陈树新 1 颜晓雪2
1.身份证号码：370831199212315***
2.身份证号码：370831199311016***
摘要：随着经济和信息技术的快速发展，三维地理信息数据由于内容丰富、视觉逼真，在社会经济发展中发挥着重要作用。然而，由于三维地理信息数据的类型多样、结构复杂、数据量大，且缺乏相应的数据服务规范，导致三维数据重用性低、难以共享集成，因此规范三维地理信息数据服务模式迫在眉睫。通过分析国内外三维地理信息标准现状，研究了三维地理信息数据的物理结构体系和接口规则体系，提出了三维地理信息数据服务规范。该规范已在“全景江苏”三维地理信息服务平台建设中得到了实际应用，为三维地理信息数据提供了共享集成机制。
关键词：三维地理信息数据服务；物理结构体系；接口规则体系
引言
随着三维GIS（GeographicInformationSystem，地理信息系统）技术商业化产品的迅猛发展，三维GIS技术不仅突破空间信息在二维平面中单调的束缚，为信息判读和空间分析提供更好的途径，也为各行业提供更直观的辅助决策支持。在众多行业中，包括国土、军事、海洋、城市规划等，直观可视化三维地图功能有着很好的应用效果和大量成功案例。
1国内外研究现状与存在的问题
1.1国内研究现状
一直以来，我国测绘地理信息领域都十分重视三维地理信息的相关标准建设，不同管理部门相继出台了《城市三维建模技术规范》《三维地理信息模型数据产品规范》《三维地理信息模型生产规范》《三维地理信息模型数据库规范》等一系列推荐性行业标准，有力规范了以人工建模为主要作业形式的精细三维模型数据和系统建设。与此同时，以《地理信息服务》《地理信息万维网地图服务接口》《地理信息基于网络的要素服务》等为代表的推荐性国家标准也有效引导了二维地理信息数据服务的发展进程。国内在三维数据服务领域开展研究的主要为北京超图软件股份有限公司，其发起了Spatial3DModel（S3M）规范。该规范融合了倾斜摄影模型、建筑信息模型（BIM）、激光点云等多源三维数据，在一定程度上推动了三维地理信息数据共享和标准化的发展。
1.2国外研究现状
相较于国内仅在三维数据格式标准方面进行了研究，国际上相关组织机构在三维地理信息数据服务方面的研究更深入，主要针对三维数据格式和服务模式两个方面。开放地理信息联盟（OGC）在三维地理信息数据标准建设领域一直处于领导核心地位，相继通过了美国环境系统研究所发起的I3S团体标准、美国分析图形公司发起的3DTiles团体标准、德国弗劳恩霍夫计算机图形学研究所发起的3DP执行标准[5-7]。I3S和3DTiles均为三维数据标准，各自定义了面向大型地理场景的三维数据物理结构模型，以支持面向Web环境的实时可视化应用。二者的数据模型除涵盖了传统单体三维表面模型外，还支持连续网格模型、点云模型、实例符号模型等；对于海量数据均使用基于空间索引树的多级LOD拆分策略，有效解决了数据读取效率问题；面向Web标准设计了适应实时渲染调度的底层数据结构[8]。3DP是一套抽象接口服务标准，其设计参照以WMS为代表的二维地图服务标准设计理念，相对于I3S和3DTiles的静态数据模型，其不关注具体的数据物理组织结构，而是建立了用于描述三维地理场景访问方法的接口范式，以形成数据共享交换与集成的抽象基础。
2三维GIS技术应用的突破
与二维GIS相比，普通的三维GIS有其独特的优势。三维GIS因更接近于人的视觉习惯而更加真实，同时三维能提供更多信息，能表现更多的空间关系。
在通信运维支撑体系中，包括管线、无线覆盖、集/家客业务等数据都具有三维GIS的应用需求。但目前普通的三维地图，从软件引擎组件支撑、三维地图数据、三维业务数据的获取都还没达到可直接应用的需求，因而在通信运维支撑只能选择性价比及能满足大部分需求应用的二维GIS技术。那么，如何才能更快地从二维GIS过渡到三维应用，普通的三维又如何与其他新技术相结合解决目前的技术问题？笔者认为有以下几个技术问题先要解决，进一步降低三维GIS应用成本和突破三维GIS软件技术。
3三维地理信息数据服务规范研究
为指导三维地理信息数据服务产品的有序构建，规范三维地理信息资源管理，面向三维可视化、资源共享、多维场景集成和三维信息检索等实际应用需求，本文对三维地理信息数据服务规范进行了研究，构建了三维地理信息数据的统一接口描述规则。该规范自上而下分为接口规则体系和物理结构体系两个层面，其中接口规则体系包括资源描述接口、场景数据接口、空间查询接口和全文检索接口等；物理结构体系包括细节层次关系规则、异构三维数据结构和glTF底层存储结构等。
3.1接口规则体系研究
接口规则体系是规范的主体内容，定义了符合规范的三维地理信息数据服务在接口表现层面所符合的结构和内容要求，其实质就是定义一套面向三维地理信息数据服务而非传统矢量栅格服务的网络地图服务接口规则体系。服务接口基于REST风格，采用JSON格式表达，定义了资源的地址、类型、描述、内部三维数据图层，以及各三维数据服务图层的地址、类型、描述、坐标系统、空间范围、所支持的查询方法详情等内容。规范主要参照ISO19128、ISO19142等国际标准对WMS或WFS的层次定义，设计完成了资源描述接口、场景数据接口、空间查询接口和全文检索接口等的规则定义。1）资源描述接口，用以描述地理场景服务的自身状态，包括资源名称、内部图层结构和类型、所支持的查询操作方法等，是接入场景数据、空间查询、全文检索等接口的总入口。2）场景数据接口，用以描述地理场景资源内部三维数据的组织情况和读取路径，是提供面向三维可视化的标准化数据服务能力的入口。3）空间查询接口，用以描述地理场景内三维数据对于三维空间查询的请求参数和响应结构，是提供面向三维空间分析的标准化数据服务能力的入口。
3.2细节层次关系规则
细节层次关系规则是海量三维地理信息数据组织的关键内容，用以支撑三维可视化应用的按需数据调度。规范首先基于3DTiles瓦片JSON结构定义的自适应细节层次树数据组织结构进行了基准调整，将其中各类包围盒对于WGS84空间参考的硬性定义变更为CGCS2000空间参考相关参数，以响应《国土资源部国家测绘地理信息局关于加快使用2000国家大地坐标系的通知》和《自然资源部关于停止提供1954年北京坐标系和1980西安坐标系基础测绘成果的公告》对于我国测绘成果和地理信息系统统一空间参考的要求
结语
建立三维地理信息数据服务规范是实现三维地理信息数据共享集成的重要基础，是三维地理信息数据服务标准化科学谋划的体现。本文提出的三维地理信息数据服务规范不仅可为三维地理信息相关平台的建设提供标准化的服务接口，而且可指导三维地理信息数据服务产品的有序构建，规范三维地理信息资源管理，充分发挥三维地理信息在政府管理、信息化建设和公众服务中的重要作用，为国民经济建设和社会发展提供支撑。
参考文献
[1]国家测绘地理信息局测绘发展研究中心.测绘地理信息“十三五”规划研究报告[R].北京:国家测绘地理信息局,2015.
[2]陈桂红,孙伟利,王扬,等.面向智慧城市三维地理信息共享应用服务的思考[J].地理信息世界,2016,23(1):88-92.
[3]吴掠桅,孙玉婷,赵伟,等.基于服务的三维地理信息共享思考与平台设计[J].地理空间信息,2015,13(3):68-71.