海岛三维信息可视化系统的构建及实现
????随着海岛信息化建设的不断推进，已经积累了大量的海岛地名普查资料、遥感影像资料、现场监测图片、现场监测视频等业务管理和多媒体信息，建成了基于二维GIS平台的海岛数据管理及信息展示系统。二维GIS海岛信息可视化的优势在于能够查询和直观显示海岛分布及其基本信息，同时具有强大的空间分析功能。但随着对海岛信息化管理技术要求的提高，引入三维技术实现海岛信息集中一体化展示已经成为了海岛信息亿发展趋势，三维动态技术能够更加真实的表达海岛复杂的立体信息，直观展示海岛、周边海域、水下地形的实景现状，生动表现海岛数据多源、多尺度及海岛的历史变迁情况，使海岛信息数据的可视化展示更接近于人的视觉习惯。海岛三维可视化突破了海岛数据信息在平面地图中单调显示的局限，提供了全方位的真实信息模拟空间效果展示，提高了海岛信息数据的认知效率。
????本文将基于Cesium平台开发海岛三维信息可视化系统。Cesium具有开源、易用、跨平台等特性，结合WebGL对地理信息进行渲染，能够实现海岛地理空间数据的可视化效果。基于Cesium平台的海岛三维空间信息可视化系统基本满足了海岛三维模拟的可视化需求，通过系统的开发能够加载地形、正射影像及倾斜摄影模型等，构建了一体化的虚拟的三维交互场景，同时系统具有数据管理和分析等功能，为海岛保护和管理提供技术支撑。
1?关键技术
1.1?Cesium框架技术
????Cesium是一个基于JavaScript显示三维虚拟地球和地图的开源框架，并能支持绝大多数的浏览器和移动端浏览器，其开源化、无插件、跨平台的优点使得Cesium在大多数涉及空间信息的领域所应用。Cesium可以对海量的多源数据实现一体化可视展示，支持以二维、三维形式进行地理数据展示，提供各种几何图形、高亮区域、三维模型和动态数据的可视表达，使用WebGL进行三维图形渲染展示，能够应用于三维数字地球、创建虚拟场景等，Cesium还能够结合GIS技术，建立具有交互性的可视化系统来满足用户多维数据的需求，提供二三维一体化的海岛时空数据展示与管理功能。
1.2?无人机倾斜摄影技术
????海岛三维实景建模是当代海岛测绘最先进的技术，不用登岛，通过三维GIS技术直观反映海岛真实三维场景，可以任意切换视角全方位观察海岛的地形地貌。倾斜摄影遥感技术是近年来发展起来的一项航空遥感监测技术，可真实反映出地表事物的外貌、方位、高度等属性，它通过在同一飞行器上搭载多台机载遥感传感器，从不同的方位和角度来获取图像信息，并用计算机对图像信息进行处理，制作成遥感影像。由于无人机航空拍摄影像受限范围比较小，获取地物信息更为完整准确，以倾斜航空摄影获取的多角度航空影像为素材，进行影像自动倾斜摄影建模处理后得到地物三维模型。
2?数据采集与处理
2.1?电子底图
????采用的电子底图服务有天地图、谷歌地图。天地图能够加载CGCS2000坐标系数据，谷歌地图数据范围覆盖全球，精度高。通过Cesium的Provider功能，只需要引用官方发布的地图瓦片服务url即可，同时Cesium支持图层的叠加显示，在底图上能够叠加矢量地图以及注记等。
2.2?海岛三维模型数据
????采用机载激光雷达LiDAR技术和倾斜摄影遥感测量技术，并结合广东省似大地水准面精化成果、GDCORS卫星定位服务，可以快速准确地完成海岛高精度数字高程模型采集、数字正射影像图生成和倾斜三维建模。机载激光雷达LiDAR点云数据的获取主要包括航飞申请、航飞路线设计、拍摄数据获取、航拍影像质量检查、数据预处理、点云数据处理、三维TIN网格构建、正射影像制作、海岛地表三维模型导出等。导出后的三维模型需要进行格式转换处理，生成Cesium能够加载的3DTiles文件。
2.3?水下地形数据
????采用单波束水深测量定点获取水深点数据，水深测量测量密度较高，能够制作水下地形模型，基于数字水深点数据生成海底等深线，在统一的大地坐标和高程基础下，将生成的等深线与处理后的海岛岸线数据叠加生成统一等值线，构建以规则格网表示的水下地形DEM，再对水下DEM数据进行处理制作水下地形渲染图，结合海岛地形DEM以及水面纹理，能够建立展示海岛周边海域水下地形的海陆三维模型。
2.4?海陆一体化数据融合
????海岛三维数据可视化是海岛多源地理信息数据的融合显示，需要将二维矢量图层的展示和三维海岛数据的展示相融合，实现海岛的海陆信息一体化、二三维信息一体化、虚拟全景效果。首先需要对数据进行地理空间基准的转换，其次进行同名要素实体匹配以及几何图形合并，在此基础下，将二维海岛地理地貌的地图数据和三维海岛空间地形的地球数据通过WebGIS可视化技术和图形渲染技术，实现海岛二三维数据的一体化。基于无人机遥感影像制作的高分辨率海岛DEM以及基于水深测量数据制作的水下地形DEM，通过重采样、水下渲染、接边处理后，实现海陆DEM数据的融合，再通过OpenGL进行水面纹理贴图，实现在海岛周边海洋地理环境区域建立从水下到陆地的连续的海岛实景三维模型。
3?系统设计
3.1?系统架构
????系统采用B/S架构模式，包括无人机遥感、单波束水深测量的多平台数据采集，对采集数据实现数据处理与多源数据融合，采用Oracle数据库管理系统存储二维矢量和三维模型数据，基于Cesium实现海岛数据的可视化、浏览和查询。根据海岛管理实际业务需求，借助信息化、三维可视化、智能化手段，建立海岛三维信息可视化系统，为海岛的保护管理和开发利用提供辅助管理支持。系统总体可分为采集层、数据管理层、支撑层、应用层。
3.2?系统功能
????基于Cesium的海岛数据的可视化支持三维地球、二维地图视图，提供海岛地形地貌及周边海域数据的二、三维可视化展示功能。系统功能主要包括数据查询、对比分析、地图基本操作功能、海岛三维信息可视化。
3.1.1数据查询
????对系统海岛信息进行浏览、查询，包括海岛基础信息数据、海岛三维模型等数据的查询功能，能够在二维地图上进行海岛基础信息数据的定位查询，并提供海岛基础信息统计，通过海岛三维模型查询能够查看模型的详细信息并能够进一步在三维地球上进行查看。
3.1.2对比分析
????系统基于Cesiumviewer实现多期遥感影像数据的分屏对比分析，提供左右卷帘功能，能够在同一界面上对同一区域前后两期遥感影像以交互方式的方式显示海岛变化，实现海岛的对比分析。
3.1.3地图基本操作功能
????二维地图模式：除了放大、缩小、量算、底图切换、书签等简单操作功能外，还实现图层列表、气泡显示、图层叠加等功能。
????三维模式：在三维模式下，用鼠标控制移动可以进行任意角度的旋转、翻转地球的漫游，能够浏览观看海岛每一位置，提供放大、缩小、平移、倾斜等地图的动态缩放功能，提供测量地面距离、测量3D直线、测量面积、测量要素功能。
3.1.4三维可视化
????(1)海岛实景三维场景可视化
????通过Cesium对海岛遥感影像、地形和三维模型数据的加载，TerrainProvider实现海岛三维地形可视化，并利用虚拟现实技术和OpenGL着色对海水表面进行模拟，实现海陆信息数据的加载和可视化，达到流畅的海陆统一的海岛实景三维可视化效果。
????(2)虚拟全景漫游
????利用无人机采集的静态影像数据，通过图像拼接、三维重建、纹理匹配，完成海岛全方位的真实信息模拟空间全景图，实现海岛全景图片的三维化、模型化，并能够通过全景视角在海岛范围内移动，达到高精度动画模型的虚拟全景漫游效果：
4?结语
????本文通过采集海岛无人机遥感影像数据、单波束水深测量点数据，利用无人机倾斜摄影技术、海陆一体化数据融合技术、二三维一体化技术等，将无人机遥感影像数据、水下地形数据转化为三维场景模型。基于Cesium框架构建了海岛三维信息可视化系统，实现海陆多源数据的一体化融合，提供海岛实景三维场景可视化和海岛虚拟全景漫游功能，在三维视图上仿真展示海岛视景提供了以生动形象、简洁明了的形式表达海岛的立体形态和空间关系，并提供了海岛基本数据的查询、分析等功能。系统实现了海岛资源的三维化、模型化、可视化，为海岛的管理、保护和开发利用提供了高效的可视化辅助管理支持。