承德市三维地理信息系统项目建议书—项目可行性报告.doc

项目可行性报告

项目名称：承德市三维地理信息系统
项目编号：2008055552
项目单位：承德市国土资源局

编写日期：2007年6月
一、基本情况
1、项目单位基本情况
本项目由承德市国土资源局承担。
2、项目负责人基本情况
承德市国土资源局副局长白晓东作为该项目负责人。
3、项目基本情况
承德市三维地理信息系统项目属科技研究与开发性质项目，主要工作内容包括：利用承德市现有的基础地理信息数据，包括1：1万、1；5万地形图资料，数字高程模型资料、数字正射影像资料，采用数码航空摄影技术获取承德市100平方公里规划建成区分辨率为0.1米的影像资料，承德市下辖的承德县、隆化县、滦平县、兴隆县、平泉县、宽城满族自治县、丰宁满族自治县、围场满族蒙古族自治县和鹰手营子矿区共8县1区的城市建成区及周边区域采用1米分辨率的IKNOS卫星遥感数据进行数据覆盖，在以上数据的基础上充分利用现有的三维地理信息技术、计算机技术，研建承德市三维地理信息系统，以实现对承德市域多源基础空间数据的管理和利用，促进承德市国土资源局的信息化建设水平，进一步加强对承德市国土资源的管理力度。
二、必要性与可行性
1、项目背景情况。
1) 项目的提出
随着我省经济社会的快速发展，目前我省已经全部完成了省内1:1万基础地理信息中的数字正射影像(DOM)信息的生产，同时完成了除平原地貌区域以外的数字高程模型(DEM)信息的生产，这些数据最直接的应用就是在我省最近的国土资源更新调查中发挥了基础图的作用，是国土资源更新调查过程的空间参考和地理定位的依据。
这批1:1万测绘成果既包括影像信息又包括高程信息，它除了在国土资源更新调查中能够发挥作用外，其实，在国土资源管理部门还应该有更为广泛的作用，这主要是因为我省1:1万线划地形图绝大部分是60-80年代以前测绘，且北纬41度以北属于无图区，对于承德市来讲，市内的无图区所占面积比例更大，约为70%（承德市总面积39480平方公里，其中北纬41度以南约12166平方公里），这批资料可以说是承德市最新的、现势性最强的测绘成果资料，是承德市国土资源部门进行业务管理的独一无二的基础测绘图件，为了使这批测绘成果在国土部门发挥更为广泛的作用，需要解决好以下问题：①数据分幅存贮，②同一地区数据可能跨越不同的投影带，③数字高程模型数据的可视化，地名信息的标注，④缺少线划地形图信息造成线状地物不易定性，因为上述问题的存在，造成这批数据不能充分发挥其在国土部门中的进一步应用，实际上造成了测绘资源的一种闲置状态，解决上述问题的有效办法，就是建立一个三维地理信息系统平台，首先实现这批数据的无缝浏览，实现数据的三维显示，实现影像数据配合原有的线划地形图复合显示，这样做的效果，就是业务人员能够非常方便的阅读地理信息，比较起传统的用图方式效率要高，得到的信息要丰富，这也是解决目前我省1:1万线划地形图资料较为陈旧的一个有效方法，业务人员同时得到了丰富的影像信息、三维信息和线划地形图信息，尽管线划地形图信息资料陈旧，但是配合影像资料，业务人员的大部分用图需求是能够得到满足的，实现这样的效果，达到这样的目标，就是本项目建设提出的背景以及需要实现的基本目标。
同时为突出重点区域，满足重点区域经济发展较快，土地管理微观化的需要，对承德市建成区采用0.1米分辨率的数码航空摄影资料，计划航摄面积100平方公里，对承德市下辖的承德县、隆化县、滦平县、兴隆县、平泉县、宽城满族自治县、丰宁满族自治县、围场满族蒙古族自治县和鹰手营子矿区共8县1区的城市建成区及周边区域采用1米分辨率的IKNOS卫星遥感数据进行数据覆盖。
在完成基本目标工作后，我们获得了一个可以进行三维数据浏览查阅的平台，实现了已有基础数据的管理，在此基础上，应根据国土资源部门更深层次的业务需要，对系统功能进行扩展：
Ø 系统能够接受和支持今后生产的潜在数据，各级国土资源部门今后在自己的业务发展中会产生形式各异的地理信息数据，这些数据可能比例尺不同，也可能数据格式不同，也可能投影定义不同，数据内容既可能是矢量数据也可能是栅格数据，这些要求需要通过系统功能的扩展来实现。
Ø 系统能够进行三维计算和三维数据分析，也就是说系统除了支持用户浏览三维信息外，必须能够提供出根据用户设定的信息，在已有基础高程信息的基础上进行某项计算的能力，这包括：土方计算、坡度坡向计算、通视分析、地表面积量算、地表距离量算、纵横断面计算等功能。并且这些功能要通过与具体的国土资源部门业务管理人员协作进行业务需求分析，了解他们的业务流程，保证系统平台的操作与他们日常的业务办公流程一致，只有这样才有工作的效率，也才真正能够为具体的业务人员所认可和使用。
Ø 系统能够进行数字高程模型数据的编辑，随着国民经济建设的发展，各种大型土建工程的施工必然带来地形的局部变化，尤其是高速公路的建设，对局部地貌的变化影响较大，为真实反映现势地貌特征，系统应能支持业务人员对基础高程数据进行维护，且必须注重效率。
2) 项目受益范围分析
项目完成以后，河北省国土资源厅、承德市国土资源局、承德市县区级国土资源局、承德市市县两级城建规划部门，以及其他对基础空间地理信息有需求的部门和行业都将在一定程度上获益。
对于我省的国土资源管理来讲，我省的基础地形图资料在某种程度上还是较为匮乏的，尽管我省北纬41度以南所覆盖的1:1万地形图资料较全，但是成图时代较早，较新的2000年以后成图区域覆盖面积还是有限的，如何利用已有的基础地理信息资料，结合卫星遥感技术、地理信息系统技术、三维地理信息系统技术来改善这一基础图件匮乏的现象，并能够提供各级非测绘专业的国土资源管理业务人员高效、便捷的使用这些基础空间数据，充分挖掘数据的使用价值，是一个需要探索实践提高的过程，河北省国土资源厅作为我省国土资源管理的主管部门，通过该项目的建设实践，可以总结出一条适合我省现状的能够有效促进我省国土资源管理信息化建设水平的发展之路，并通过在省内推广来直接促进省内各地区的国土资源管理水平，及时有效地缩小我省国土资源管理中存在的信息化建设要求与基础地理信息匮乏两者之间的差距。
承德市国土资源局作为该项目的直接受益单位，通过该项目的建设将极大地提高对所辖区域的国土资源进行科学管理的信息化水平，承德市地处我省北部，历史上由于各种客观条件和主观因素的限制，基础工作严重滞后，在当前承德市经济进一步发展的情况下，国土资源的信息化管理对承德市国土资源局提出了更高的要求，高效、科学、
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承德市三维地理信息系统，通过三维地理信息系统技术的支持，在较短的时间内，一定程度上改善承德市基础地理信息较为匮乏和陈旧的现状，及时满足国土资源管理部门业务管理对基础空间信息的需要，同时对于重点发展区域，利用数码航空摄影和高分辨率卫星遥感技术，获得区域内的最新最全面的空间和国土资源利用信息，做到全面管理的基础上有重点，宏观管理的基础上有微观，分阶段分层次地提高承德市国土资源管理的信息化水平。
利用已有的1:1万基础测绘资料，采用三维地理信息技术，建设承德市三维地理信息系统，系统数据覆盖承德市辖区39500平方公里，提供用户进行三维信息浏览、查询和三维计算功能，重点实现对已有基础数据的管理和利用，充分发挥其在国土管理部门更深层次的应用，挖掘基础地理信息数据的潜在价值，尤其是数字高程模型数据在土地管理中的应用价值，推进和拉动国土资源管理的信息化建设水平。
为突出重点区域，满足重点区域经济发展较快，土地管理微观化的需要，对承德市建成区采用0.1米分辨率的数码航空摄影资料，计划航摄面积100平方公里，对承德市下辖的承德县、隆化县、滦平县、兴隆县、平泉县、宽城满族自治县、丰宁满族自治县、围场满族蒙古族自治县和鹰手营子矿区共8县1区的城市建成区及周边区域采用1米分辨率的IKNOS卫星遥感数据进行数据覆盖。
系统完成以后，国土资源部门以及其他相关行业部门能够根据自己的需要，在多源、多分辨率空间数据的支持下进行空间定位、查询等工作。由于多分辨率数据的支持，包括：1米航空正射影像、1米卫星遥感影像、0.1米数码航空影像，用户能够从宏观、微观两个层次上对承德市的国土资源利用情况进行查询和管理，积极改善目前承德市由于基础地理信息数据匮乏对国土资源的有效管理造成极大制约的现状。
3、项目实施的可行性。
1) 项目的主要工作思路与设想
该项目的建设内容包括两部分:基础数据的收集处理,系统平台的建设。
基础数据的收集处理：
目前，承德市已完成全部的1:1万航空正射影像和除平原区域以外的数字高程模型的生产，相片资料的航摄时间多在2002年前后，资料较新。在地形图资料方面，承张两地北纬41度以北属于我省1:1万无图区，因此需要采用1:5万比例尺地形图资料进行补充。
承德市1:1万基础测绘数据(DOM、DEM)的生产时间跨度加大，其中的部分区域属于我省首批基础测绘生产试验项目的内容，最早的数据生产始于2000年，当时的全数字化测绘生产技术刚刚起步，数字化产品的标准化程度较低，因此当时生产的数据执行的标准与后期完成的数据标准存在一定程度上的不一致，主要表现在一些以下几个方面：
Ø 标准图幅数据的裁切标准不统一，在生产阶段先后采用了三种标准：①梯形裁切、②外接矩形裁切、③外接矩形外扩100米裁切。
Ø 前期完成数据的坐标系定义不健全，当时Tiff格式的影像数据头文件中还没有标准的坐标系统定义的概念。
Ø 为适用于国土资源部门土地详查更新调查的需要，部分数据在进行80-54坐标系转换的过程中采用的生产方式存在差异。
Ø 数字高程模型数据的地面分辨率不统一，首期完成的DEM数据的地面分辨率为12.5米，后期完成的是5米，但是所占图幅量不是很大。
Ø 数字高程模型数据的数据记录标准不统一，头文件记录的格式和内容存在不一致的地方，同时各期生产的DEM数据的高程比例因子不同，包括：10、100、1000共三种 。
平原地区没有进行DEM数字高程模型的生产，也就是说平原地区没有现成的数字高程模型数据，这主要是因为在进行基础测绘生产过程中，考虑到平原地区的地形图基本等高距为1米，采用全数字的生产方式生产的DEM不能满足平原地区数字高程模型的精度要求，必须采用全野外的生产方式来获取平原地区的高程信息，因此平原地区当时没有采用全数字摄影测量的方式进行DEM数据的生产，对于这类地区需要利用现有的线划地形图通过扫描时量化的方式获取DEM数据。
新建高速公路等大型人工地物对地貌的影响需要考虑，数据加工中必须将原模型中不存在的这部分信息进行更新，模拟出现有的地貌特征。
除上述两种数据（DOM、DEM）需要进行加工整理外，我们还需要其他格式的数据来为系统提供充分的地理信息资源，包括：行政境界信息、地名信息以及其他小比例尺矢量地理信息，同时为了弥补小比例尺矢量地理信息数据详细程度方面的不足，必要时需要采用1:1万（1:5万）数字栅格地图（通过对现有1:1万（1:5万）地形图进行扫描、纠正配准、去底镂空的一系列过程生产）进行补充，也就是说在目前的成果条件下，我们必须充分利用现有的各种数据（多源）来进行系统基础地理信息资源的配置，以弥补现势性较好的影像资料中没有文字说明信息、没有地形图符号信息方面的不足。
承德市作为我省的旅游城市，计划对其建成区采用数码航空摄影的手段获取100平方公里的0.1米高分辨率影像资料，并进行1：1000（500）的航空摄影测量工作，该过程包括航空摄影、相片控制测量、数字高程模型制作、数字正射影像图的制作、地形图生产等。
对于承德市下辖的其余8县1区，采用1米分辨率的IKNOS卫星遥感影像资料进行覆盖，过程包括：数据采购、数据加工处理。
系统平台的建设：
该项目使用北京四维远见信息技术有限公司开发的三维虚拟现实系统软件——超自然真三维地理信息系统作为基础地理信息平台（Supernatural GIS v2.0），该系统是一种基于计算机立体视觉、人工智能、空间信息等技术开发的真三维虚拟现实系统软件，属三维信息系统软件，为土地管理、城市规划、设计、管理等部门提供了一个完全不同于以往二维平面环境的真三维立体可视、可量测地表环境平台。它被用来实现地理空间信息的三维可视化的管理与分析。
该系统目前已经具备了较为完善的功能，作为一款三维地理信息系统平台，它属于一款比较成熟的产品，在进行扩展功能开发方面也具有很多优势，在这里主要完成的工作就是对已有数据、用户需求、潜在数据和需求进行分析，对已有的功能进行完善，对新的需求进行扩展。针对土地管理部门的需求进行分析，结合已有数据和潜在数据资料的具体情况，包括：比例尺、数据格式等进行分析，两者结合起来，对该平台进行更为专业的功能扩展，使其更加符合土地管理部门的需要，更加适用于普通行业用户的操作水平，使土地部门相关层次的用户能够用的好、用的方便，并能够发挥更加专业的作用，挖掘已有数据的应用潜质，切实起到信息化管理应有的作用。
该系统建成以后，具有如下技术特点：
Ø 真三维：该系统与传统的2.5 维（也称之为透视三维）有着本质的区别，它实现了真正意义上的三维，使得空间数据以立体的方式直观表达，实现了地形地物、图形图像数据的三维叠置与可视化。
Ø 真纹理：其三维环境中的地球表面纹理来源于航空或航天影像，可以真实地再现实地场景。
Ø 真尺度：该系统构建的三维环境中任意空间点都具有真实的空间三维坐标。
最终系统应实现以下主要功能：
Ø 电子沙盘：系统基于数字高程模型(EM)，数字正射影像( D O M ) ，数字矢量图( D L G ) , 以真三维方式显示地表景观，实现地表的立体显示。
Ø 虚拟建设：规划模型的导入，也即拆除现有建筑，将规划设计方案中待建的目标置于现有的三维环境中，构建规划的地表形态。可以从建筑结构学、城市规划布局、建筑美学等多角度为决策者提供决策支持。在三维场景中进行建筑物的建造、拆除以及对建筑物进行三维编辑（改变建筑物的高度、平面位置、朝向、采光状况等）。进行桥梁、植被（树木、草地等）、路灯、巨幅广告牌等典型地物的虚拟建设。
Ø 基于虚拟景观的巡视漫游：可沿地表行驶观察、空中漫游、按设计路线漫游、锁定目标的环视漫游等多种方式，给观察者以身临其境的感觉。
Ø 可视化属性管理：可进行属性查询、修改、增加和删除。如对建筑物名称、土地审批时间、权属、建造时间、建筑面积、高度、建筑材质等属性进行管理，便于城市规划、土地、房产等部门管理相关信息。
Ø 目标量测：可对空间任意两点间的距离、建筑物的高度以及空间点的三维坐标进行实时量测。
Ø 光照分析：通过三维动态可视化，对建筑物之间的阳光遮挡情况进行分析。该系统可分析任意两建筑之间、单个建筑物与其周边建筑物之间在 24 节气或任意时间的相互光照遮挡情况，其结果可用日照等值线图、报表等方式直观表达。
Ø 基础高程模型数据的更新和维护：对于局部变化的重点区域，应能够实现由应用部门进行数据更新和维护，这涉及到高程模型数据间的计算，系统应能够读入一定区域的地貌高程信息，对已有资料进行替换或叠加运算。
Ø AVI 文件录制：根据设定路线进行三维数据浏览，并将数据浏览过程制作为AVI视频文件，用于发布和展示目的。
Ø 空间计算功能：系统应具有与用户交互式的进行空间计算和分析的能力，根据用户指令和输入的数据，进行土方计算、坡度坡向计算、通视分析、地表面积量算、地表距离量算、纵横断面计算等功能。
所有上述功能以用户需求为依据，以易用、管用为开发目标。
2) 项目预期社会效益与经济效益分析
基础测绘成果是政府投入很大的经费后，由测绘部门生产出来的，对这些成果进行充分的利用，提高国土资源部门的信息化建设水平，实际上是对我省有限土地、矿产、森林、水力等资源进行保护和可持续性开发利用的一种有效的技术手段。通过系统的建设，必将产生巨大的社会效益。具体包括以下方面：
可以提高国土资源管理部门的行政效率，海量地理信息数据若没有一个合适的管理平台，很难发挥其应有的作用。
可以提高国土资源管理部门的行政能力，通过系统的空间分析功能，可以解决以前通过人工计算难以获得的成果。
依靠科学手段，有效提高对承德市国土资源的监管和保护力度。
通过承德市大比例尺航空摄影测量工作及时有效获取承德市100平方公里的大比例尺地形图资料，对承德市地籍管理和城市规划工作起到积极的推动作用。
通过系统的建设，能够带动地理信息系统技术在社会各行业的发展和普及水平，推动全社会的信息化建设水平。
3) 与同类项目的对比分析
目前，三维地理信息系统在我国城市规划、国土资源管理、交通、水利、电力、林业等部门和行业已广泛开展。
国内具有自主知识产权的三维系统软件平台主要包括：
Ø 北京四维远见公司的超自然真三维地理信息系统。
Ø 北京超图公司的super map。
Ø 中国适普公司的IMAGIS 三维可视地理信息系统。
Ø 北京灵图公司的三维地理信息系统 VRMap。
国内已建成或在建的三维地理信息系统项目也已经涉及到很多行业和部门，包括：
Ø “南京市三维地理信息系统”已经完成，该系统展现了江苏省基本地形地貌、南京市区6800平方公里的城市地形景观、城市主要建筑、桥梁、南京古城墙、玄武湖水下地形、主要城区的GIS数据叠加、王府大街地下管线、河西地区水下三维等。
Ø “湖州市三维地理信息系统”项目于05年正式启动，飞艇在对中心城区范围进行航拍。该三维地理信息系统建设项目通过单影像立体量测系统获取建筑物的高度信息，并结合现有的1:500比例尺数字化地形图和卫星影像，分级用不同方法建立湖州城区三维景观。
Ø “新疆油田三维地理信息系统”项目于06年正式启动，该系统基于美国Skyline公司的3DGIS软件平台TerraSuite进行开发，能够融合多种比例尺的基础地理数据，在系统中将DLG、DOM、DEM的3D数据以可视化的三维方式展示。
Ø 重庆市地理信息中心采用Skyline技术研制开发了重庆市三维实景影像发布系统。该系统已经在重庆市电子政务网上发布运行，受到社会各界的极大关注和一致好评。重庆市三维实景影像发布系统的建成为重庆市救灾应急三维地理空间信息平台的建设储备了一定的技术和经验，将遥感、三维地理信息系统、GPS、视频技术集成，以现在的抢险救灾预案业务模式，把抢险救灾应急和地理信息系统完美地结合在一起，建立一个综合一体化的救灾应急三维空间信息平台，为市政各个部门提供专业、完善、周到、全方位的服务。
Ø 我省目前采用北京四维远见公司的超自然真三维地理信息系统的平台已经搭建完成了河北省1:5万三维系统。实现了全省1:5万地形图数据和2.5米SPOT卫星遥感数据的三维浏览和相关计算功能。
通过对上述软件平台和已建项目进行调查，认为当前三维地理信息系统技术在数据三维浏览查询等方面是相当成熟的，在建或已建的项目均具备此基本功能，部分项目实现了基于互联网络的数据发布，同时我们也发现，所有项目的建设都是要结合具体的实际，包括已有数据和客观需求，进行进一步的系统平台搭建，包括再次开发工作，以实现三维地理信息系统的操作技术能够为普通的非测绘专业用户所掌握，因此，项目的建设关键是客观实际的需求分析要做到位，既不能好高骛远，也要做到确实能够在行业应用中发挥实际作用，做到好看、好用的程度。
4) 项目预期效益的持久性分析
该项目在设计中充分考虑了其可沿性，基础地理信息的生命在于其现势性上，随着我省国土资源管理中相关项目的开展，各地市可供利用的基础地理信息数据资料将极大地丰富，对于该系统来讲，能够充分地对今后国土资源管理工作中收集、生产的各类数据进行管理、浏览、分析，并及时更新系统中已有的基础空间数据，是该系统得生命所在，通过技术手段，采用开放的数据接口，有效地利用日后国土资源管理工作中收集到的现势性较好的基础空间信息资料，将有效地保证该系统在国土管理部门的长期稳定运行，促进国土资源信息的档案化管理，产生持久地社会和环境效益。
4、项目风险与不确定性。
该项目的建设过程包括数据的收集整合处理和系统平台的开发建设，从技术可行性和成熟性来分析，在基础数据的加工处理工程中，是完全可行且较为成熟的，目前常用的数据加工平台功能完全满足需要，无论坐标系的转换、数据格式间的转换、图幅间的镶嵌等均是较为成熟的技术，且标准都已经制定，因此执行起来是一个组织生产和提高效率的过程，需要重点解决的问题包括新增大型基础设施地理数据主要是高速公路方面的更新，以及平原区域的数字高程模型生产，工作量加大；在系统平台建设方面，该平台已经完全具备三维地理信息的浏览和分析功能，能够支持海量数据，并且开发人员具备核心开发的业务水平，重点的工作是对国土资源管理业务需求进行更加客观和细致的分析，进一步扩展系统功能和数据接口，使其在土地应用中能够较为方面的对土地部门已有的数据进行利用，发挥出更为实际和直接的效果，在这一点上也是完全可以做到和做好的。
在不确定性因素中，海量数据的管理和浏览对计算机运算速度的要求较高，根据对已完成的其他类似项目的调查认为，该问题对项目的影响不大，在计算机硬件和三维计算技术都在高速发展的今天，结合科学的数据调用方法，实现海量影像数据的管理所能够达到的效果是可以为用户所接受的。
三、资金预算

承德市三维地理信息系统经费预算

项 目 构 成
总价（元）
项 目 名 称
计量单位
数 量
单价（元）
总价（元）
备 注
资 料 费
1008400
1米分辨率IKNOS卫星影像

KM²
450
400
180000

数字航摄
KM²
100
3000
300000

1：5万数字栅格地形图
幅
124
1000
124000

1：1万数字栅格地形图
幅
674
600
404400

1：1万数字正摄影像图
幅
1974

已有
1：1万数字高程模型
幅
1974

已有
数据处理费
734800
数字正摄影像图（DOM）处理
幅
1974
100
197400

数字高程模型（DEM）数据处理及更新
幅
1974
100
197400

矢量数据采集及处理

250000

卫星影像处理
KM²
450
200
90000

3D仿真系统制作
1490900
1:1万DEM数据预处理
幅
1974
50
98700

三维建模
KM²
39480
10
394800

系统开发

800000

数据整合
KM²
39480
5
197400

承德市正射影像图及数字线划图制作
1850000
航测外业
KM²
100
5500
550000

航测内业
KM²
100
13000
1300000

仪器设备
450000
工作站
台
15
30000
450000

项目验收费
200000

200000

其它费用
100000

100000

合 计
5834100

5834100

2008年承德市三维地理信息系统经费预算

项 目 名 称
计量单位
数 量
单价（元）
总价（元）
备 注
数字航摄
KM²
100
3000
300000

软件开发

300000

资料收集

400000

合 计

1000000

四、进度与计划安排
三维地理信息系统建设是一项复杂的综合性系统工程，为了确保项目顺利实施，使整个项目的技术路线按预先设定的技术方案执行，保证系统实现预想的功能、达到令人满意的效果，本项工程计划利用3年时间分3个阶段实施：
第一阶段在2008年完成，本阶段主要完成三维地理信息系统基础数据资料的部分收集、系统的初步研建以及承德市规划建成区数码航空摄影工作。
第二阶段在2009年实施。本阶段主要工作包括三维地理信息系统基础数据加工整理、三维数据建模以及系统开发工作，为系统的正常运转打下良好的基础，完成承德市区航空摄影测量的全部工作。
第三阶段在2010年进行。本阶段主要完成三维地理信息系统的调试工作，完成承德市区以及各个区县建成区范围彩色数据正射影影像图制作的任务。