摘 要

在当前计算机技术快速发展的时代背景之下，地理信息系统在各行各业的地位也越来越重要，基于GIS系统进行辅助决策的应用也更加层出不穷。但是传统GIS系统仍然以笨重的独立客户端存在，且面向的数据仍以二维数据为主。这就导致了传统GIS系统本身的难以维护、系统兼容性差以及三维性能差等缺点。因此针对基于Web3D与WebGIS结合的三维WebGIS客户端的研究与开发具有重要意义。本文采用了Cesium组件与WebGIS相结合的技术，基于地理信息系统开发逻辑，通过系统分析、设计，明确了应用开发的技术路线与方案，最终实现了网络三维地理信息原型系统。该系统具备了空间分析等传统地理信息的处理功能，以及面向三维的可视化功能和网络传输的功能，其对于智慧城市，数字地球等研究方向都具有很强的应用属性。

关键词：3D GIS；Cesium；WebGIS；原型系统

Abstract

With the rapid development of computer technology, geographic information system (GIS) has become more and more important in all walks of life, and the application of decision support based on GIS has emerged in an endless stream.However, the traditional GIS system still exists as a cumbersome independent client, and the oriented data is still mainly two-dimensional data.This leads to the traditional GIS system itself is difficult to maintain the system compatibility and poor three-dimensional performance and other shortcomings.Therefore, it is of great significance to research and develop the 3d WebGIS client based on Web3D and WebGIS.Based on the development logic of geographic information system, this paper adopts the technology of Cesium component combined with WebGIS. Through system analysis and design, it defines the technical route and scheme of application development, and finally realizes the prototype system of network three-dimensional geographic information.The system has the processing functions of spatial analysis and other traditional geographic information, as well as the functions of three-dimensional visualization and network transmission. It has strong application properties for smart city, digital earth and other research directions.

Keyword: 3D GIS；Cesium；WebGIS；Prototype System

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究目的与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 三维地理信息平台研究现状 1

1.2.2 WebGL研究现状 2

1.2.3 Cesium研究现状 2

1.3 研究内容与技术路线 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 技术方案 3

第二章 理论基础 5

2.1 WebGIS系统简介 5

2.2 Cesium组件原理研究 5

2.2.1 Cesium框架介绍 5

2.2.2 Cesium数据格式 5

2.3 基于Cesium的WebGIS客户端可视化研究 6

2.3.1 场景渲染分析 6

2.3.2 地图地形可视化分析 8

2.3.3 矢量数据可视化分析 8

第三章 系统分析与设计 10

3.1 系统分析 10

3.1.1 系统结构分析 10

3.1.2 系统功能分析 10

3.2 系统设计 10

3.2.1 系统结构设计 10

3.2.2 系统功能设计 11

第四章 系统实现及应用 13

4.1 三维展示功能实现 13

4.2 点选功能实现 14

4.3 数据导入与导出功能实现 15

4.3.1 Tileset数据加载 15

4.3.2 KML数据加载 15

4.3.3 GeoJSON数据加载 16

4.4 测量功能实现 17

4.4.1 距离测量 17

4.4.2 面积测量 18

4.4.3 高度测量 19

4.5空间分析功能 20

4.5.1 剖面分析 20

4.5.2 通视性分析 21

第五章 结论与展望 23

5.1 结论 23

5.2 展望 23

参考文献 24

致 谢 25

1. 绪论
   1. 研究目的与意义

随着计算机技术水平的不断提高，当前世界对于地理信息系统的功能需求已逐渐从传统的二维显示与处理、独立客户端运行提升到三维可视化处理、跨平台能力强。对比于以客户端的形式独立存在，目前GIS系统更倾向于向拓展性更好、跨平台性更强的Web端发展，而Web3D技术和GIS技术相结合而成的三维WebGIS技术的出现，也使得以浏览器为容器的三维地理信息处理平台慢慢地走进我们的视野，成为面向未来的GIS系统的主要研究方向。

本文通过研究基于Cesium组件与WebGIS技术的三维客户端的实现过程，探索Web端三维地理信息处理平台的技术难点与重点。结合Cesium开源库的可视化关键技术以及WebGIS技术，使其不仅拥有WebGIS跨平台、开发效率高、易于扩展等特点，同时拥有了三维客户端空间信息展示直观和空间分析功能强的优势。基于此系统的研究开发工作，有利于探究未来GIS的发展前景，且在特定环境下，可以帮助科研人员在可视化平台进行快速的原理验证。同时，在智慧城市规划、防灾减灾及危情模拟等大型战略应用领域具有重要意义及实用价值^[1]。

• 1. 国内外研究现状

随着当前网络技术与地理信息系统的快速发展，WebGIS系统的开发与应用逐渐崛起，使得其占据的地理信息行业份额也越来越大。因此，有了越来越多的新技术新手段可以支持WebGIS三维客户端的研发。且在数据可视化技术的支持下，WebGIS也可以支持更多的显示形式来对地理数据进行直观地展示。因此，三维WebGIS系统也逐渐地成为了GIS发展的主流方向之一。

1.2.1 三维地理信息平台研究现状

现阶段，在传统二维地理信息处理平台已经不足以日益增长的需求时，三维地理信息平台正在蓬勃的发展。国内外各地理信息企业也积极地推出了自己的产品，以适应生产的需要。

在国外，比较流行的三维地理信息平台有Google Earth、World Wind以及Skyline^[2],[3]。在兼容性上，Google Earth是三者中的佼佼者，相比之其余两个平台，Google Earth能支持更多样的遥感影像、三维模型以及矢量数据。除此之外，Google Earth还可以支持KML（Keyhole Markup Language）矢量数据描述格式。但是其目前并不能支持空间数据的处理以及数字制图等相关工作。在空间信息表达上，更胜一筹的是Skyline平台，其空间信息的表达可以很直观的被用户获得，且其支持动态要素的标记与表达。