1、概述
地理数据的三维可视化相对于二维可视化具有直观、形象、逼真的特点，越来越受到人们的关注，而Google Earth的推出更是将全球高分辨率影像及三维场景真实地展现在用户面前，极大地促进了各个行业用户在三维可视化方面的需求。另一方面近年来由于计算机硬件、三维地理信息软件以及网络传输速度的发展，实现地理数据的三维可视化更是让用户的需求能够逐步转化为现实。目前较为成熟的商业化的三维软件平台有ESRI公司的ArcScene和ArcGlobe软件、Skyline公司的Skyline软件、还有国内北京超图公司的SuperMap软件、武大吉奥公司的GeoGlobe软件、北京灵图公司的VRMap软件、适普公司的IMAGIS Classic软件等等。这些软件各有特点，但就其网络访问效率以及对二次开发的支持度来说Skyline的表现更优，所以本项目建设选用Skyline作为开发平台实现三维可视化场景的制作、管理和发布功能。
Skyline软件是融合了GIS、RS、GPS和虚拟现实技术VR的三维可视化GIS，通过利用数字正射影像、数字高程模型、矢量数据、三维模型和属性数据等多种数据源，建立交互式三维可视化的场景，能够快速创建、编辑、浏览、管理和分析大区域范围的三维景观，而且能够支持大型数据库和实时的信息通讯技术。该软件由TerraBuilder、TerraExplorer、TerraGate三部分组成。其中TerraBuilder 实现航摄影像、数字高程模型以及矢量地理数据的叠加与融合，制作三维可视化场景;服务器端TerraGate实现三维场景的网络发布，客户端采用 TerraExplorer Pro以流方式加载三维可视化交互场景、三维实体模型和地理信息图层及属性信息;通过二次定制开发，实现本项目基础信息资源的三维虚拟仿真展示、空间地理分析和信息查询管理功能。
2、电子沙盘系统架构
图1 三维电子沙盘系统架构图
系统的总体结构设计是基于分层思想进行的，各个层是相对独立的，系统的任何一层都只依赖于低于自己的层，而完全独立于高于自己的层。对系统进行分层划分，将非常有利于系统的逻辑设计和实现，并能有效隔离不同层次需要解决的问题。电子沙盘自上至下由表现层、服务层、逻辑层、数据层和运行支持层五个部分组成，如图1所示。
3、电子沙盘开发流程
3.1收集资料，建立地理数据库，发布地理数据服务
收集项目区内1:100万、1:5万、1:1万数据资料，具体如下表1所示：
通过整理、转换、检查等技术手段建立地理数据库，对于居民地、水系、堤防工程、河道断面等标记性或用户关心的数据发布为符合OGC标准的WFS地理数据服务，通过该服务，这些数据可以叠加在三维场景上。
3.2收集属性资料，整理地理实体，发布地理实体服务
在地理数据库的基础上建立地理实体数据库，地理实体是地理数据的一种抽象，可以有效的解决对多比例尺数据查询分析与多类型多来源属性数据挂接的问题。地理实体库是地理实体的集合，通过它统一管理和维护地理实体，以及地理实体的几何属性、表格属性和地理实体的图片、影像、文档、链接等多媒体属性。地理实体数据通过WebService和Json数据交换技术发布为地理实体服务，地理实体服务向用户提供基于实体分类、关键字、空间位置、复合条件的查询和增删改。
3.3建立三维场景，重点建筑物建模，发布三维场景
通过Skyline的TerraBuilder软件整合项目区内三个比例尺的DEM数据和DOM数据，生成三维场景mpt文件;按照一定比例采用sketchup软件构建项目区内的监测站、重点堤防、重要水利枢纽、标志性桥梁等的单体模型;通过TerraExplorer Pro软件将三维场景、三维模型、地理数据服务整合一起形成fly文件，并由TerraGate软件发布为三维场景服务。
3.4 整合河道监测数据，发布实时水情、微气象、视频监测服务
本沙盘的一个特点就是整合了河道实时监测数据，通过访问河道监测系统数据接口，读取实时的水情、微气象、视频数据，通过WebService和Json数据交换技术将这些数据发布为服务，客户端调用该服务可以查询到各个监测站的实时信息和历史信息。
3.5 开发应用接口API，构建门户网站
在上述工作的基础上开发应用接口和门户网站，应用开发接口面向专业系统开发人员，门户网站面向一般终端用户。应用开发接口是构建门户网站的基础，通过它可以为电子沙盘添加功能，也能基于它开发其他不同的应用。本应用开发接口使用Javascript基于Skyline TerraExplorer API和JQuery实现，各个功能模块由RequireJS统一管理和加载。
4. 电子沙盘主要功能
本沙盘采用模块化策略实现，各个模块间相互独立，通过系统配置文件组合在一起，用户很容易通过应用开发接口开发自己的模块，叠加在电子沙盘中，同时对于专业用户也可以基于应用开发接口开发自己的电子沙盘系统。
目前沙盘提供的功能主要包括场景预览、基础工具、图层控制、三维场景、飞行路线、实体查询6个基础模块，河道断面、水情、凌情、微气象、实时监测视频、滞洪区6个业务模块，共12个功能模块组成，具体如下图2所示：
图2 三维电子沙盘功能模块图
4.1基础模块
基础模块提供基本的三维地形和模型展示、场景定位、路线飞行、位置长度面积测量、基于分类、关键字、空间位置的查询等功能，是业务模块实现的基础。
图3 测站查询定位与基本属性
4.2 业务模块
河道断面模块以图表的形式向用户展示河道横断面图，河道纵断面与地面高程、堤顶高程对比，横断面端点坐标信息。
水情模块为用户提供实时水情报表、实时水面线、实时水面线与河道纵断面对比，实时水面线与历史典型水面线对比等信息。
凌情模块显示多年平均开河特征日期、历年封开河日期、历年平均槽蓄增量等统计信息。
微气象模块显示来自各个监测站发回的温度信息和风速、风向信息。
实时监测视频模块显示来自各个监测站视频探头拍摄的影像信息，还支持用户通过鼠标实时操控视频探头。
滞洪区模块依据内蒙古黄河段蓄滞洪区预案开发，由滞洪区概况信息、开启条件、调度程序、居民转移安置以及淹没模拟五个功能组成。其中淹没模拟以2007年石嘴山汛期实测流量过程线数据等比放大2.4倍设定为河道洪水演进边界条件，河道糙率河槽设定为0.055，两侧滩地为0.07，河道收缩系数取0.1，扩张系数取0.3，参照《内蒙古自治区2012年度黄河防汛应急预案》中相关规定对7个滞洪区分洪情况进行淹没模拟计算，最后将淹没结果展示在电子沙盘上，下图4即为乌梁素海分洪区在三个不同时刻洪水淹没情况。
图4 乌梁素海分洪区不同时刻分洪情况
5.结语
目前，通过不断论证、版本迭代与改进，内蒙古黄河防凌防汛三维电子沙盘开发已接近尾声，处在试运行阶段，系统的访问速度和实现的功能得到了用户良好的反馈。实践证明，Skyline软件因其支持大多数空间数据格式;能够快速融合不同分辨率的DOM和DEM数据，连续、平滑地处理地表细节变化，生成三维场景文件;独特的索引机制，使得用户在漫游或缩放海量(TB级)数据时并没有明显的停滞;良好的二次开发接口支持，能进行深层次的GIS功能开发等等特性，很好的满足了本项目建设对三维地理信息平台快速访问和应用的需求。采用Skyline作为基础平台，搭建三维电子沙盘，特别是开发基于B/S模式的应用是一个不错的选择。
参考文献
[1] 朱楚宏等，三维电子沙盘构建方法与实现，地理空间信息，2009.4
[2] 张峰，基于Skyline的矿山三维电子沙盘研究，国土资源遥感，2010.12
作者简介：姜成桢，男，工程师，13949097230，jczhen2008@126.com，2003年毕业于武汉大学资源坏境与城乡规划管理专业，现从事测绘与地理信息系统开发研究工作。
声明：中国勘测联合网登载此文出于传递更多信息之目的，并不意味着赞同其观点或证实其描述，文章内容仅供参考。
