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實景三維虛擬校園信息平臺解決方案結構

1、 概述及需求分析

實景三維虛擬校園信息平臺是地理信息技術、傾斜攝影技術和實景建模在校園空間的綜合應用,是學??茖W化教學、管理和決策的先進工具。通過三維虛擬校園,再現全校的各種物質資源分布和狀態,為全校各種資源在空間上的優化配置、學?;A設施的維護保障、校園景觀系統的建設等方面提供有力支撐。三維虛擬校園可以作為對外宣傳、招生、校容校貌展示的一個文化景觀系統,同時為學校領導宏觀、全局地制定整體規劃,減少資源浪費和功能重疊,為可持續發展提供科學決策的現代化工具。逐步將分散的校園監控、校園資產管理、校園教學管理、多媒體教室等系統集成到實景三維校園平臺中,最終實現集教學、管理、科研、生活服務于一體的綜合信息服務平臺。

2、 解決方案

2.1、建設目標

(1)獲取學校全球坐標的遙感地圖、矢量等數據,然后在測繪數據和收集的其他信息的基礎上建成校園地理信息系統;

(2) 通過傾斜攝影技術和實景建模技術,完成校園的實景模型構建,并加載到地理信息系統中,實現虛擬漫游;

(3) 加載建筑介紹、歷史資料、音視頻等豐富的多媒體資源,對學校進行全方位的宣傳;

(4)建立基于三維校園的校園安全監控系統;

(5)開發出數字三維虛擬校園管理系統,諸如房產、綠化、設備管理與維護等系統;

(5)在以上系統設計時,綜合考慮整個系統的先進性、擴展性和開放性,在滿足當前需求的同時充分考慮今后業務需求變化和軟件技術的發展趨勢,使后續在此之上的開發的其他系統便捷、迅速、有機地結合,滿足學校資源高效管理的需要。

2.2、方案特點

(1)采用傾斜攝影技術制作實景模型

傾斜攝影技術是國際測繪遙感領域近年發展起來的一項高新技術。它通過在同一飛行平臺上搭載多臺影像傳感器,同時從垂直、傾斜多個不同角度采集帶有空間信息的真實影像,以獲取更加全面的地物紋理細節,為用戶呈現了符合人眼視覺的真實直觀世界。傾斜攝影構建的實景三維模型,最大特點就在于校園和周邊環境“地表全要素還原”,其構建的實景三維模型真實自然,“所見即所得”。傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察地物,并可直接基于成果影像進行高度、長度、面積等量測。

(2)融合地理信息、物聯網等技術

物聯網是以感知為目的的物物互聯,通過信息傳感設備,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的新型網絡。地理信息為物聯網的應用與管理提供了基礎平臺和技術支撐,物聯網也促進了地理信息采集、管理、存儲、分發和服務能力和水平提升。平臺能實現物聯網數據的實時展示,包括校園監控視頻、燈光、廣播等物聯設備的數據。

(3)信息平臺具備強大的功能

1、高效加載海量數據三維體驗超流暢

傾斜攝影自動化建模成果往往數據量非常龐大,若進行數據導入,耗時較長。平臺充分利用傾斜攝影模型自帶的LOD層級,在占用較少硬件資源的同時擁有強大的數據承載能力。

2、輕松實現非單體化傾斜攝影模型的單體化表達與操作

采用疊加與傾斜攝影模型所配套的二維矢量面的方法,可輕松實現單體化的表達與操作,例如,可高亮選中模型建筑、進行圖查屬性等,由此打通了傾斜攝影模型與二維矢量面之間的二三維一體化通道。

3、模擬建筑拆除,輕松滿足規劃

提供了傾斜攝影模型局部壓平功能,可以指定編輯三維面數據,壓平傾斜攝影模型的局部區域,模擬拆除建筑物的效果,再放置規劃設計的新模型效果,可實現規劃方案效果對比與展示,滿足規劃行業的應用。

4、三維空間分析和量測

支持多類型的量測及空間分析,可在平臺上進行標注、繪制線、面;距離測量、高度測量、三角測量、面積測量。

提供了基于三維空間分析能力,包括:通視分析、可視域分析、天際線分析、陰影率統計分析等,使傾斜攝影模型不再局限于“看一看”的功能,可以產生更多的實際應用。

通視分析:在場景中設定一個觀察點,再設定被觀察點,即可實時判斷出兩點之間是否通視;可用于安防監控等領域。

可視域分析:選取觀察點,設置水平方向和垂直方向視角范圍及可視距離,即可實時用不同顏色表達出哪些區域可見、哪些區域不可見,可用于模擬探照燈、攝像頭、雷達掃描等,可廣泛應用于多個領域。

5、局部地表開挖

可使傾斜攝影模型參與地表開挖,滿足地上地下一體化的GIS應用。

6、應急預案的演練

可以通過平臺設計應急演練方案并動態直觀的展現。

2.3、方案優勢

(1)地理信息、傾斜攝影、物聯網等技術在校園的應用

地理信息、傾斜攝影、物聯網等技術結合多運用于“智慧城市”建設,實現城市的規劃、建設、運營和服務的智慧化。三維數據可為智慧城市、規劃、國土、測繪、軍事、災害應急、農業、林業、水利、旅游、電力、油田、文物保護等多種行業提供二三維一體化的數據來源,通過GIS平臺軟件對其進行深度應用開發,為各類行業用戶提供系統、完整的解決方案與服務。

該方案是教育信息化解決方案中的一個突破和創新應用。

(2)實景三維校園是相關管理信息的基礎平臺

實景三維校園系統的建設是基礎的平臺,其他管理系統的建設可以以三維虛擬校園為載體,在三維虛擬校園的基礎上進行系統的擴充和集成。

2.4、方案價值

(1)校園文化的展示載體

三維虛擬校園信息平臺在真實的校園三維場景的圖上,將學校歷史、文化、樓宇、植被、景觀、教學科研機構以及未來發展全部融合的一個平臺中,通過此平臺可以直觀的了解校園、滿足校友需要、利于文化展示、優化領導管理。有位哲人曾說過:“對學生真正有價值的東西,是他周圍的環境”。學校的校容校貌,表現出一個學校整體精神的價值取向,是具有強大引導功能的教育資源。校園文化是學校發展的靈魂,是凝聚人心、展示學校形象、提高學校文明程度的重要體現,三維虛擬校園信息平臺是校園文化展示的一個載體。

(2)物聯數據的展示平臺

通過該平臺可以立體直觀地展示物聯數據,諸如點擊監控視頻,可以聯動三維平臺和監控視頻,立體展示攝像頭拍攝的三維視野和角度。未來擴展的功能中也可以展示每個學生在校內的運動軌跡。


 


 


 

地理信息三維平臺功能展示:

1.三維場景瀏覽

三維場景瀏覽功能實現多種三維場景的流暢漫游,如拖拽漫游、滑動漫游、旋轉等;能夠按指定路線、指定速度進行飛行瀏覽。

 

三維場景瀏覽 

2.標繪標注

標繪標注實現在三維場景上創建和編輯文本、圖片、二維對象(折線、多邊形、圓、箭頭等)、視頻、三維對象(三維模型、三維多邊形、球體、圓柱體等)、動態對象。

3.查詢定位

查詢功能實現了對空間數據庫和屬性數據庫的精確或模糊搜索,在條件框中輸入查詢條件,即可搜索出相關的記錄,雙擊該記錄三維地圖即可飛到該記錄所對應的地圖位置,并彈出屬性對話框,如圖所示。

 

屬性信息查詢

快速定位功能提供了根據經緯度快速定位和根據地名快速兩個功能。根據經緯度快速定位實現了輸入經緯度信息三維地圖可快速飛到指定位置的功能,如圖所示;根據地名快速定位實現了輸入地名可以查找到相應地名,同時三維地圖快速飛到指定位置。

 

快速定位

4.空間分析工具

空間分析是對分析空間數據相關技術的統稱,是地理信息系統的核心功能之一,也是與其他信息系統區別的標志。本系統實現的空間分析功能有水平距離量測、垂直距離量測、空間距離量測、三維地形表面面積量測、地形水平面面積量測和空間面積量測等量測功能,視線分析、視域分析、淹沒分析、陰影分析、等高線分析、坡度分析和地形剖面分析等功能。

視線分析工具是指在三維場景中從某一觀察點位置到場景中多個位置的視線標記,描述了從觀察點是否能夠看到被觀察點。如圖所示,綠色表示兩點之間可以通視,紅色表示有障礙,不能通視,如圖所示。

 

視線分析

視域分析工具和視線分析工具類似,不同之處在于它可以基于觀察點對一個范圍內的整個區域進行通視分析,劃分出可視范圍和非可視范圍。如圖所示,綠色區域表示可視范圍,紅色區域表示非可視范圍,如圖所示。

 

視域分析

淹沒分析工具能夠根據指定的洪水上漲高度或速率,分析出指定范圍內哪些區域會被淹沒,哪些區域不會被淹。該工具在抗洪搶險、城市內澇防治等方面能夠發揮巨大作用,如圖所示。

 

淹沒分析

陰影分析工具能夠根據三維場景所在的地理位置、設定的日期和時間來確定太陽位置,然后在根據太陽位置和三維場景地形、模型等計算出指定范圍內的建筑物和三維對象的陰影和投影,創造出逼真的三維場景,如圖所示。

 

陰影分析(一)

 

陰影分析(二)

等高線分析工具能夠根據場景內的地形高程描繪出指定范圍內的等高線,并根據設定的顏色模板將地形表面根據高程范圍描繪出高程顏色專題圖,如圖所示。

 

等高線分析

坡度分析工具能夠根據場景內的地形起伏情況描繪出指定范圍內地形的坡度和坡向專題圖,如圖所示。


 

坡度分析

地形剖面分析工具能夠根據某一路徑計算出沿該路徑的地形剖面形狀、最小高程、最大高程和坡度等相關地形信息。如圖所示。


 

地形剖面分析

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