三维WebGIS在街区微更新中的应用
李佳俊 李晓霞
引言
随着倾斜摄影技术、ＷebGL技术以及计算机技术的不断发展与完善,WebGIS三维平台已广泛应用于城市规划领域之中。借助平台中倾斜摄影模型精度高、可视化强、生产速度快等优势对城市街区微更新起到了辅助规划的作用。街区微更新是局部小规模、渐进更新的过程，需要实现规划方案的快速分享以及改造节点的精细化管理。因此,开发三维WebGIS辅助规划平台在现阶段是非常有必要的。
平台利用Cesium三维虚拟地球开源库，结合多类数据库，开发了集图层管理、数据管理、数据编辑、规划分析功能于一体的三维WebGIS平台。实现了将街区尺度的规划方案平面图、现状平面图、规划方案模型、倾斜摄影模型、矢量数据等数据融合展示于平台中。为城市管理者、规划者以及公众提供了新的沟通方式，满足在规划方案设计与实施阶段的三维可视化需求。
1 平台总体架构
1.1总体架构
平台依据互联网信息安全标准规范，基于三层架构搭建，如图１所示。
底层为数据层，为平台提供多源数据支撑，由矢量数据库、业务数据库、三维模型数据库以及系统数据库组成。PostGIS矢量数据库，主要存储用户在线编辑的矢量数据及其属性数据。业务数据库对接现有的Oracle数据库，实现对各类业务数据的无缝访问。模型数据库使用基于分布式文件存储的MongoDB,平台中的倾斜摄影模型、人工模型、地形的DEM以及影像切片数据都由该数据库存储并管理。其优势在于可存储类似OSGB、Cesium3Dtiles等数据量大、数据结构松散、零碎的数据，并且支持对数据创建索引。MySQL数据库主要为系统提供后台管理、各类系统配置等数据。
中间层为应用层，是平台依托的服务框架，包括企业服务总线、ApacheTomcat、J2EE、Cesium等平台，为业务层提供必要的服务支撑。
上层为业务层，包含用户权限管理系统、统一的用户登陆接口、各业务功能模块及其包含的具体功能类别。业务功能模块主要有图层管理、数据管理、要素编辑和规划分析。
1.2平台特点
1.2.1支持多类数据的上传
可对倾斜摄影模型、人工模型(*skp）、矢量（ghapilie）栅格、地形（TTFF）等多元数据进行上传、发布、查看以及调整等操作，并将上述数据融合到同一场景中进行展示。
1.2.2 接入多平台业务数据
为了保证不同平台之间的数据调用，对相关平台的数据开放了相应的接口。例如，支持微信小程序后台数据的调用与展示,能够接入Arcgis发布的地图标准服务(WMS、WMTS）以及 VR 全景、视频等多元化数据的接入。
1.2.3 配备多类功能模块
平台中集成了多类功能模块辅助规划人员更进一步挖掘数据中潜在的信息。主要包括，能够分析不同时间点光照情况的光照分析；不同节点可视空间范围的可视域分析；根据矢量数据属性表中的高度值自动拉伸的体块拉伸模块以及能够进行三角测量、面积测量以及土方量测量的空间量测模块等。
1.2.4 支持数据编辑
矢量标绘可以实现在平台中绘制点、线、面要素并挂接属性数据。实现对倾斜摄影模型和人工模型的等比例缩放、高度、位置、角度进行调整。以及对三维场景中重要的建筑物进行单体化或对某片待改造区域进行压平处理，经过压平处理后将规划方案叠加在地块中进行展示。
1.2.5 丰富的资源库
平台为规划人员提供了案例库、人工模型库以及符号库，案例库中为精选的项目案例成果，可以为规划人员提供参考与学习。人工模型库为一些具有代表性的建筑、交通、景观等不同类型的Sketchup模型，方便规划人员在三维场景中调用。符号库为用户提供了带有不同属性字段的矢量符号，用户可根据节点的属性选择对应的符号。
2 平台关键技术
2.1多人协同编辑
规划方案在设计阶段通常需要多个部门人员同时协作完成。例如，对于街区微更新的规划需要建筑、交通、景观以及市政等部门的技术人员共同参与。平台针对这一需求开发了多人协同编辑技术。多人协同编辑可以满足不同部门人员同时操作并编辑同一规划方案中的不同图层，并在网页刷新后可实时同步当前协作方案的结果。
2.2 多源数据管理技术
平台中涉及到的数据类型主要包括倾的摄影模型、人工模型、矢量数据、栅格数据以及用户自定义绘制的矢量要素以及添加的文本、图片和链接等数据。平台中对于上述多源数据的管理进行了分析并形成了高效的解决方案。数据管理主要包括数据上传、数据存储与修改以及数据请求。
2.3 联动对比技术
联动对比技术是指在同一个页面中，将屏幕分为左右两个区域，每个区域独立显示一个三维场景，鼠标在操作其中一个场景时，另一个场景的视角也会一同变化，从而达到对比的目的。该技术实现是使用了iframe嵌套技术,即将一个页面分为左、右两个ifame，每个ifame中加载一个独立的页面，两个ifame中的相机参数通过父页面进行传递，当其中一个视角变化后，会通知另一个页面，并且实现观看视角的同步。
2.4模型单体化
由于倾斜摄影模型是由海量的不规则三角面构成,模型中涉及到的单个建筑并不是独立的模型。但在实际应用中,需要对每一个独立的建筑赋予相应的建筑基本信息,所以需要借助单体化来表达不同建筑的属性信息。单体化的过程需要借助人工绘制一个矢量多边形，并将该范围内的建筑包裹起来，并用不同颜色值表示。同时，创建属性表并添加对应的属性信息。通过单体化的模型可以实现对某个建筑信息的快速查询。这一技术弥补了倾斜摄影模型中建筑单体没有属性信息的缺陷。
3 平台应用
3.1 街区空间量测与分析
街区更新工作是以城市治理单元为基础开展的对建成区内城市功能的再调整和重新安排，通过创新社会治理方式，优化空间资源配置，不断改善人居环境，优化城市功能，推动存量空间利用和社会服务的适度平衡，同时也是加强老城整体保护与践行存量规划、落实北京新总规与创新社会治理、疏整促向纵深发展和完善老城规划体系的要求。
3.2重要改造节点查询
在规划方案设计阶段，公众或决策者往往只能通过效果图结合文字说明的方式对规划方案进行初步认识，形式比较单一，且难以了解改造节点三维场景的具体情况。在本平台中、使用者可以利用点编辑功能对三维规划方案中某个节点添加点位置信息。该信息包括改造节点的全景照片、文字说明、图片以及相关附件等，其中的全景照片包含现状环境和规划场景两部分，点信息添加完毕后，公众及决策者可以道过全景的视角来观察该节点的现状环境及规划场景，再结合图片、文字说明等多种表达方式可以更直观地了解规划方案的设计思路。
3.3方案与规状联对比
借助于倾斜摄影模型可以真实反映现状场景三维信息的优势，平台中引入了规划方案与倾斜摄影模型联动对比功能。该功能一方面解决了传统二维webCIS平台中无法表现建筑透视关系的问题。另一方面解决了单一分析视方案而脱离真实现状的问题。联动对比窗口分为左、右两屏，左屏为规划方案，右屏为规划现状。在联动对比过程中，支持缩放、平移以及旋转等操作，辅助支撑整个规划方案的设计与更新。
3.4重要建筑信息化管理
崇雍大街沿线有很多历史建筑、文物保护单位等重要建筑，在规划设计以及实施过程中需要对该类重要建筑进行保护。在平台中，首先通过动前文提到的模型单体化能重要建筑进行单体化，之后对不同类到的建筑单体建立对应的属性表。最后，根据情况将建筑物的建立年份、保存情况以及重要程度等信息进行录人，实现每一构重要建筑的信息化管理。信息化工作完成后，规划人员在平台上可以方便查看街区中不可拆除、移动目需要保护难筑的详信息，并协调重要建筑周边的建筑风貌、特色以及用途，避免街区在微更新过程中对老城的核心要素造成破坏与损失。
4 结论
本文主要研究了面向街区微更新应用的三维平台总体架构、关键技术及主要功能应用。借助倾斜摄影模型精度高、信息表达丰富的优势，结合平台的联动对比技术可以直观地反映出建筑、景观及交通等方面在街区改造时进行的局部细节调整。基于WebGIS开发的B/S端三维平台，浏览器端无需安装插件即可实现平台的访问与使用。这一方面降低了用户的操作成本，另一方面实现了数据的快速共享。平台已经为相关规划人员所使用，后期可对不同业务需求进行改善，让三维平台更广泛地服务于城乡规划行业。
图1平台技术架构图