三维技术是GIS的一个重要发展方向，也是GIS研究的热点之一，现有的三维GIS中，系统功能在三维场景可视化、实时漫游等方面取得了较好的效果。三维GIS支持真三维的矢量和栅格数据模型以及三维空间数据库，解决了三维空间操作和分析问题，使得三维GIS的应用越来越广泛, 包括在交通、市政、规划等领域的应用^{[1, 2]}。

同时，随着互联网的快速发展以及GIS与Internet融合，在网络环境下实现地理空间信息共享成为了可能^[3]。随着三维技术的不断更新，传统二维GIS在信息表达方式上已无法满足用户的需求，用户急需更为真实的三维GIS平台来作为交互式查询及分析的媒介^{[4, 5]}。三维GIS在空间展示与分析上有着更直观、更准确的优势^{[6, 7]}。但是与成熟的二维空间信息服务相比，三维信息服务存在一定的差距，三维数据目前缺乏OGC(open GIS consortium)标准服务，且三维服务类型较为单一。因此，需要一套支持通用标准的、兼顾已有服务、与二维协作并支持资源服务的二三维一体化服务体系，对基于服务的三维地理信息共享加以支撑，实现城市的三维可视化表达，提供逼真的三维城市环境，提升平台的服务能力^[8-10]。

位于广州市海珠区的琶洲地区近年来成为城市中轴线发展扩充的核心地带，城市建设如火如荼。为了辅助工作的开展，急需建立一套包含土地和规划信息的二三维一体化地理信息共享平台，集成城市三维模型、土地规划信息、城市管理信息、经贸信息等数据，辅助琶洲地区的城市综合管理工作，为城市规划与土地利用提供科学化、智能化决策分析支持^[10]。

二三维一体化地理信息共享与监控平台基于数字城市的概念来进行整体设计，利用基于SOA(service-oriented architecture)的Service GIS、基于WebService的分布式组件、SOAP、XML、WSDL等技术，实现了异构信息之间的共享与传输。平台体系架构包括了标准规范体系、二三维数据管理层、信息共享服务层以及功能应用层。其总体框架如图 1所示。

图 1(Fig.1)

图 1 平台总体框架图 Fig.1 Platform Structure

1) 平台的建设基于统一的标准规范体系，包括数据标准规范、应用程序标准规范、接口标准规范、硬件标准规范等一系列的体系以指导平台的规范化建设。

2) 数据层则是共享平台的建设基础，包括了地形图、影像图、电子地图等二维基础地理信息，三维建筑模型、地表植被模型、设施模型等三维城市模型、各类规划、国土、基建、服务、经贸专题等数据。服务层是二三维数据共享的服务汇总，通过平台层管理二三维GIS数据，发布二三维一体化地图服务，为整个平台提供二三维数据服务。

3) 平台层作为空间基底，实现各行各业、各部门业务数据的定位、整合，为信息资源整合利用与共享协同建立基础。

4) 应用层则提供多种类的二三维数据的展示及分析功能，为琶洲地区的城市管理提供信息化辅助。

二三维一体化地理空间信息共享平台的信息资源丰富，需要一套完善的数据管理系统进行全过程管理。数据库系统选用SQL Server 2008，同时采用ArcSDE作为数据管理的GIS平台进行方案数据、用户数据、图形数据等的管理。二维数据处理层采用ArcGIS Server进行各种空间模型的计算、地理处理过程、数据处理任务调度与管理等。三维数据处理层用于接受服务器的地形数据，并采用Skyline TerraCatalog与Terrabuilder三维引擎软件，将各种情况以三维图形的形式展现出来，包括图形渲染、环境仿真等图形处理计算。

在三维数据的共享发布方面，平台通过TerraGate实现网络发布，实现客户端与服务器数据的传输需求。通过将地形和影像数据传输到平台客户端和基于OGC(open geospatial consortium, 开放地理空间信息联盟)标准的WFS/WMS客户，在用户之间提供协作通信功能并提高网络整合能力。数据共享模块提供地形服务、互联网许可、协作通信工具，以及实现影像和高程数据网络实时更新的直连工具。

同时，平台通过SFS(spatial framework services)空间数据服务，提供基于OGC标准的WFS(Web矢量服务)、WMS(Web地图服务)服务到客户端应用程序，并从影像数据库中直接获取地图影像数据。而矢量数据则从SQL Server数据库以及ArcSDE Server直接读取，并执行管理和配置操作。SFS空间数据服务能够有效地改善矢量数据发布机制，提高其发布效率，解决三维数字地球技术中矢量数据发布效率低下的难题。通过引入矢量地图服务缓存机制，把复杂的矢量数据变成规则的地图切片，并进行金字塔创建，极大地提高了矢量数据的发布效率。除此之外，平台同时提供OGC标准的WMS、WFS、WPS等二维数据共享服务，与三维服务组成二三维一体化的地理空间信息共享机制。

平台通过用户管理模块，作为系统的入口，提供用户认证、数据共享权限分配以及功能服务权限分配。服务监控管理模块则提供对在线用户信息、用户在线时长统计、服务响应时间、服务并发的监测以及用户流量的监测功能。

基于城市三维辅助管理的需求，平台应用层设计了多项基于二三维数据的空间分析功能，通过平台二次开发实现。如建设方案对比功能，通过将新建工程的备选方案嵌入三维空间环境中，对多个窗口的模型进行缩放、平移、旋转等操作，实现与现有方案的比较。再如公建配套分析功能，用户通过在前端进行分析区域的生成与信息筛选，并计算出满足条件的数据点集。系统将结果返回至后台，通过二三维GIS功能服务统计出相关的公建配套指标作为分析结果(图 2)。

图 2(Fig.2)

图 2 公建配套分析 Fig.2 Public Infrastructure Resource Analysis

此外，平台还开发了基于三维建筑模型的经贸分析功能，通过对楼宇经贸数据的统计，计算出楼宇经济数据排名、企业经济数据排名、楼宇租用情况统计等。用户通过三维交互界面，点击观看三维建筑后即可直观地浏览楼宇的经贸数据(图 3)，通过图表结合的模式进行数据对比，以便更加清晰地了解琶洲地区商用建筑的经济指标，为房地产管理、招商引资等提供辅助决策支持。

图 3(Fig.3)

图 3 楼宇经贸数据排名 Fig.3 Building Economic Data Ranking

本文介绍了二三维一体化地理空间信息共享与监控平台的建设思路以及应用情况，并通过琶洲地区的系统应用实例，对该平台的可行性、实用性进行了论证。平台选择B/S的分布式系统架构，设计了以二三维一体化空间信息共享服务为基础的数字城市三维共享平台。将三维分析功能封装成服务，并通过标准的接口格式提供调用。该平台基于电子政务网进行发布，可对使用地区的城市管理、城市规划、资源管理、基础设施管理、经贸发展等关键工作中发挥积极的作用，为政务科学规划决策提供合理的辅助决策支持。