权利要求2所述的三维地理信息系统管理平台，其特征在于，所述空间数据库，包括依次连接的向量资料储存模块、支援模块、几何型态资料运算模块和物件导向资料模型库。

4.根据权利要求3所述的三维地理信息系统管理平台，其特征在于，所述向量资料储存模块，包括并行设置的空间资料储存模块和属性资料储存模块；和/或，

所述几何型态资料运算模块，包括并行设置的几何型态资料度量模块、几何型态资料转换模块和几何型态资料旋转模块；和/或，

所述物件导向资料模型库，包括并行设置的物件导向资料继承模型库、物件导向资料阵列模型库、物件导向资料扩充模型库和物件导向资料跟踪模型库。

5.根据权利要求2所述的三维地理信息系统管理平台，其特征在于，所述网页GIS服务器，包括依次连接的矢量、栅格资料发布模块，空间索引模块，投影转换模块，以及比例尺、图例自动化模块。

6.根据权利要求2所述的三维地理信息系统管理平台，其特征在于，所述GIS客户端，包括依次连接在所述空间数据库与网页GIS服务器之间的三维GIS管理模块和三维模型编辑模块。

7.根据权利要求5所述的三维地理信息系统管理平台，其特征在于，所述三维GIS管理模块，包括依次连接的矢量、栅格资料显示应用模块，OGC模块，附加元件扩充模块，投影转换模块，矢量资料查询及编辑模块，出图模块，以及空间启用客户机程序模块。

8.根据权利要求7所述的三维地理信息系统管理平台，其特征在于，所述OGC模块，包括并行设置的WMS子模块和WFS子模块。

9.根据权利要求5所述的三维地理信息系统管理平台，其特征在于，所述三维模型编辑模块，包括依次连接的矢量、网络资料分析模块，OGC模块，资料格式转换模块，投影转换模块，图层流量、查询及编辑模块，遥测影像处理模块，以及空间分析及统计模块。

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