基于开源技术的城市地理信息平台构建方法研究

冷 烁，李孙伟，胡振中,

基于开源技术的城市地理信息平台构建方法研究

冷 烁1，李孙伟2，胡振中1,2

(1. 清华大学土木工程系，北京 100084；2. 清华大学深圳国际研究生院，广东 深圳 518005)

针对城市地理信息平台构建过程中存在的数据获取困难、研发成本较高等问题，引入开源技术，对基于开源数据、开源开发平台与开源工具的城市地理信息平台构建技术进行研究。所提出的城市地理信息平台由数据模块与可视化模块2部分组成。为构建数据模块，由开源地理信息项目(OSM)获取了建筑与区划数据，并设计了建筑合并算法以提升数据质量。建筑数据随之基于行政区划分级存储，通过由ASP. NET构建的数据接口提供给具体应用。可视化模块则基于开源地理信息系统(GIS)项目Cesium实现，并设计了完善的用户界面。以北京市为例，完成了原型系统的开发与测试，证实了该技术体系的可行性，通过开源技术降低平台研发成本，推进城市地理信息平台的研究与应用。

城市地理信息平台；开源；地理信息系统

随着我国城市化进程的推进，新的建筑与基础设施不断建成，城市边界日益扩张，海量的城市地理空间信息为城市管理提出了更高的要求。基于地理信息系统(geographic information system, GIS)的信息平台是对城市地理空间信息管理的有效方法。GIS是基于计算机系统，对地理数据进行存储、查询与分析的技术，可实现对包含建筑在内的海量城市地理空间元素的有效组织。基于GIS的城市地理信息平台，则可进一步实现城市地理数据的可视化与应用，为城市管理提供信息支撑。

地理信息平台对城市管理向数字化、信息化方向转型升级具有重要意义，已经得到了研究者与政府部门的重视。目前，许多城市地理信息平台已构建。这些平台基于GIS技术，是城市管理有效的信息工具。然而，目前城市地理信息平台的构建仍面临一定困难，具体表现在建模数据获取困难、建模技术无法复用等方面，为平台的研究与应用带来了额外成本。2个关键问题为：

(1) 建模数据问题。城市地理信息平台的建立需要足量且准确的三维建筑数据支撑。目前，三维建筑数据的来源包括BIM、二维平面图纸生成及三维测绘数据等。然而，无论是BIM的建立、图纸处理还是测绘数据的获取，均需要大量的人工，由此带来巨大成本。同时，由于数据壁垒的存在，建筑间的数据通常不互通，研发者无法轻易获取整个城市范围内的建筑信息，为平台的建立带来挑战。

(2) 信息平台问题。城市地理信息的管理需要GIS平台的支撑。然而，目前主流的GIS软件，如ArcGIS与Google Earth等，均由国外公司研发。随着单边主义日渐盛行，这些软件存在着被政治因素利用，从而带来技术瓶颈的风险。近年来，国内也在研发GIS产品，为GIS数据管理提供支持。然而，当下国内外主流的GIS产品均是商业软件，适用于商务活动，但为教育与科研人员带来额外成本，为平台的研发与推广带来阻力，同时也不利于技术的交流与共享。

为解决上述问题，本文引入了开源技术。“开源”的概念起源于上世纪九十年代，其含义为资源向公众开放、供人们公开访问与共享。开源技术极大地降低了技术共享与人才培养的成本，促进了开发者社区的活跃与软件产业的繁荣。本文基于开源数据、开源工具与开源框架，对城市地理信息平台的构建方法进行研究，以降低模型构建成本，推进平台的研究与应用。

1 国内外相关研究综述

城市地理信息平台以城市GIS数据为基础，以地理空间数据可视化为媒介，实现城市地理信息的分析与应用。因此，国内外的相关研究也主要从数据管理、数据可视化、以及信息应用3方面展开。

城市级别的地理空间数据通常规模庞大，且来自BIM与GIS等多个数据源，如何实现海量异源地理信息的有效管理是首要解决的问题。为了实现不同地理数据源间的信息共享，张红亮[1]提出了一种基于OpenGIS的空间数据共享模式，实现地理空间数据在系统内的透明访问。对于获取的BIM和GIS等数据，实现模型间的信息集成具有重要意义。目前，BIM与GIS集成的主要方式是为BIM与GIS的相似概念建立映射，而对于无法映射的概念，则需对BIM与GIS信息定义进行扩展。通过上述方式，EI-MEKAWY和ÖSTMAN[2]实现了IFC与CityGML间的双向转换。而RUMOR等[3]设计了一种基于CityGML的虚拟三维城市模型，实现了CAD与BIM信息在GIS中的集成。面对海量的城市地理数据，向红梅和郭明武[4]开发了地理空间数据管理系统，针对GIS和CAD两类环境的地理时空数据，提供质量检查、格式转换、数据输入输出等功能。

地理空间数据的可视化同样是平台构建所需解决的关键问题。王珩玮等[5]采用WebGL技术，实现了IFC格式三维建筑模型在Web端的可视化，并支持建筑模型选择、模型信息查看等功能。BUYUKSALIH等[6]采用游戏引擎Unity，实现了伊斯坦布尔市三维城市模型的可视化。该研究将包含三维城市模型的CityGML数据转换为Unity可接受的fbx格式，输入Unity引擎并进行渲染，还用于研究建筑表面的太阳能利用问题。马洪成等[7]则采用开源框架可视化Cesium，实现了城市建筑模型与数字高程模型的显示。Cesium是基于WebGL的JavaScript项目，为海量地理空间数据在Web端的可视化提供支持。

随着地理空间数据的管理与可视化研究的深入，一些集成的地理信息平台已被开发。其中，ArcGIS[8]是影响力最大的地理信息平台之一。其实现了高效的数据管理与可视化功能，使研究者不必从底层功能开始开发，而将更多精力投入之地理数据应用中。目前，已构建了许多基于ArcGIS的城市地理信息平台，如城市供水信息平台[9]及城市能耗分析平台[10]等。除ArcGIS外，MapInfo[11]与超图[12]等一些平台，也已被开发与应用。研究者多采用二次开发的形式，以实现更高级的应用功能。

无论是通过对数据管理与可视化功能的实现，或是基于现有地理平台的二次开发，所建立的城市地理信息平台，目的是实现地理信息在城市管理中的应用。LV等[13]通过自主开发程序，建立了深圳市地理信息服务平台。该平台通过一个基于事件驱动的3D地理数据库，实现海量信息的高效组织与更新，被应用于解决客流预测、边坡分析等实际问题。YAO等[14]则设计了基于关系型数据库的城市地理信息管理系统3DCityDB。其针对CityGML格式的三维城市模型，提供数据导入、管理、分析、可视化等功能。甘麟露[15]围绕可视化项目Cesium开发了对应的数据管理模块，实现大范围倾斜摄影模型的可视化及兴趣点查询功能。龙慧萍[16]基于GIS平台软件ArcGIS与CityMaker，建立了城市地下管线信息系统，实现了管线数据的查询、空间冲突分析、断面分析等功能。庞晓峰[17]则基于超图平台进行二次开发，实现对城市规划中空间信息的组织，并建立了用于西咸新区城市规划管理的可视化平台。

上述城市地理信息平台实现了地理空间信息的集成与管理，提升了城市地理信息的应用水平。然而，目前的平台开发大多以拥有充足地理数据为前提，开发过程中很少考虑到数据的获取与采集部分。事实上，城市地理数据的采集需花费大量人力、物力，数据的欠缺是限制平台推广与普及的关键因素。对于自主开发的城市地理信息平台，其具有程序可控、使用成本低的优势，但同时也会带来巨大的开发工作量。一些平台则采用了现有的商业软件，其优势在于功能齐全、开发便利，但也存在软件成本高、技术难以共享等问题。目前，已有研究尝试采用开源技术融合二者的优势，通过开源工具降低开发工作量与使用成本[14-15]。

本文与相关城市地理信息平台构建研究的对比见表1。本文在参考先前研究尤其是开源技术应用的基础上，提出基于开源技术构建城市地理信息平台的完整流程。如图1所示，针对数据采集、管理与可视化3个平台构建的关键问题，本文提出基于开源技术的解决方案，由开源地理项目获取数据，基于开源开发平台管理数据，并使用开源工具实现数据可视化，最终构建城市地理信息平台，实现地理信息的服务与应用。

表1 城市地理信息平台相关研究对比

图1 基于开源技术的平台构建流程

2 基于开源项目的数据采集技术

2.1 开源数据采集技术

本文用于构建城市地理平台的数据包括建筑数据与行政区划数据2类。本文通过网络中的公开数据集——开放街道地图(open street map, OSM)[18]获取这些信息，其是一个开源的地理信息共享项目，集成了建筑、街道、区划与地图影像等各项地理信息。OSM为开放数据库许可(open database license, ODbL)方式。在该许可下，用户可以自由地获取、分享与修改OSM数据库中的地理数据。

平台所需的建筑数据来源于OSM下的子数据集OSM Buildings。该数据集存储了世界范围内的建筑数据，每栋建筑具有几何轮廓、建筑类别与名称等属性。其数据以GeoJson格式，通过应用程序接口(application program interface, API)向公众公开即

GET http(s)://data.osmbuildings.org/0.2/anonymous /tile/{}/{}/{}.json

该接口使用瓦片网络地图的形式确定请求建筑的区域范围，需输入,与3个参数。其中，为地图的缩放等级，OSM Buildings提供缩放等级为15级以上的建筑数据；为瓦片的水平坐标；为瓦片的垂直坐标。瓦片网络地图以墨卡托投影的形式将世界地图转换为平铺地图，并采用2个瓦片对地图进行等分。在OSM的瓦片网络地图体系中，墨卡托投影原点为北纬90°，西经180°。经纬度坐标(,)与瓦片坐标(,)的对应关系为

平台所需的行政区划数据则来源于OSM的另一个子数据集OSM-Boundaries。该数据集存储了全球主要国家的省、市、县/区、以及乡镇/街道等多级行政区划数据。对每个区划，OSM-Boundaries可提供其名称、从属关系以及边界坐标等信息。OSM-Boundaries提供了API与用户交互下载2种数据获取方式。由于数据量不大，本文选择通过用户交互方式人工下载。

2.2 开源数据预处理技术

由OSM Buildings获取的建筑数据中存储了建筑的几何(底面轮廓)和语义(包括名称、类别、楼层数等)2部分信息。其中，建筑的底面轮廓存在着被错误切分的情况。如图2所示，同一栋建筑可能会被错误地分割为多栋建筑，其底面轮廓也被切分为多个多边形，使建筑信息出现混乱。因此，本文设计了对应的数据预处理算法，以合并属于同一个建筑的多边形，提高城市地理信息质量。

图2 建筑错误切分示例

预处理算法包括2个步骤，①在所有建筑中找到需合并的建筑；②对建筑进行合并。待合并的建筑具有在空间上相邻的特征。考虑到城市中建筑数量很多，两两匹配搜索待合并建筑将消耗大量时间，算法采用区域划分技术加速搜索。如图3所示，可将城市平面等分为×个区域，和与城市边界的长宽成正比，从而使每个区域的面积基本不变。对每一栋建筑，算法需首先判断其所属区域；随后，仅需在该建筑相邻的九片区域中搜索待合并建筑。这是由于待合并建筑必定相邻，若不相邻，则其他区域中也不存在需合并的建筑。若平面内的建筑密度恒定，对每栋建筑而言，其待搜索区域内建筑数量也不变，该算法可在线性时间内完成全部建筑的搜索，优于遍历搜索或动态规划。

图3 数据预处理算法

在找到待合并建筑后，算法将建筑合并问题转换为多边形取并集的问题，而一些开源的多边形运算工具已经被开发。本文调用开源工具通用多边形剪切器(general polygon clipper, GPC)[19]实现对多边形的合并。对非商业应用，GPC可无需授权协议免费使用，而对商业应用，用户需取得特定的GPC商业使用许可。

3 基于开源开发平台的数据管理技术

3.1 数据集成与存储

尽管一些高效组织地理空间信息的数据格式，如本文采用的可视化工具Cesium所定义的3D Tiles格式，已经被提出，但其主要面向几何数据的传输与可视化过程，在需要频繁查询与写入的场合效率较低，对建筑的语义信息也缺乏足够支持。因此，本文仍采用传统的数据文件形式组织建筑信息。由OSM Buildings获取的原始数据包含了城市区域内所有建筑的信息，并统一存储于一个Json文件中。城市内包含数量庞大的建筑信息，以单一文件存储将降低数据查询与处理的效率，也为数据可视化带来挑战。因此，提出一种将建筑信息与区划信息集成的方法，实现对建筑文件的层次组织。对每栋建筑，该方法首先遍历行政区划中的县/区层级，依据建筑位置以及行政区划的边界范围，判断建筑所属的县/区。随后，重复上述步骤，并得到建筑所属的乡镇/街道。判断建筑是否位于区划范围内的方法采用了经典的射线算法。

在完成信息集成后，本文将建筑数据按照其所属区划进行分级存储。如图4所示，每个乡镇/街道层级的行政区间分别建立一个Json文件，区划内的建筑被写入对应的文件中。不同区划的文件按照市、县/区、乡镇/街道三级，分层组织为文件系统。数据文件则按照“市_县/区_乡镇/街道”的编码格式统一命名，以便拼接文件的统一资源定位符(uniform resource locator, URL)并进行访问。乡镇/街道层级的文件中建筑数量一般以千为单位。按照其组织方式，在查询特定建筑时，通过预先给定的行政区划，搜索范围可大幅缩小。

3.2 自动化信息服务

本文将数据文件部署于云端，并搭建了数据接口，以向城市地理信息平台提供自动化信息服务。用于实现数据接口的框架选定为ASP. NET[20]。ASP. NET是基于.NET平台的开源开发框架，对包括Web API在内的多项Web应用提供开发支持，其具有快速、可扩展与安全性等特征。ASP. NET的使用遵循微软公共许可(Microsoft Public License, MS-PL)协议。

基于ASP. NET Web API，本文构建了Restful风格的数据接口。接口以URL传值的形式接受参数。见表2，面向建筑信息管理与几何数据可视化两方面的需求，本文设计了多项数据接口，以向城市地理信息平台提供数据支持。其中，接口以Json格式传递单体建筑与建筑群数据，而采用3D Tiles文件传递建筑几何模型数据。

4 基于开源工具的数据可视化技术

4.1 三维模型建立技术

基于云端数据与信息服务，本文对城市地理信息平台进行开发，为此需首先实现城市地理空间信息的可视化。如图4所示，由OSM Buildings获取的原始数据仅包含建筑物的二维平面坐标，难以支撑城市地理空间信息的显示。因此，提出了基于建筑物平面几何信息和语义信息，生成三维几何模型的方法。三维模型的建立流程如图5所示。本文首先由建筑物的语义信息获取其高度。由于OSM Buildings的数据由用户共享得到，并非所有建筑均拥有完整的属性项。若建筑物无高度信息，则根据其楼层数，按每层3 m进行估算。随后，根据建筑物平面坐标及高度，确定其三维空间中的顶点坐标，并由三维顶点确定建筑物的顶面与立面。对每一个平面进行三角面片化，以数个三角形的形式表示平面多边形。基于多边形生成三角面片的研究已较为成熟。本文采用开源工具Poly2Tri[21]实现这一步骤。该工具的使用遵循三句版伯克利软件发行(Berkeley Software Distribution, BSD)许可协议(BSD 3-Clause “New” or “Revised” License)。本文采用几何领域通用的OBJ格式文件对三角面片进行存储，从而生成建筑物的三维几何模型。

表2 基于ASP. NET的数据接口设计

图5 三维模型的建立流程

值得说明的是，由于OSM Buildings提供的建筑几何数据以经纬度为单位，而三维模型的可视化通常以米为单位，因此需要进行坐标转换。如图6所示，用户选定区域后，以选定区域的中心点为原点，设其经纬度坐标为(0,0)，其转换后的坐标被确定为(0, 0)。对待转换区域中任意一点(1,1)，本文以WGS84坐标系为基准计算其转换后坐标(,)

图6 建筑物的坐标转换

4.2 基于Web的可视化技术

本文基于开源项目Cesium[22]实现对建筑模型的可视化。Cesium是一个Web端的JavaScript项目，用于实现全球地理空间数据的分析与显示。其使用遵循Apache 2.0许可。除程序代码外，Cesium项目还包括一个开放数据标准3D Tiles，用于海量地理空间数据的传输。为了实现建筑模型向Cesium的导入，本文首先将存储建筑几何信息的OBJ文件转换为3D Tiles格式。该过程由同样遵循Apache 2.0许可的第三方开源工具objTo3d-tiles[23]完成。随后，调用Cesium函数对3D Tiles文件进行读取和解析，即可实现建筑模型的显示。

由于在三维模型生成过程中，建筑由以经纬度为单位的全局坐标系转换为以米为单位的局部坐标系，因此，还需实现建筑模型在全局的正确定位，以将地理空间元素与航拍底图对齐。Cesium采用地心笛卡尔坐标系定义全局空间元素，并在3D Tiles文件中提供了转换矩阵选项，用于将局部坐标映射至全局坐标。本文采用objTo3d-tiles[23]工具实现转换矩阵计算，通过转换区域中心点的经纬度与海拔高度(设定为0 m)得到矩阵，并写入3D Tiles文件中以完成建筑模型的全局定位。

5 原型系统开发与测试

5.1 数据模块开发

本文以北京市为例，通过上述技术流程构建城市地理信息平台。北京市经度范围为东经115.7°~117.4°，纬度范围为北纬39.4°~41.6°。按式(1)和式(2)，在15级缩放下的瓦片网络地图中，其对应的瓦片横坐标范围为26915~27070，纵坐标范围为12212~12476。本文构建了数据自动采集程序，通过OSM Buildings提供的数据接口，向OSM服务器发送HTTP GET请求，以获取区间内的建筑信息。将不同瓦片内的数据合并后，共得到有效建筑信息73 591条，数据文件大小45.8 MB。同时，从OSM-Boundaries数据集，获取了北京市、县/区、乡镇/街道层级的行政区划轮廓数据，文件大小为7.2 MB。

随后，对北京市建筑与区划信息进行集成，并将建筑数据文件按“城市-县/区-乡镇/街道”的层级进行组织。经集成后，北京市16个区所含OSM建筑数量如图7所示。可见，OSM Buildings所采集的建筑数据多位于东城、西城、朝阳、海淀等核心城区，而远郊区的建筑数量则相对较少。此外，由于请求数据的范围是北京市的外接矩形，而非严格的北京市区域，因此一些不属于北京市的建筑也被获取。本文所提出的集成方法将这些建筑一并滤出。在乡镇/街道一级，算法共建立了259个建筑文件，而截至2020年，北京市的乡镇/街道行政区划共318个。经调查，缺失的区划文件大多属于远郊城区，这与OSM数据在远郊的缺失有关。而在北京市的核心城区，OSM Buildings提供的建筑数据较为完整。

图7 建筑与区划信息集成结果

将建筑信息按行政区划组织有助于提高信息检索效率。为了验证这一效果，本文基于原始数据文件与层级组织后的数据文件，对城市地理信息平台构建过程中的3项数据处理过程进行测试，其结果见表3。对3项信息处理方式，以行政区划组织建筑文件均可提升信息处理的效率。对基于ID获取建筑数据、以及错误分割建筑的合并过程，由于搜索算法对数据集规模较不敏感，因此2种数据组织方式的效率大致相当。而对由经纬度范围获取建筑群数据，由于采用遍历搜索实现信息检索，按行政区划组织文件可带来明显的效率提升。

基于层级组织的数据文件，本文对错误分割的建筑进行搜索与拼接。搜索算法共查找到待合并的建筑6 466栋。经合并后，有效建筑总数为61 282栋。随后，研究基于乡镇/街道一级的建筑文件，生成了3D Tiles格式的建筑几何数据，并基于ASP. NET框架实现了数据接口，从而完成了数据模块的开发。

5.2 可视化模块开发

基于Cesium，本文对数据可视化模块进行开发，从而构建起完整的城市地理信息平台。如图8所示，可视化模块在读入建筑几何数据后，通过转换矩阵将其映射至地心坐标系，并实现与地图底图的贴合。最终显示效果为三维建筑模型与二维平面地图的结合。经测算，平台可实现两万枚三角面片的流畅显示，支撑乡镇/街道层级建筑群的可视化。对于更大规模的模型，如县/区一级的模型文件，其浏览将较为卡顿。这是由于Cesium是Web端的轻量化应用，仅提供了几何图形绘制功能，并未对大规模模型的显示进行优化，在导入时需要较长处理时间，导致帧率降低。对此问题，可通过几何模型简化及引入细节层次(level of detail, LOD)技术加以解决。

基于可视化界面，平台进一步对用户接口(user interface，UI)进行设计，开发了具有良好用户交互功能的平台前端。如图9所示，平台前端实现了对行政区划信息、建筑几何信息和建筑语义信息的集成。用户可通过左上角的导航菜单实现不同行政区划的建筑模型切换。建筑的几何信息则以三维模型的形式呈现在平台中。用户可选择不同的建筑模型，并在右上角的表单中查看建筑的语义信息。除实现了基础的信息显示与查看功能外，平台还为基于城市地理信息的高级应用预留了UI。开发者可便捷地根据平台预留的数据接口与UI进行二次开发，从而实现城市地理信息的进一步应用。

表3 以行政区划组织建筑信息的效果

图8 平台的显示效果

图9 平台的用户界面

5.3 讨论

本文基于开源数据、开源工具与开发平台，完成了城市地理信息平台的开发。表4总结了本文在开发过程中涉及的各项开源技术。值得注意的是，这些技术遵循不同的开源许可协议，其使用范围也受到协议的限制。本文所采用的开源技术均可应用于科研与教育等非商业活动中。因此，在经过声明后，基于这些技术构建的城市地理信息平台也可满足科研与教育的需求。而对于商业应用，则需根据实际情况，对部分开源技术进行替换。

表4 平台开发过程中涉及的开源技术

作为一项应用了诸多开源技术的开发项目，本文所提出的技术与方法也计划进行开源。目前，案例研究中所构建的北京市地理信息平台已对公众开放(平台部署网址为http://www.huzhenzhong.net: 14025)，用户可通过访问该网站获取本文所使用的数据，包括来自OSM的原始数据以及本文生成的三维模型文件。平台的前端源代码也可在该网站下载。对于平台的后端模块，由于基于平台的高级应用正在进行开发，程序代码需频繁进行变动。后端代码将在程序稳定后一并进行开源。

本文以开源数据集OSM作为城市地理信息的来源。OSM是一个优秀的地理信息共享项目，可以以较低的成本获取全球范围内的城市GIS数据。然而，相对于通过测绘或设计得到的建筑数据，OSM所提供的数据质量仍相对较低。具体表现在城市远郊地区的数据缺失、部分建筑被错误分割等方面。本文设计了数据预处理算法，以合并被错误分割的建筑，提高了OSM的数据质量。对数据缺失的问题，则可以通过多源数据合并的方式加以解决。即，以开源的OSM数据为基础，融合由测绘、设计或其他数据源得到的建筑信息，最终形成较为完整的城市建筑数据，支撑地理信息平台的搭建。

目前，平台在显示较大规模的建筑群模型时，仍有卡顿现象。此问题可通过建筑模型简化、以及LOD技术加以解决。建筑模型简化是指在保证模型外观不失真的情况下，降低模型体量的技术。HU等[24]曾提出了针对MEP构件的几何优化与显示优化算法，有效降低了MEP模型所需显示的三角面片数。对城市建筑模型同样可设计对应算法，提高显示效率。而LOD技术则可将建筑模型根据其详细程度分为不同层级。随着与摄像机距离的增加，加载模型的详细程度逐渐降低，从而降低所需渲染的三角面片数量。Cesium也对LOD技术提供了支持。3D Tiles文件提供了HLOD (Hierarchy LOD)特性，可以树结构组织不同LOD的建筑模型。利用这一特性，CHATURVEDI等[25]已实现了纽约市超过100万栋建筑的无缝浏览。基于OSM数据与模型简化技术，可以建立不同LOD的建筑模型，并随着与摄像机的距离逐级加载，提高模型浏览效率。

6 结 论

针对城市地理信息平台构建过程中存在的建模数据获取困难、信息平台研发成本高等问题，本文对基于开源技术的城市地理信息平台构建方法进行研究，以降低平台研发应用成本，促进技术的交流与共享。为了构建城市地理信息平台，本文首先由开源数据集OSM获取了城市建筑与区划数据，并设计了建筑合并的预处理算法，以提高开源数据质量。随后，提出了基于行政区划层次组织建筑数据的方法，以实现信息的高效访问，并设计了数据接口，完成数据模块的构建。最后，对三维模型的建立技术进行研究，并基于开源项目Cesium构建了基于Web的可视化模块，完成地理信息平台的研发。以北京市为例，对本文所提出的技术流程进行验证，成功构建了北京市地理信息平台，证实了方法的可行性。本文方法可以较低成本构建地理信息平台，技术易于共享与复现，为城市地理信息管理提供了开源的解决方案。

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Research on establishment of city geographic information platform based on open source technology

LENG Shuo1, LI Sun-wei2, HU Zhen-zhong1,2

(1. Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2.Shenzhen International Graduate School, Tsinghua University, Shenzhen Guangdong 518005, China)

To solve the problems in the establishment of city geographic information platform including difficulty in data acquisition and high development cost, this paper introduced open source technologies, and proposed a platform establishment method based on open source data, open source tools and open source framework. The proposed platform consists of two parts, including the data module and the visualization module. In order to construct the data module, the open source geographic project open street map (OSM) was selected to obtain building and division data, and a building merging algorithm was designed to further improve data quality. The building data was then organized hierarchically based on administrative divisions and provided to specific applications through the data interface constructed by ASP. NET. The visualization module was implemented based on the open source geographic information system (GIS) project Cesium, and complete user interfaces were designed. Taking Beijing as an example, we carried out the development and testing of the prototype system, and confirmed the feasibility of the proposed technical route. The advantages of open source technologies were fully considered in this paper to reduce platform development costs and promote the research and application of city geographic information platform.

city geographic information platform; open source; geographic information system

TU 17

10.11996/JG.j.2095-302X.2020061001

A

2095-302X(2020)06-1001-11

2020-07-30；

2020-09-12

30 July，2020；

12 September，2020

国家重点研发计划项目(2018YFD1100900)；国家自然科学基金项目(51778336)

National Key Research and Development Program of China (2018YFD110090501); National Natural Science Foundation of China (51778336)

冷 烁(1996-)，男，河南濮阳人，博士研究生。主要研究方向为建筑信息模型。E-mail：lengs18@mails.tsinghua.edu.cn

LENG Shuo (1996-), male, PhD candidate. His main research interest covers BIM. E-mail：lengs18@mails.tsinghua.edu.cn

胡振中(1983-)，男，广东惠州人，副教授，博士。主要研究方向为土木与海洋工程信息技术。E-mail：huzhenzhong@tsinghua.edu.cn

HU Zhen-zhong (1983-), male, associate professor, Ph.D. His main research interests cover information technologies in civil and ocean engineering. E-mail：huzhenzhong@tsinghua.edu.cn