基于数字地球的城市人防三维可视化系统

下载后可任意编辑 基于数字地球的城市人防三维可视化系统 黄建华1，杨杨2 1（61081部队。北京 100000） 2（中国人民解放军武汉通信指挥学院。武汉 430000） [摘 要] 城市人民防空三维可视化系统是当前人防信息化建设的重点工程。本文探讨了基于数字地球的城市人民防空三维可视化系统的建设情况，讨论了系统的关键支撑技术，描述了系统的总体框架及功能，设计了基于数字地球的城市人防空间分析模型，为人防信息化提供了一个切合实际的方案。 关 键 词数字地球；三维可视化；空间分析；城市人防 中图分类号P208 文献标识码B 文章编号 下载后可任意编辑 目前，大型城市面积越来越大，有些已经将附近的中小型城市覆盖进来。[1]城市人防原有的部分基于三维GIS实现的城市人防三维可视化系统，在技术上有些不合理的地方，如在视觉上无法与真实环境一致，无法表现出地球曲面的投影效果；地图数据由二维矢量地图、DEM数据构成，数据更新慢，实时性差，城市建设进展无法及时得到反映；矢量地图数据通常是城市11万地图，还是有很多的要素没有表示出来。 随着计算机技术、摄影测量与遥感技术、虚拟技术、数据库技术的飞速进展，尤其是近年来Google earth等数字地球技术的进展，使建设城市人防三维可视化系统有了一种新的计算机技术手段。数字地球技术包括大比例尺卫星影像、高精度三维模型、二维矢量地图等先进的测绘保障技术。将“数字地球”技术引入“城市人防三维可视化系统”，使城市人防指挥作业及预案演示更为直观真实，使模拟、推演城市人防有了全新的仿真手段。 1 “数字地球”开发技术简介 1.1 数字地球开发平台简介 目前国内外软件厂商已经开发了一些数字地球开发平台，目前这方面做得不错的国外软件有Google公司推出的Google Earth平台、Microsoft 公司推出的MSN Visual Earth平台以及NASA公司 的World Wind平台。就国内三维地理信息系统方面来说，分别有北京灵图软件技术有限公司开发的VRMap平台、超图公司开发的SuperMap系统、适普软件有限公司开发的IMAGIS系统，中国地质大学的MapGIS系统，武汉大学的CCGIS 系统。这些系统平台都支持二次开发功能，为实现本系统提供了较多的技术选择。本文所提出的“城市人防三维可视化系统”,基于目前流行的Skyline数字地球开发平台，采纳Multigen Creator建模工具实现。 1.2 Skyline平台简介 通常而言，一个基本的三维可视化平台，必须要实现场景的建立、场景的漫游控制和场景的录制、回放。[2]场景的建立主要是场景中各种元素的实现和管理，例如各种模型（含地形）、纹理、环境和特效等。场景漫游控制主要是适应用户的各种需求，提供功能方便、齐全的跟踪、环绕、路径漫游等操作。在这些方面，Skyline数字地球开发平台基本上都能够实现，是实现“城市人防三维可视化系统”的较好的选择，Skyline平台的组件及功能如下 1）通过TerraBuilder将多种空间数据融合在一起。TerraBuilder能融合的数据源包括航片、高程数据、各种地理信息层、专业应用的数据标准，以及各种传感器的数据，并可将这些数据用来创建有精确坐标的三维地形数据库。 2）通过TerraExplorer实现远程访问虚拟场景，使得用户可以浏览分析空间数据，可以对其进行编辑，可以在上面添加二维或者三维的物体、路径、场景以及地理信息文件。TerraExplore与 TerraBuilder所创建的地形库相连接，并且可以立即在网络上发布。TerraExplore Pro提供的二次开发模块，给用户提供了众多的接口，方便进行二次开发。 3）通过TerraGate服务器端软件，允许用户通过网络访问地形数据库。TerraGate优化的算法可以使海量的地形数据，以实时的数据流方式在网络中展现出来，就像读取本地机器上的文件一样流畅。 空间量算和空间分析是地理信息系统所必需提供的功能，功能是否全面将决定应用系统的开发难度。除上述组件之外，Skyline数字地球开发平台还提供了多种空间量算和空间分析功能，包括高程量算、距离量算、最短路径、爆炸覆盖范围、通视等。[3]这些功能方便对城市人防的警报器覆盖范围、爆炸杀伤面积、疏散范围、行动距离、安全疏散人数进行相应的分析。 2 基于数字地球的城市人防三维可视化系统设计 2.1基于数字地球城市人防三维可视化系统的总体框架 城市人防作战体系因本身结构的复杂性,其仿真系统设计具有很大的难度。基于数字地球技术开发的“城市人防三维可视化系统”基于B/S软件框架开发。系统中的用户可以是位于局域网的用户，也可以是远程使用浏览器的用户。系统利用Multigen Creator创建警报器、人防专业行动队等各种城市人防三维仿真符号，集成人防常规业务数据，并应用Skyline三维引擎完成环境场景、三维分析、及远程发布等功能。系统的总体框架如图1所示 图1“城市人防三维可视化系统”的总体框架 2.2系统的总体功能 系统在总体功能上可以划分为Skyline工具、军事标绘、业务管理、预案拟制、导调推演、辅助决策及通信组织等功能模块。如图2所示 图2城市人防三维可视化系统的功能结构 军事标绘模块利用二维的通用军标库、特别设计的人防三维标号库为用户提供军事标绘和战场态势图生成功能。 业务管理模块系统设计和建立了人防专业信息数据库，采集了人防工程、警报设施、重点目标、危险源等人防专业信息，而且可以综合接入外部移动设备、传感器等实时采集的动态数据，方便进行实时检索与动态查询。 预案拟制模块系统依据人民防空的实际情况，为典型的12种人防作战预案类型建立了法律规范的、相关联的文字预案库和图形预案库。用户可根据实际需要，选择某一套作战预案，并根据实际情况对所选的文字预案和图形预案进行修改，形成预案。在演练时，提高了人防管理的效率。 通信组织系统抓住当前人防应急通信没有形成联动的通信体系特点，依据人防作战指挥的基本过程，对人民防空指挥通信进行了有效组织，可拟制或者自动生成通信枢纽要素配置图、有线电通信组织图、无线电通信组织图、卫星通信组织图、接力通信组织图、枢纽技术连接图以及人员器材分配表等，为人民防空通信组织提供了高效的作业手段。 导调推演系统仿真人防作战指挥流程，提供导调推演功能，辅助指挥员根据预案处置情况。系统能根据法律规范的流程，引导指挥员逐步完成人民防空作战指挥的全部行动，并能在三维场景中回放和推演全部行动，或从某个阶段开始重新推演。 3 基于数字地球的城市人防空间分析技术 基于数字地球平台的空间信息分析技术是本系统区别于其它人防信息管理系统的一个主要特征。进行城市人防空间分析计算时不可缺少城市的地理信息，特别建筑物高度、道路宽度、开阔地面积等空间信息，数字地球平台提供了上述人防所要求的三维空间信息。系统在数字地球技术支撑上，完成了部分人防作战需要的空间分析模型和空间信息查询模型，为城市人防作战和演练提供了辅助分析工具。 3