柳州市2.5維地圖的生產與發布

唐玉召

摘 要：柳州市2.5維地圖的生產與發布是基于柳州市城市三維模型建設基礎上，對三維模型數據按平行投影變換后，按照一定高度、視角和燈光效果進行渲染輸出、加工制作出2.5維地圖，并進行發布。在傳統二維地圖和真三維地圖很好地起到一個承上啟下的作用，提高了真三維數據的應用價值，也極大的豐富和擴充了柳州市基礎地理信息數據成果種類和數據信息含量，為"智慧城市"的可持續建設提供了保障。

關鍵詞：2.5維地圖；三維；智慧城市

引言：隨著城市建設發展，城市中樓群林立，情況復雜，二維地圖存在很大局限性，已經遠遠不能滿足智慧城市管理的現實需要，三維地理空間信息技術取而代之是必然趨勢。本項目在柳州市城市三維模型建設基礎上，對三維模型數據按平行投影變換后，按照一定高度、視角和燈光效果進行渲染輸出、加工制作出2.5維地圖，既具有三維數字地圖良好的表現效果，又具備數據量小、網上傳輸速度快的優點，滿足了在現有的網絡環境下對三維地圖的快速瀏覽訪問。在傳統二維地圖和真三維地圖很好地起到一個承上啟下的作用，提高了真三維數據的應用價值。

一、2.5維電子地圖的生產及發布

（一）技術方案與作業流程。柳州市2.5維電子地圖制作是利用柳州市城市三維模型為基礎，在制作要求范圍內，以影像圖為底圖，疊加三維模型，通過CityMaker平臺軟件，可渲染具有任意視角的2.5維電子地圖，同時收集或采集柳州市地名地址（POI）屬性數據、道路屬性數據、建筑屬性數據和水系屬性數據，用于屬性數據建庫和2.5D電子地圖查詢之用。最終實現柳州市2.5D電子地圖的發布與建庫，搭建柳州市2.5D電子地圖系統。該地圖既具有三維數字地圖良好的表現效果，又具備數據量小、網上傳輸速度快的優點，滿足了在現有的網絡環境下對三維地圖的快速瀏覽訪問。CityMaker 平臺的2.5D地圖，依靠三維數據為基礎，整合出的三維實景圖像，可直觀模擬場景。

（二）關鍵技術。（1）場景設置和渲染出圖。1）攝像機的設置。攝像機的設置對于整個 2.5 維地圖的制作有著統觀全局的意義。不僅決定了整個三維場景的視覺效果，還對后面圖幅拼接和地圖配準環節中誤差控制有重要影響。通過調整攝像機的位置和焦距，確定視圖中建筑物的位置和尺寸，提高其視覺上的真實度。因此一張高質量的 2.5 維地圖，也需要進行反復的攝像機設置試驗。攝像機和目標點的初始值必須為10的整數倍，如1240，3420等，通常選擇TOP視圖的左下角為初始值，固定傾斜角度為向下45度，高度統一為最大比例尺圖層出圖高度。

經過10度、30度、45度、65度、75度及東北、東南、西南、西北四個方向實驗，10度-45度影像經坐標糾正后，地物（特別是高層地物）拉伸明顯，75度方向過于接近正射影像，考慮到相機鏡頭一般設置為50度-80度之間，選擇65度試驗，能較好的接近真實景觀及符合人眼常規視覺，因而渲染出圖參數選擇東北方向，俯仰角-65度。2）渲染出圖。渲染程序的工作原理是，首先決定物體的位置關系（如：確定哪些物體在前面，哪些物體被遮擋），保證攝像機和目標點的高度不變，每次渲染采用逐條掃描式，如：攝像機和目標點向X、Y方向移動150個單位，保證每幅圖之間有一定的圖形重疊；由于本項目是采用分區域建模，因此渲染過程也是分區域渲染，為了保證每個區域的出圖效果和風格保持一致，采取統一的角度，保存一個固定的場景，渲染時直接把各個區域的整體三維模型與該場景合并即可。效果圖分辨率越大效清晰，但會大大延長渲染時間，在保證出圖效果的基礎上，根據區域面積的大小設置輸出效果圖的分辨率，以0.2或0.5米分辨率為參考參數。

（2）圖幅拼接和后期處理。各個分區的渲染圖輸出完成之后，需要對分區圖進行修正，補充。修正主要是解決渲染中各種問題，如面丟失，紋理丟失等，對色調不合適的圖面進行調整，如果問題較多則需要重新進行渲染出圖。每個分區渲染圖處理完成之后，就該進行圖幅拼接，讓分區地圖形成整幅的地圖，拼接是在Erdas中進行。接邊要素補充和相關屬性添加拼接完成之后，還要進行圖幅的一些后期處理，包括接邊處要素的補充，標注的添加等。接邊處要素的補充，主要是對立交橋、人行橋或者過水橋等被分區邊界分割的地物，此類地物最好是單獨進行建模并渲染，最后再與總圖疊加。最后是添加相關屬性數據，主要是道路名稱標注、重要橋梁名稱標注。

（3）服務發布。2.5維地圖經配準之后，就具備了投影信息和坐標信息，結合其空間信息的特性，實現各種電子地圖的應用是地圖制作的最終目的。2.5維地圖因為其特性，實現本地的地圖應用，并不具有普通三維 GIS 平臺的優勢，需要將地圖發布成服務，最終通過本地網絡或者互聯網訪問地圖，實現網絡環境的地圖應用才能體現它的優勢。

地圖服務有兩種類型，動態地圖服務和緩存地圖服務，動態地圖服務是指客服端每請求一次地圖服務，都需要通過服務器端渲染之后再返回，緩存地圖服務是指客戶端請求地圖服務時，返回的是服務器端預先創建好的地圖切片。緩存地圖服務可以大幅提高客戶端地圖的顯示速度，并能得到高質量的渲染地圖，但只能是一系列固定比例尺的地圖；動態地圖服務雖然在比例尺顯示等方面有較強的靈活性，但顯示速度和效果不及緩存地圖服務。因此，鑒于緩存地圖服務效果質量高、瀏覽速度快的優勢，本項目采用基于ArcGIS Server使用ArcCatalog進行柳州市2.5 維地圖服務發布的方式。

發布地圖服務通常是采用 ArcGIS 的 MXD 地圖文檔，在

ArcGIS Server 9.3.1 版本之后推出了 MSD 地圖文檔，這是一種經過優化的地圖文檔，通過 ArcMap 中的 Map Service Publish

ing 工具發布，不僅能提供優化后的地圖預覽，節省切片完成后再預覽的等待時間，還有地圖抗鋸齒和文本抗鋸齒，使生成的瓦片地圖更加美觀。用地圖文檔發布地圖后，只是動態地圖服務，要生成靜態地圖服務，必須進行切片方案的選擇和參數設置。 本項目采用的高斯克呂格投影坐標系，所以選擇ArcGIS

Online切片方案。最終選擇從等級 13級比例尺 1：72223.82 開始切片，選用切片大小 256*256 像素，采用PNG32格式。

各個等級的地圖切片完成之后，此時的地圖服務就變成了緩存地圖服務。發布的地圖服務可以從 ArcGIS Server REST 的服務目錄中查看，在 ArcGIS JavaScript API 客戶端預覽。

（三）最終成果提交及質量檢查。全部工作完成后提交2.5維地圖平臺發布要求的2.5維地圖渲染原始數據（.img/tif格式）以及相關技術文檔數據（.doc格式）所提交的成果（如下圖）均進行過以下幾項檢查：位置精度檢查；屬性精度檢查；邏輯一致性檢查；完整性和正確性檢查；圖面質量。

二、結束語

在城市三維模型數據的基礎上生產的2.5維地圖數據極大的豐富和擴充了柳州市基礎地理信息數據成果種類和數據信息含量，不但可為交通導航、地質、環保、通信、建筑工程、旅游宣傳、城市反恐應急救災處理等多種領域提供基礎性服務，亦能為政府和居民日常生活提供各類輔助決策分析，解決柳州市基礎地理數據基礎薄弱的問題。通過快速高效的為柳州市提供精確、詳實、豐富的基礎地理信息，可提效增質的保障柳州市的城市建設和規劃管理工作，為政府部門和社會公眾提供權威可靠的空間信息服務，促進電子政務應用的深入發展，推動社會相關產業的發展，為實現“智慧城市”建設的持續發展保駕護航。

參考文獻：

[1] 宋珉，劉鵬超，趙維，等.2.5維地圖制作算法研究與實現[J].城市勘測，2010（5）：104-106

[2] 徐狄軍，王坤.寧波市新型數字測繪產品的研究與建設[J].測繪通報，2011（8）：84-87

[3] 郭嵐，楊永崇.三維數字地形圖及其應用的研究.測繪通報[J]，2002（02）：57-62

[4] 唐紅濤.地理信息的三維表達與技術研究[D].西安科技大學，2008