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基于GIS的城市数字建模的商务平台研究与实现 以数字广州为例

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1. 引言

城市是客观世界三大特征物质、能量和信息的聚集和扩散中心,其中信息和信息技术促进了城市物质财富和能量的流动,因此信息流是城市运行的主要驱动力[1]。把握城市运行驱动力的信息流,建设以地理空间框架为基础、开发利用城市数据和信息资源,服务于城市规划管理, 服务于政府、企业、公众的信息系统平台的“数字城市”,是当前城市发展的趋势。

“数字商务”是电子商务的延伸和扩展,它不仅包含电子商务的功能,更重要的是以商务为辐射点,完成围绕商务的城市信息平台的建设。而电子商务是随着网络技术发展兴起的,它是在开放的网络环境下,基于浏览器/服务器应用方式,实现消费者的网上购物、企业之间的网上交易和在线电子支付的一种新型的商业运营模式。互联网固有的特性赋予了电子商务有别于传统商务的无法比拟的优点。

而“数字商务”作为“数字城市”的重要组成部分和核心组件,它的建设与实现不仅符合当前全球商务发展的大趋势,推动城市商务经济的长足发展,还能够产生不可估量的社会效益,在提升企业、城市形象、提供商务便民服务等方面都将发挥重要作用。

但是目前国内市场上的电子商务平台多以商品交易为主,信息表达过于平面化、信息访问缺乏立体式的可延伸性,且对于应用企业、产业园区等实体的表达空间地理概念仍然薄弱,仅仅提供一些指引市民出行消费的浅层信息。因此必须改变传统的电子商务管理与发展模式, 深入利用GIS、虚拟仿真、数据仓库、数据挖掘等技术及时全面采集各种商务信息并进行建库,建立基于二三维GIS的电子商务基础平台,发展智能商务的应用,形成城市“数字商务”平台。

广州市近年来致力于“数字广州”建设,其目的是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础,以宽带网络为纽带运用海量空间信息对广州进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述,并利用它作为工具来支持和改善广州市民活动和生活质量。 作为其中核心组件的广州“数字商务”平台的建设是建成“数字广州”不可或缺的工作,对于建设“数字广州”具有重要意义。

广州市也对“数字商务”建设进行了积极的探索研究和实现,建立了广州市二三维电子地图以及商务专题数据库,在此基础上建立基于GIS的电子商务基础平台,加强智能商务的各种应用开发,形成对商务信息更新维护的长效机制,实现商务信息的查询、统计、分析、规划支持、辅助决策支持等功能。本文将以广州市数字商务地理信息公共平台建设为例,介绍基于GIS的城市数字商务平台研究与实现方法,期待能够为基于GIS的“数字商务”平台建设提供有价值的参考。

2. 数字商务地理信息公共平台建设内容及方法

广州市数字商务地理信息公共平台是基于GIS技术建立在二三维地理信息平台基础上的商务信息平台。因此建立城市二三维地理信息平台是整个商务平台建设的重要组成和基础部分。在此平台搭建基础之上,建立数字商务公共平台,实现企业信息发布、企业信息的二三维查询、个性化企业的多媒体展示、虚拟广告的发布与管理以及各种便民服务功能等。广州市二三维地理信息平台建设数据分为三类,数据分类图见图1:(1)二维电子地图数据:主要包括水系数据,道路数据,建筑数据,绿地数据,城市兴趣点POI等数据。(2)三维景观地图数据:主要为城市的三维景观数据。(3)商务专题数据:主要包括交通路线数据、商业大厦、企业商家数据以及商业广告数据。

针对其中商务专题数据,需要对数据进行研究和分析,按照地理信息系统的思想,加以整理形成二三维地理信息平台商务专题的数据模型。

完成数据整理及数据库建立后,建立城市二三维地理信息平台,通过地理信息以及相关技术实现实现数字商务各种功能,完成整个数字商务地理信息平台建设,平台建设内容概况如图3示。

 

数字商务地理信息平台建设内容

图3 数字商务地理信息平台建设内容

Fig. 3 Digital business geographic information platform construction

3. 数字商务地理信息公共平台实现关键技术

3.1 基于LOD(细节层次技术)及多尺度快速表达技术的城市二维电子地图平台建设

二维电子地图平台建设的具体流程见图4所示:

二维电子地图平台建设流程

图4 二维电子地图平台建设流程

Fig. 4 The two-dimensional electronic map platform construction process

  二维电子地图作为电子商务地理信息公共平台的背景底图,数据内容按7个比例尺进行分级组织,每一级别考虑地图的载负量和美观需求,显示适宜的地图要素细节。比例尺从小到大分别为:1:50万,1:20万,1:10万,1:5万,1:2.5万,1:1万,1:2000 (此比例尺的数据为电子地图底图最详细的信息,可以看到街区内部的房屋、绿地和水系)。各级比例尺大小及表达的内容如表1所示。

表1 各级尺度及表达的内容

Tab.1 levels of scale and the expression content

各级尺度及表达的内容

3.2 城市中心区域三维景观地图平台建设

将广州市中心区域的城市街道、建筑物、商业大厦、道路主干道纹理、车道导向线、人行道,斑马线、中央绿化带、过江桥、高架路、高架桥、立交、路灯、标识牌等市政设施的立体模型融合在一起,真实重现城市建筑及街区景观。为了使三维景观地图达到生动逼真的效果,对于建筑模型的细部如门窗、幕墙、装饰构件、广告牌等采用贴图的手段表达,模型的色彩与真实建筑尽量保持一致,住宅、办公楼、公共建筑以及城市广场的材质特点在贴图中得以反映出来,模型的总体色彩灰度控制在一定范围以达到整体协调。

三维景观地图

图5 三维景观地图平台建设流程

Fig. 5 3D landscape map platform construction process

3.3 二三维地图的联动切换显示技术

三维(2.5维)数据的特点是直观,有逼真的现实效果,而二维数据的优势是公众已经习惯使用二维影像或地图。二三维地图的联动切换显示是结合二者优势的有效方法。在三维数据平台中,经由PhotoShop等图像软件处理后的三维(2.5维)图片,本质上仍然是采用像素坐标的,如果要实现与二维地图联动,必须建立像素坐标与地理坐标的对应关系。传统方法是:在GIS桌面软件(如SuperMap Desktop或ArcGIS Desktop)中,选取几个关键控制点后进行配准。但这种方法将导致配准后的三维图片严重变形,这是由于三维(2.5维)图片在制作过程中,已经在三维建模软件中做了一定角度的旋转。

在本研究中,采用的方法是:仍然在桌面软件中选取几个控制点,利用配准工具,只是生成二者联动的函数关系式,并不对三维图片进行事实上的配准,然后将函数关系式编写成程序代码,采用同一个地图控件,以地图中心坐标和比例尺为基础进行动态切换,从而实现了二者的联动,又避免了三维图片的严重变形。效果实现如图6所示。

二三维地图联动切换

图6 二三维地图联动切换显示示意图

Fig. 6 Two or three dimensional map linkage switching display schematic diagram

 

3.4 商务专题数据库及POI专题数据库建立

数字商务地理信息平台中商务专题数据库的建立是核心之一,实现商务专题空间和属性数据一体化建库是实现数字商务功能的基础。建立了包括8大商圈、商业大厦、商家实体、虚拟广告、广告动画等商务专题数据库,通过发放调查表或上门推介的方式收集制作了500多个企业商家信息和20多栋商业大厦信息,另外收集整理美食、购物、旅游三大专题的资料,完成了16条美食街,8大商圈,5条经典一日游的旅游线路制作,突显“网络商都”理念。

除了建立商务专题数据库,要体现平台的适用性需要根据公众需求建立数字商务地理信息平台的兴趣点(POI)数据信息。本平台首先建立了门类齐全、易于采集、更新和维护、面向电子商务地图服务的兴趣点(POI)分类标准。在进行POI分类体系建立时,首先要考虑服务的对象,对象不同所感兴趣的信息和内容有所区别,数字商务地理信息平台POI数据要服务的对象主要是普通用户即公众,所服务的主要内容是商务相关。根据调研[2],公众对餐饮、宾馆、休闲娱乐、生活设施、医院、学校、购物、银行、汽车服务等信息点位置服务更为感兴趣。在了解和掌握本平台的POI分类服务对象和服务内容的特点基础上,按照四个原则进行POI的分类:与基础地理信息分类码保持一致性,保障POI分类体系的延展性,保持与专题信息的链接性,符合法规的公共性。同时,由于本平台建立了多尺度的二维电子地图平台,因此POI信息的显示和表达随尺度的不同实现了自动综合。

在POI分类标准下,建立了广州市的社会、经济、文化等POI专题信息数据库。共建立了公众关注的“衣、食、住、行、娱、游、购”等40多万个兴趣点数据,覆盖范围为广州全市域,现势性为2012年8月份,内容涉及衣食住行游娱购等各方面,包括门牌号、单位名称、党政部门、大型企业、文化设施、旅游点、医院、学校、加油站、宾馆、餐馆、大型娱乐场所、车站、码头、银行、电信、公园、购物点等社会公共地理信息。

3.5 虚拟广告功能实现

基于空间数据库、网页动画、三维可视化等先进技术,实现了在三维地图平台上种植并展示虚拟广告的功能。在实体城市中,户外广告是城市环境和城市繁荣的象征之一,也是产生商业价值的重要组成部分。有诸多研究和实践者利用WEBGIS技术对实体城市户外广告进行数字化管理进行了探讨[3-4]。在本商务平台的建设中,在汲取已有研究的经验基础上利用WEBGIS以及相关技术实现了平台内虚拟户外广告的种植和展示和管理,企业或用户可以在平台上申请虚拟广告发布(包括广告的添加、修改以及删除功能),填写该广告相关的信息,经后台审核无误后,可以成功在三维地图上种植虚拟广告牌,并实现广告的信息展示与查询。广告的内容可以包括名称、地址、联系方式、宣传商品的名称,商品的介绍,商家的名称等信息。用户所添加广告的内容存入临时库,其中,经过后台核对无误的广告内容可以添加成为企业专题库的数据内容。虚拟广告在必要时需要修改或者拆除,用户可通过鼠标在三维地图上的点击定位、直接输入地理坐标、输入广告的名称或ID号等属性信息这三种方式查询定位广告对象,直观方便地把广告的资料和地理位置信息关联起来,并进行虚拟广告信息的修改和删除。用户所修改或删除广告的内容存入临时库,其中,经过后台核对无误的广告内容可以更新企业专题库中相应的数据内容。虚拟广告在三维地图上以动画效果显示,可以实现图形的放大缩小,并具有对应的企业信息链接。

虚拟广告功能实现的系统框架主要分为用户交互层、数据访问层、数据服务层[5-6]。用户交互层用于数据操作、执行数据输入、数据管理等;数据访问层是响应用户请求提供数据访问接口;数据服务层是存有大量数据信息的用于支持操作的底层数据库,负责数据的存储管理。本平台的企业或用户输入需要设置的广告牌的地理位置,地理位置数据生成并存放于数据库中,在地图平台中通过创建新图层,读取数据库中对应地理坐标信息,绘制在地图上对应地理位置,从而显示出广告牌。对于广告牌图形操作包括放大缩小以及删除和编辑等等功能实现,都是通过调用GIS平台中地图功能对应的函数实现,在此就不赘述。实现的虚拟广告效果图如7所示。

 虚拟广告

图7 虚拟广告效果图

Fig. 7 Virtual advertisement effect chart

4. 结语

本文通过广州市数字商务地理信息公共平台建设内容介绍,指出在数字商务地理信息公共平台建设中,应注重平台两大内容的建设:商务平台基础部分城市二三维地理信息平台建设以及商务功能实现的商务平台建设。

平台建设完毕投入使用后,实践证明平台对企业电子商务业务的支撑能力得到了体现,对企业形象以及收益具有明显提升作用,同时平台投入使用也取得了较好社会效益。

以广州市数字商务地理信息公共平台建设为例介绍了平台建设的关键技术,包括二三维地图平台建设技术,突破技术难题的二三维地图的联动切换显示技术,商务专题数据库和POI数据库建立以及虚拟广告功能实现技术,为城市数字商务地理信息公共平台建设提供一定价值的参考。

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