基于SuperMap 的居民小區三維管理分析系統建設研究

牛永力，賈 寶，鄧 超，呂寶奇，蘇春耀

（1.河南省測繪院，河南 鄭州 450003；2.自然資源部礦山時空信息與生態修復重點實驗室，河南 焦作 454003；3.中國人民解放軍戰略支援部隊信息工程大學，河南 鄭州 450001）

傳統二維平面圖層化的方式管理城市信息已無法滿足日益增長的現實管理需要[1-3]，因此，迫切需要一種科學有效的技術手段獲取居民小區全要素空間三維數據，研究城市地上地下空間三維數據的獲取方法、智能處理、三維建模、可視化表達等，是實現小區全空間信息化管理的基礎，具有重要的應用價值[4]。

為滿足智慧社區建設對三維地理信息技術的需求，選取鄭州市某小區為例，采用無人機傾斜攝影、管線探測、坐標基準轉換等關鍵技術構建了居民小區地上下一體化的三維模型，并基于SuperMap平臺開發了城市居民小區三維管理分析系統，實現了三維場景漫游與展示、定位管理、空間分析、開挖分析、視頻監控、車位管理、業主管理、爆管分析、斷面分析等功能，建立居民小區地上地下全要素精細化三維可視化表達，可為城市居民小區三維信息化管理提供參考和借鑒。

1 系統設計

1.1 總體架構

系統整體的體系架構按照SOA（Service-oriented Architecture 面向服務架構）的服務體系[5]，采用瀏覽器/服務器（B/S）模式可以最大程度上滿足業務異構數據集成、業務功能、系統運行性能的需求。以SuperMap作為三維開發平臺，以ArcGIS作為二維數據管理和GIS開發平臺，使用Geodatabase作為數據庫存儲三維模型及二維矢量數據，將不同格式的數據融合在一起，業務數據的展示和分析功能主要在瀏覽器端完成，服務器端主要負責數據的存儲、服務發布、數據訪問等功能。通過不同終端與服務器之間交互，訪問空間數據庫存儲數據，管理業務數據，實現居民小區電子地圖調用、可視化、定位查詢、信息管理和空間分析等智慧化管理[6-7]。系統共分為數據層、服務層、應用層。

1）支撐層：提供系統基礎運行環境，包括軟件、硬件、網絡環境及相關的安全設施。

2）數據層：存儲基礎地理信息數據（二維平面矢量數據、三維模型數據、地形數據）、業務數據（文檔、表格、坐標、圖片、視頻等）、地下管線數據、車輛信息數據、居民信息數據等，利用服務器端數據庫進行管理與維護。

3）服務層：將系統應用到地理空間信息數據以服務的形式發布出來，提供給系統調用；提供數據分析功能接口，包括三維空間分析、其他業務數據統計功能接口，為應用層提供支撐服務。

4）應用層：基于數據層與服務層，與用戶進行交互，實現數據加載、屬性信息管理、綜合服務、視頻監控、三維場景瀏覽與三維空間分析等業務功能。

1.2 數據庫設計

本文采用Geodatabase地理數據庫，分為空間數據和屬性數據?？臻g數據包括地下管線數據與基礎地理數據，地下管線數據包括給排水、電力、通信、燃氣、熱力等，基礎地理數據包括休閑運動區、居民樓、道路、配電室、游樂場、水系、停車位、綠化帶等。屬性數據包括房屋建筑基本屬性數據、業主信息數據、物業信息數據、機動車信息數據、施工圖、竣工圖、各類管線代碼、三維坐標、材質、管徑、走向、日期、管徑屬性等，將多源空間數據和屬性數據融合在一起，實現專題信息、基礎信息、圖片信息、視頻圖像信息等的統一管理。

1.3 功能設計

為滿足小區物業和社區精細化管理，結合總體設計和需求分析，對城市居民小區三維管理分析系統進行功能設計。以城市居民小區DEM、DOM、基礎地理數據、地上三維模型、地下管網三維模型數據為基礎，基于SuperMap 平臺構建城市居民小區三維管理分析系統，將小區信息與地理信息相結合，以可視化、圖形化的方式實現三維空間分析、綜合瀏覽與查詢、三維綠量估計、單位面積建筑物容量分析、實時監控、車位管理、斷面分析、開挖分析、爆管分析等功能，構建地上下模型信息二三維聯動顯示，輔助小區智慧化管理。

2 關鍵技術

2.1 傾斜攝影三維建模技術

傾斜攝影測量影像處理的關鍵技術包括：非量測相機的高精度檢測、影像預處理、區域網聯合平差、多視影像密集匹配、高精度DSM生成、真正射糾正、三維建模等關鍵內容[8]。其數據處理基本流程如圖1所示。

圖1 傾斜影像數據處理流程圖

為了快速實現城市小區三維景觀可視化，滿足三維建模紋理真實、精度高等要求，首先對影像進行幾何校正、色彩、紋理調整和畸變差改正；再進行多視影像聯合平差獲取精確地物三維信息、加密點坐標、外方位元素；最后采用多視影像密集匹配技術，補充盲區地物特征，改正地物中誤匹配，生成高精度數字表面模型（DSM），采用像方糾正和物方糾正對多視影像進行糾正，根據像方與物方同名點一一對應關系，利用全局優化采樣策略，完成多視影像真正射糾正。最后結合高精度影像匹配算法得到的密集點云，構建不規則三角網（TIN），生成三維白膜模型，并將糾正的紋理映射到對應的白膜上，輸出測區實景三維模型[9-10]。

2.2 地下管網三維建模技術

以二維管線屬性的點、線數據為基礎，基于SuperMap 二三維一體化技術，對二維管線數據進行拓撲、屬性、數據類型等預處理，將二維管點、管線數據轉換為三維空間數據，通過拓撲處理，建立三維管線和管點的空間關系，創建三維網絡數據集。采用自適應管點符號與三維線型符號構建三維管點和三維管線，表達彎頭、三通、四通等特征點，快速構建管網立體式可視化場景。利用SuperMap 自適應管點符號、實例化渲染、LOD結構等技術，提供常態化的三維管線分析功能。

2.3 二三維聯動技術

面向小區智慧化管理，系統采用二三維切換技術，實現二維與三維GIS 技術的無縫融合，提供室內與室外、地上與地下、分層與分戶等二三維瀏覽展示功能。以三維場景為框架，建立統一的坐標基礎，將二維GIS 技術與三維GIS 技術進行集成，通過基于高精度算法的底層信息交互實現二三維聯動，構建一種二維、三維信息銜接與互動機制，實現對多維、多類型數據的存儲、管理與分析，為智慧社區提供了更為豐富的GIS管理和輔助決策。

3 系統實現及應用

3.1 開發環境

系統以上述關鍵技術為理論基礎，基于SuperMap平臺，利用SDX+空間數據庫引擎和ArcGISEngine10.2SDK 進行開發，通過C#語言對居民小區三維管理分析系統進行整體設計。本文選擇鄭州市某居民小區進行示范應用，利用無人機傾斜攝影、管線探測、坐標基準轉換、三維建模等關鍵技術構建了居民小區地上地下一體的三維模型，通過SuperMap iServer將電子地圖發布給地圖服務，對其進行設置屬性、調用方法，即可實現數據二三維可視化、地理信息查詢、專題分析等豐富的GIS功能。

3.2 系統應用

1）系統GIS基礎功能?；赟uperMap的居民小區三維管理分析系統，加載小區居民樓、道路、綠化帶、車輛、游樂場、安防、業主、物業人員、水系、管網等數據，通過GIS系統基礎功能，實現小區場景漫游和展示、地圖的放大與縮小、空間查詢定位、統計分析與屬性編輯、空間距離量測、高度量測，以及面積量測等功能，為居民小區的管理、服務和維修提供基礎依據。

2）系統三維GIS空間分析功能。城市三維小區模型的建設作為居民小區最直觀的表現方式，不僅在社區規劃管理、確權登記、城市綜合治理等方面有廣闊的前景，而且在自然資源監督監管、國土空間規劃中有積極的現實意義。通過對城市居民小區地上下三維模型不同層次用戶的分析，可以對小區內的三維城管部件進行查詢和統計，并能在三維場景中瀏覽城管部件的現實狀態。系統可對模擬區域建筑物進行通視、控高、光照、可視域等分析，輔助小區規劃設計。

利用居民小區三維管理分析系統立體化可視表達方式，可對地下三維管網進行開挖、拓撲、流向、連通性、斷面、爆管等分析，服務于小區精細化管理。在小區維護和綠化過程中，因施工發生爆管，可通過系統迅速關閉閥門，減少搶修時間，降低損失，提高小區管網現代化管理水平。

4 結 語

本文基于SuperMap平臺構建了城市居民小區三維管理分析系統，實現了對居民小區地上下的三維可視化和基本建筑物、游樂場、管線等設施的瀏覽、查詢、空間分析等功能，滿足了空間數據和屬性數據的互訪需求，解決了物業管理的實際問題，提升了物業綜合服務水平，推進了社區的治理能力現代化，對智慧社區的建設有一定的實際意義。