宁波市三维数字地图建设与应用

宁波市三维数字地图建设与应用

徐狄军*，王坤，廖佳

（宁波市测绘设计研究院浙江宁波315041）

摘要：本文首先阐述了三维数字地图建设的重要意义，然后以宁波市三维数字地图的建设为例，分析了三维数字地图的建设内容，研究其关键性技术，最后就三维数字地图的应用实践进行了探讨。

First, the paper describes the great significance of three-dimensional digital map construction. Taking Ningbo for example, the content, key technological problems of three-dimensional digital map construction are proposed. At last, the application of three-dimensional digital map is discussed.

关键词：三维数字地图；三维仿真；三维数字城市

l 引言

进入2l世纪，人类的活动领域不断扩大，逐渐向高空和地下拓展，“数字地球”、“数字城市”作为当今科技发展的重要方向，开始渗透到城市经济和社会生活的方方面面。

三维数字地图是利用虚拟现实技术而建立的三维模型，它运用多媒体技术和三维可视化技术将图形、图像、文字、声音等纳入到统一的窗口系统下应用，使其具有虚拟、动态、交互和网络特征，是空间数据应用技术发展的重要方向之一。

宁波市从2005年开始城市三维数字地图的建设工作，由宁波市规划局组织，宁波市测绘设计研究院负责具体实施。主要开展从二维空间的三维化拓展工作，构建一个覆盖宁波全市域、多尺度、开放性的基于三维的空间数据体系，为宁波市的城市发展提供全面的空间信息服务。本文将对宁波市三维数字地图的建设及应用情况进行探讨。

2 国内外形势

2.1国际形势

西方发达国家极为重视城市三维空间信息产品的建设。瑞士苏黎士理工大学启动CyberCity Modler项目，对欧洲很多城市建立了城市三维仿真模型。德国政府联合了几十家高校和公司大力开展了仿真城市的研究和建设工作，尤其是对高分辨率数字航空影像的合理应用，现已建成了包括柏林、汉堡、德累斯顿、科隆等几十个逼真的三维仿真城市，并开展了在城市规划和城市管理等方面的深入应用。英国伦敦为配合奥运会的举办，开展“虚拟伦敦”的项目，让专业设计人员到普通百姓都可以参与到伦敦的未来设计规划。

图1 柏林图2 洛杉矶

2.2国内形势

在国内，已有十多个城市已经开始城市三维空间信息建设，其中多数以城市规划三维仿真应用为切入点，建立了一批城市三维信息管理系统，取得了良好的应用效果，如武汉三维数字地图系统、广州规划三维电子报批系统、数字烟台三维城市规划信息系统、三维数字北京等。

图3 北京图4 武汉

3 三维数字地图建设内容

宁波市三维数字地图的建设以虚拟现实技术、三维GIS技术和信息管理技术等为核心，以计算机网络和软硬件平台为依托，以相关国家政策、法规和行业标准等为保障，通过Internet/Intranet等方式真实、直观、充分地展现宁波市的城市空间框架，通过与宁波市各部门的业务信息系统（如规划管理与审批系统、应急管理系统、社会安全系统、数字城市管理系统、城市综合管网信息系统等）紧密结合，实现城市三维空间信息数据的全方位共享与交换，形成对行政管理和社会的应用与服务。

3.1标准建设

建立健全的城市三维空间信息标准化体系，有利于加强三维空间信息成果的管理和应用，避免由于建设技术多样性，导致三维空间信息成果的格式、内容、数据精度等无法统一，避免今后的数据共享和应用方面的困境。

图5 宁波市三维标准体系建设

1、宁波市城乡规划测量管理技术规定

《宁波市城乡规划测量管理技术规定》明确在建筑竣工测量时需建立竣工区域的三维地物要素模型，并发展增加了建筑竣工测量的工作内容，如屋顶标高测量，屋顶平面测量、建筑外表纹理采集等，规定建筑竣工测量中须建立三维模型的地物要素，规定建筑竣工测量的三维地物模型制作要求（几何数据制作要求、纹理数据制作要求），规定竣工测量资料中应包括三维地物模型数据及其元数据。

2、宁波市三维数字地图技术规程

2008年9月，由宁波市规划局组织，宁波市测绘设计研究院负责实施，开展了《宁波市三维数字地图技术规程》的编写工作，经过多方调研和反复实践，于2009年8月编制完成并通过了专家评审。规程从城市三维数字地图的基础数据来源、数学基础、模型组织、数据精度等多个方面进行分析和规范制定，确保了三维数据的一致性、可靠性和有效性，统一了城市三维数字地图制作及质量要求，实现了三维数据的标准化，促进了三维数字地图数据的共享。

3、宁波市建设工程方案三维仿真模型数据要求（暂行）

《宁波市建设工程方案三维仿真模型数据要求》规定了建筑工程、道路工程设计方案三维仿真模型的数据要求，包括数据组织、命名规则、建模规定及项目元数据等。建筑工程模型内容包括项目用地范围内的建（构）筑物、道路、景观、规划控制数据等，道路工程模型包括项目用地范围内的道路、桥梁、隧道、交通附属设施、景观、规划控制数据等。

3.2数据建设

宁波市三维数字地图数据库目前主要分为四个层次，第一层是地形地貌模型库，第二层是建筑体块模型库，第三层是城市地理模型库，第四层是地下空间模型库，数据库组织层次如下图所示：

图6 三维数字地图组织层次

3.2.1 城市地理模型库

城市地理模型库主要对城市建筑、道路、水系等进行精细建模，能够真实再现城市景观。三维模型基底位置与1：500数字线划图平面位置保持同精度，即一类地物点平面中误差不大于cm 5±，模型上其他特征点采用利用全数字摄影测量系统采集的矢量数据制作，其平面定位精度点位中误差不大于cm 25±，高程精度以原始立体像对采集的矢量线精度为准，高程中误差不大于cm 30±。目前已建成建筑标准模型数据150 km 2。

图7 市主要建成区建筑标准模型数据库（三江口场景）

城市地理模型库建设内容包括：

1) 所有一层及一层以上建（构）筑物；

2) 城市主要道路、水系；

3) 城市主要道路上的树、路灯、交通指示牌、红绿灯指示牌；

4) 景观地带的树、路灯、交通指示牌及其他重要的景观建筑等。

3.2.2 建筑体块模型库

建筑体块数据库利用1:500和1:1000两种比例尺数字地形图建成，数据采用竣工测量方法保持实时更新。地形图数据的平面坐标采用宁波市独立坐标系，高程采用1985国家高程基准，1:500和1:1000数字地形图中的建筑位置平面中误差分别不超过7.5cm 和12cm ，数据覆盖市规划区范围1360 km 2。