基于GE &GIS 技术的三维可视化校园地理信息系统设计与实现郭正鑫,张祖陆,赵 璐(山东师范大学人口#资源与环境学院,山东济南250014)摘要:目前,校园地理信息系统多采用二维地图显示。
基于Google Earth 展示平台和GIS 技术的校园地理信息系统,探讨了以动态、三维的方式来显示和管理校园信息的新方法。
实践证明,与传统的校园GIS 相比,该系统可更加直观地反映校园信息,有效提高校园信息交互检索的效率,并为在其它领域的应用提供了借鉴。
关键词:三维仿真模型;地理信息系统;校园地理信息系统中图分类号:P208;G47 文献标志码:A 文章编号:1005-8141(2008)11-0961-04Design and Implementation of 3D Campus Geographic Information System Based on Google Earth and GISGUO Zheng-xin,ZHANG Zu-lu,ZHAO Lu(College of Population,Resources and Envi ronmen t,Shandong Normal University ,Jinan 250014,Chi na)Abstract:Nowadays,the spatial data in campus GIS were displayed by planar map s.This paper discussed a new method to display and manage the diversiform campus information in a dynamic 3D mode and constructed the campus geographic information system based on Google Earth and GIS.The resul t showed that this system could recur the campus information much more vividly and could interactively search the campus information much more efficien tly than traditional campus GIS.In addition,this study could provide reference for the application of 3D visualization technology in other field.Key words:3D artificial model;Geographic Information System;campus geographic i nformation system收稿日期:2008-09-10;修订日期:2008-10-19基金项目:国家自然科学基金项目(编号:40471122);山东省自然科学基金项目(编号:Y2004E01)资助。
第一作者简介:郭正鑫(1983-),男,硕士研究生,主要从事GIS 开发和应用。
1 3D )C GIS 的提出GIS 是用来存储、管理空间数据的信息系统,几乎所有使用空间数据和空间信息的部门都可以应用,如导航、土地、水资源利用以及辅助决策服务等[1]。
在对校园GI S 的研究中,如曲巨宝对分布式WebGIS 技术的校园地理信息系统的研究[2],李明峰、朱振宇等对建立基于MapX 校园地理信息系统的研究[3],杨武年等关于数字成都理工大学校园空间信息系统构建与实现的研究[4]等。
这些研究有的侧重专业研究,有的侧重对具体问题的分析,有的侧重技术开发。
但上述大部分校园GI S 研究多采用二维地图显示,并且着重突出某一方面的功能。
因此,本研究提出了另一个新的思路,即构建一个三维可视化校园地理信息系统(3D Campus Geographic Information System,3D )CGIS)来增强校园GIS 的可视化程度。
GE(Google Earth)采用的3D 地图定位技术能够把Google Map 上的最新卫星图片推向一个新水平,使其最近几年的应用范围越来越广,如汽车导航、交通服务、城市定位搜索、监控系统等。
刘冰、石奉华对GE 在旅游、导航的问题进行了探讨[5];陈锐祥、何兆成等主要研究了GE 在交通信息服务系统中的应用[6];孙玉龙、茅志兵等阐述了GE 在航标监控系统中的应用等[7]。
基于Visual Basic 6.0平台,本文借助GE 和GIS 技术,构建了基于GE &GIS 平台的校园三维仿真模型,并在模型中实现空间数据和属性数据的集成和交互,实现/图数0同步查询和管理,从而为管理者提供决策依据。
本系统采用GE &GIS 技术作为开发平台,结合VB6.0集成开发环境进行了模型的构建。
考虑到数据范围,本文采用ACCESS 数据库。
2 系统需求分析目前,大部分高校的校园信息是相互独立的,这主要是由于其管理模式造成的。
该管理模式现状是:学生信息由学生工作处管理,校园建筑信息由学校总务处管理,因此未进行有效的集成管理。
这种管理模式不利于实现学生档案信息与校园地图实体的关联及动态查询更新。
为了提高学校整体管理效率,校园地理信息系统应该寻找一种有效的方式,能集中管理多种信息,并能进行扩充。
我们通过用户访谈和问卷调查的形式[8,9]了解到,用户对该系统的功能需求主要有以下方面:¹三维可视化展示校园信息,能详细直观地表达校园的各项空间信息和属性信息;º实现属性信息和地图上图元的定位互查;»实现出发地和目的地两点间的路径分析,从而得出最优路径;¼实现学生信息的定位管理和#961#查询。
当然,管理信息系统或单独开发的图形管理系统能够做好上述部分工作,但无法直观地表达数据的空间概念或需耗费巨大的人力、物力,也很不完善;而基于GE &GI S 技术的校园地理信息系统就能顺利实现上述与空间信息有关的任务,如空间图形的录入、编辑、浏览、查询等,以及与其它现有非空间数据的无缝结合。
3 系统主要功能设计根据系统需求分析、可行性分析和用户要求,建立校园地理信息系统的主要功能概括为:¹校园地理信息系统的三维显示。
通过GE 三维虚拟的真实再现校园各类地物的空间分布,可实现漫游、低空飞行、多角度观看等功能。
º利用属性信息对图上的校园地物进行定位查询(由表查图),并可直接查询空间地物的属性(由图查表)。
此功能可提供用户直观地了解各建筑物的具体信息,如教学楼的高度、楼层数、楼号、位置等信息。
在模型中,每个实体对象都有对应的唯一标识符ID 。
一旦获取了对象的I D,就可获得对应实体的全部信息,包括空间信息和属性信息,查询流程见图1。
»将学生信息进行空间化管理,实现学生信息与其宿舍信息、教学楼信息的关联和学生信息的地理定位。
学生信息与宿舍、教学楼信息的交互可查看学生所在的宿舍号或所在院系的教学楼号,也可查询某座宿舍或教学楼所包含的院系。
图1 信息查询流程图4 系统数据库设计和模型的构建山东师范大学2005年QUICKBIRD 遥感图像、1B 500的校园平面图、各建筑物统计信息等。
遥感影像配准是通过由GPS 实测地面控制点对遥感图像配准,然后进行解译来完成空间数据的采集。
根据学校基建处提供的校内各建筑物统计信息并结合实地调查得到所需属性信息。
学生属性信息主要来自学校教导处。
三维可视化校园地理信息系统系统逻辑结构设计见图2。
4.1 空间数据的数据结构设计和属性数据结构设计本研究的校园空间信息共分为5个基础类别)))主要建筑、其它建筑、运动场地、校内道路和绿化用地。
在各个基础类别下,又细化为多个地物专题。
如根据具体用途的不同,主要建筑又细分为教学、科研、公寓、宾馆、医疗和饮食5个专题,建立地类符号库以区分不同的专题信息。
在系统中,属性数据主要包括各空间要素的属性信息(即可地图化的属性信息),不包括地理信息的属性信息(即不可地图化的属性信息)。
对于前者,根据GIS 中数据分层存放的要求,本研究分别设计了教学楼信息属性表、宿舍楼信息属性表、运动场地属性表、校内道路属性表以及其它建筑属性表等;后者主要包括院系信息属性表、教师信息属性表以及学生信息属性表,表格通过关键字进行关联,学生信息属性表结构见表1。
图2 系统逻辑结构设计表1 学生信息属性表字段名称类型长度备注学员C 10索引字段姓名C 8加入学生照片性别C 2-出生日期C 8-专业方向C 20-导师名称C 6-宿舍电话号码C 10-所在宿舍楼号C 3通过该段与空间数据关联所在院系C20同上4.2 3D )CGIS 仿真模型的构建构建校园三维可视化仿真模型,首先要将GIS 数据(包括空间数据和属性数据)转换为可用来创建KML 地标文件的格式[10]。
有关GElink 插件,本研究所用原始数据是在MapInfo 9.0下对遥感影像进行解译获得,属性信息包括每个地块图斑的ID 、用途、楼层等信息。
需要注意的是,由于GE 本身架构在WGS84坐标框架下所定义的经纬度坐标之上,所以各种数据坐标系一定要转换为WGS84坐标系的框架下,其点位位置才能在GE 下精确地坐落在正确的位置上。
另一方面,GE 的地标文件采用的是UTF )8编码[11],但是GE Link 输出转换文件时采用的是ASC Ò。
因此,需要我们将输出的KML 地标文件修改为以unicode 或UTF )8编码,才能正常显示有关的中文内容。
在上述工作的基础上,我们利用GELink 插件创建包含高程信息的地标文件;最后将地标文件导入GE 中,直观地查#962#看校园状况的三维仿真模型,借助GELink 工具把MapInfo 的数据导出为可在GE 中浏览的数据。
5 系统主要功能实现系统包括学校各类信息查询模块、学生信息管理查询模块和校园三维可视化地图模块,可进行学校和学院信息的查询、学生信息的管理和查询、校园电子地图的查阅,系统主界面见图3。
图3 系统运行主界面5.1 学校基本信息查询可查看学校简介、各个学院以及教师的基本信息。
在学院查询中选择院系名称,可显示该院系的信息。
同时,教师查询中的教师名单与所选院系同步更新,可查看所选择的教师信息,见图4。
图4 学校信息查询模块界面512 学生信息管理和查询学生信息管理查询模块的进入包括管理员和学生用户两种权限。
前者可按照学生所在院系及专业查看所有学生记录,对记录进行添加、删除和编辑操作,并可将记录输出为报表。