3D-GIS地理信息系统项目实施及目标

Posted 2021-03-01

一、 项目预期目标
（一）建立三维GIS平台
建立三维可视化、多元化海域陆域集成部分地理信息平台。
（二）实现三维GIS多领域化应用
实现三维GIS应用到资源开发、数字城市建设、海洋开发等多领域，实现价值多元化目的。
（三）真四维时空GIS
在三维GIS平台的基础上，实现真四维时空GIS。
(四)利用数据挖掘技术进行知识发现
空间数据挖掘是从空间数据库中抽取隐含的知识、空间关系以及其他非显式的包含在空间数据库中但以别的模式存在的信息供用户使用，这是GIS应用的较高层次。
（五）建立空间数据仓库（SpatialDatawarehouse）
空间数据量非常大，而且数据大都分散在政府、私人机构、公司的各个部门，数据的管理与使用就变得非常复杂，但这些空间数据又具有极大的科学价值和经济价值，因此需重视空间数据仓库的建立工作，实现空间数据仓库优化目的。
（六）GIS产业链发展
依靠现有的技术和研发，形成GIS产业链，为创建智慧添砖加瓦。
（七）实现三维GIS普及化
在条件成熟的情况下，开发三维GIS手机客户端，推广三维GIS。
二、 项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分析
（一）项目实施方案
三维地理信息系统是一个庞大的数据库，由于起步较晚，因此实现三维地理信息系统建设是一个长期而艰巨的任务，系统建设要由简单到复杂，分三个阶段进行。
第一阶段目标：
准确无误的收集海域陆域信息；建立三维信息管理系统；GIS使用人员培训并能独立使用系统的各项功能。
第一阶段工作内容：
1、成立专班，确定岗位人员；
2、收集本岛海域陆域信息数据；
3、进行三维GIS系统的研发；
4、配合三维GIS软件提供方完成GIS系统数据录入，初步建立GIS系统；
5、三维GIS系统使用人员培训，能独立完成三维GIS后期数据录入；
6、实现三维可视化
第二阶段目标：
完成周边岛屿陆域海域信息数据收集；周边岛屿陆域海域信息数据录入GIS系统。
第二阶段工作内容：
1、周边岛屿信息数据收集
2、自己完成收集信息数据录入GIS系统
3、实现三维可视化
第三阶段目标：
建立三维GIS数据资源共享平台；保障系统的正常运行及维护。
第三阶段工作内容：
1、建立三维GIS数据资源共享平台；
2、在GIS系统上进行管网及设备的日常维修、管网规划及优化设计；
3、后期项目开发。
（二）技术路线
1、大数据量的存储与快速处理
在三维GIS中，无论是基于矢量结构还是基于栅格结构，对于不规则地学对象的精确表达都会遇到大数据量的存储与处理问题。除了在硬件上靠计算机厂商生产大容量存储设备和快速处理器外，还应该研究软件方面的算法以提高效率，例如针对不同条件的各种高效数据模型设计、并行处理算法、小波压缩算法及在压缩状态下的直接处理分析等。
2、完整的三维空间数据模型与数据结构
三维空间数据库是三维GIS的核心，它直接关系到数据的输入、存储、处理、分析和输出等GIS的各个环节，它的好坏直接影响着整个GIS的性能。而三维空间数据模型是人们对客观世界的理解和抽象，是建立三维空间数据库的理论基础。三维空间数据结构是三维空间数据模型的具体实现，是客观对象在计算机中的底层表达，是对客观对象进行可视表现的基础。
3、三维空间分析方法的开发
空间分析能力在二维GIS中就比较薄弱，目前大多数的GIS都不能做到决策层次上来，只能作为一个大的空间数据库，满足简单的编辑、管理、查询和显示要求，不能为决策者直接提供决策方案。其中很大一个原因就是在现有的GIS中，空间分析的种类及数量都很少。在三维GIS中，同样面临着这个问题。因此，研究开发GIS的基本空间分析及将各领域的专家知识入嵌入GIS中，是三维GIS发展的一个重要方面。
具体实现如下：
（1）用户信息获取模块
用户在初次使用系统时首先运行此模块，获取用户的基本信息及其使用场景与目的并将其存储，根据既定标准进行使用界面的选择，再次登陆时此模块不再自动运行，但支持增加新用户及修改用户信息，并允许用户自由选择界面。
（2）数据模块
数据模块的建立包括数据的导入、数据的组织与管理和数据的处理三个方面。数据格式采用二维与三维数据的集成，二维数据选择的是国军标数据，针对三维空间分析与交互的要求，选择3dsmax的交换格式3ds和自定义的3dgd两种矢量数据格式作为数据源。数据处理中包含生成低精度LOD的部分。
（3）界面模块
针对不同用户进行认知实验，形成适合不同类型用户的基本界面并添加到系统界面库中，用于支持用户的不同要求。界面库采用可编辑的方式，允许专业用户根据自己的需求进行添加和修改界面。
（4）表现形式选择模块
在小比例尺范围，即符号空间内采用二维形式来表现，随着用户所需观察区域的缩小，在实验的基础上设置阈值(比例尺为1∶5000较为理想)，在比例尺大于阈值后转变为三维表现，采用五个层次的LOD。对于对三维表现没有要求的用户，允许选择纯二维的表现形式。
（5）空间分析模块
二维表现形式的环境中提供空间查询、量算、叠置分析、缓冲区分析及网络分析等GIS基本功能;三维环境中，由于其空间表现的复杂性，仅仅提供查询、量算及叠置分析的功能，其他功能用户可以在同一区域的二维环境中实现。
（6）图形交互编辑模块
空间数据采用具有拓扑关系的顶点、边线、三角形和四面体的模型来表现空间对象，该模块提供编辑工具，允许用户根据需要对空间对象及其构成要素进行编辑和修改，相关要素根据拓扑关系自动更改。
将中间件技术应用到三维GIS的集成技术框架主要研究将专业空间分析模型以中间件的方式集成到各个专题应用的三维GIS系统中，称为三维GIS专业空间分析中间件。整个系统遵循３层体系结构，在分布式系统中，中间层通过采用中间件技术，屏蔽底层的系统平台异构和数据多源异构。当客户端进行某项应用操作时，通过接口代理向系统发出请求，根据对用户请求的分析，由中间件管理引擎调用相应的实现部分在这种开发模式下，可以提高专业空间分析模型的重用率，模块与软件组合更加灵活且不必考虑平台的异构性，大大降低了开发成本和难度。
（四）组织方式
从项目组织形式的特点和各类来看，一个项目有多种组织形式可以选择，迢惩戒、独立式、直线式、矩阵式。矩阵式项目组织还可以分为弱矩阵型和强矩阵型。这些项目组织形式，各有其使用范围、使用条件和特点。既不能说哪一种项目组织形式先进或落后，好或不好。因此，在选择具体的项目组织形式时，必须考虑如下因素：
1、项目身躯的情况，如规模、难度、复杂程度、项目结构状况、子项目数量和特征。
2、上层系统（企业）组织状况，以及同时承担的项目数量或项目任务范围。
3、项目对效率与成本的需要，通常情况下，可采用高效率、低成本的项目组织形式，采用简便、快速的决策形式，使项目各方面能高效的运行。
（五）课题分析
利用中间件技术实现三维地理信息系统是目前国内外学术界研究的热点，它的提出一定程度上是为了克服二维系统的缺陷，从而满足实际应用的需要。三维地理信息系统能更真实、直观地反应客观世界，并且具有更加丰富的数据类型。本课题主要对三维可视化相关技术和方法进行了比较全面的分析和探讨，对比了各种数据采集方法，分析了数据处理流程中可能产生的误差，给出了几种误差控制的方法，在此基础上，针对可视化系统中比较重要的地形和地物两类数据，给出了各自的采集和处理方法；接下来介绍了几种比较重要的三维空间数据模型，对比和分析了各自的特点和适用范围，结合地形和地物，讨论了数据模型的选取和模型的建立方法；介绍了可视化过程中几个比较关键的技术，以及几种常用的可视化工具，并进行了比较，最终实现利用中间件技术，更好地实现三维GIS。
建立这样一种利用中间件技术实现新型的理论、方法、技术和平台体系具有两个方面的重要性，一方面，从计算机软件技术发展的角度，这种新型的理论、方法和技术将成为面向Internet计算环境的一套先进的软件工程方法学体系，为二十一世纪计算机软件的发展构造理论基础；另一方面，这种基于Internet计算环境上软件的核心理论、方法和技术，将为我国在未来5-10年建立面向Internet的软件产业打下坚实的基础，在基于Internet新型中间件平台等方面形成具有特色的技术标准和技术专利，为我国软件产业的跨越式发展提供核心技术的支持。
三、 计划进度安排
项目实施时期的进度安排也是可行性研究报告的一个重要组成部分。所谓项目实施时期可称为投资时期，是指从正式确定建设项目到项目达到正常生产这段时间，这一时期包括项目实施准备、资金筹集安排、勘察设计和设备订货、施工准备、施工和生产准备、试运转直到竣工验收和交付使用等各个工作阶段。这些阶段的各项投资活动和各个工作环节，有些是相互影响，前后紧密衔接的；也有些是同时开展、相互交叉进行的。因此，在可行性研究阶段，需将项目实施时期各个阶段的各个工作环节进行统一规划、综合平衡，作出合理而又切实可行的安排。
　　1.系统项目实施阶段
　　2.建立项目实施管理机构
　　3.资金筹集安排
　　4.施工准备
　　5.施工和生产准备
　　6.竣工验收
　　7.项目实施进度
四、 现有工作基础和条件
（一）工作基础
90年代以来，由于计算机技术的不断突破以及其它相关理论和技术的完善，GIS在全球得到了迅速的发展。在海量数据存储、处理、表达、显示及数据共享技术等方面都取得了显著的成效，其概括起来有以下几个方面：
1、硬件系统采用服务器/客户机结构，初步形成了网络化、分布式、多媒体GIS；
2、在GIS的设计中，提出了采用“开放的GIS环境”的概念，最终以实现资源共享、数据共享为目标；

3、高度重视数据标准化与数据质量的问题，并已形成一些较为可行的数据标准；

4、面向对象的数据库管理系统已经问世，正在发展称之为“对象--关系DBMS（数据库管理系统）”；

5、以GIS为核心的“3S”技术的逐渐成熟，为资源与环境工作提供了空间数据新的工具和方法；
6、新的数学理论和工具采用GIS，使其信息识别功能、空间分析功能得以增强等等。目前中间件技术已经日渐成熟，已经出现了不同层次、不同类型的中间件产品。大致可分为以下几类：
1、消息中间件(MessageOrientmiddleware：MOM)

将数据从一个应用程序发送到另一个应用程序，这就是消息中间件的主要功能。 它要负责建立网络通信的通道，进行数据的可靠传送。保证数据不重发，不丢失，消息中间件的一个重要作用是可以实现跨平台操作，为不同操作系统上的应用软件集成提供数据传送服务。它适用于进行非实时的数据交换，如银行间结算数据的传送。主要的产品有：IBMMQSeriesBEAMessageQBEATuxedo/QMicroSoftMSMQ东方通科技tonglink/q。

2、交易中间件(TransactionProcessing：TP)

交易中间件也和消息中间件一样具有跨平台，跨网络的能力，但它的主要功能是管理分布于不同计算机上的数据的一致性，协调数据库处理分布式事务，保障整个系统的性能和可靠性。交易中间件所遵循的主要标准是x/opendtp模型。它适用于联机交易处理系统，如银行的ATM系统，电信的计费营收系统。主要产品有：BEATUXEDO，IBMCICS，东方通科技tongeasy

3、对象中间件(ObjectMomitor)

对象中间件也叫ObjectTPMomitor，它一般也具有交易中间件的功能，但它是按面向对象的模式来组织体系结构的，在线的电子交易很适合采用这种中间件类型。因为这种类型的应用会被频繁的修改，面向对象的体系结构可以保持足够的弹性来应付这种改动。提到面向对象的中间件，就不得不提到对象请求代理(ObjectRequestBrokers：ORBs)，现在有3种对象请求代理体系结构，CORBA，EJB，COM+，ORBs是一组协议或是标准，现在的对象中间件都是按照上面三种体系结构的某一种来构造的如：BorlandVisiBroker，MicroSoftTransactionServer，IONAorbix，IBMcomponentbroker，东方通科技tongbroker

4、应用服务器(ApplicationServer)
应用服务器主要用来构造基于WEB的应用，是企业实施电子商务的基础平台。它一般是基于J2EE体系结构。让网络应用的开发、部署、管理变得更加容易。使开发人员专注于业务逻辑。主要的产品有BEAweblogicIBMwebspere，BorlandAppServer等，还有一些开放源代码的J2EE应用服务器，如JBOSS等。

5、企业级应用集成(EnterpriseApplicationIntergration：EAI)
一个大型企业内部往往有很多的计算机应用系统，EAI可用于对这些系统进行有效的整合。使它们之间能够互相访问，实现互操作。EAI所提供的上层开发工具或许是EAI和其他中间件最大的区别，它允许用户自定义商业逻辑和自动使数据对象符合这些规则。EAI的典型用户是那些巨型企业的大量应用系统的整合，主要的产品有BEAELINK，BEAWLI等。
6、安全中间件(SecurityMiddlewares)
近几年，随着互联网的发展，信息安全越来越受到普遍关注，安全中间件也应运而生。安全中间件是以公钥基础设施（PKI）为核心的、建立在一系列相关国际安全标准之上的一个开放式应用开发平台，向上为应用系统提供开发接口，向下提供统一的密码算法接口及各种ic卡、安全芯片等设备的驱动接口。主要产品有：ENTRUSTentrus，东方通科技tongsec等。
现有的三维GIS技术和中间件技术，为发展以中间件技术为基准的三维地理信息平台提供了很好的依据和借鉴。

原文来自：http://www.ztmapinfo.com/blog/index.php/article/57.html