城市三维地理信息系统设计与实现初探

城市三维地理信息系统设计与实现初探

城市三维地理信息系统是在传统的二维地理信息系统的GIS分析功能基础上，结合了城市虚拟景观的三维场景浏览功能，因此，在城市规划、市政管理等方面具有相当广泛的应用前景。在对城市三维地理信息系统及其数据进行总结的基础上，深入探讨城市三维地理信息系统的设计及其在城市规划中的应用。

标签：城市三维地理信息系统设计实现

城市是人类活动最密集的区域，也是地理信息系统研究与运用领域的一个重要方面，城市三维可视化已广泛应用于城市规划、工程设计、环境保护、灾害防治等领域，城市三维可视化表达也是当今“数字城市”一个重要表现手段。

1城市三维地理信息系统及其数据内容

1.1城市三维地理信息系统

城市三维地理信息系统是指能对城市区域内空间对象进行真三维描述、可视化和分析管理的地理信息系统。城市三维地理信息系统是一套完整的GIS系统，它不仅具有城市三维虚拟景观浏览功能，让用户在真三维的仿真城市中进行漫游和飞行，还应具有以下功能：

（1）三维数据管理，主要包括三维数据入库、质量检查、坐标转换、空间和数据查询以及与其他系统数据的无缝转换等功能。

（2）三维场景交互，是指对场景中三维对象交互地进行三维空间浏览、选择、查询操作。

（3）三维空间分析，主要包括根据三维场景中的地形和模型的几何特征，进行基于模型或者场景的三维空间量算，通视分析，日照分析等三维空间分析操作。

1.2城市三维空间数据采集

三维数据采集主要有两大类：一类是场景数据。一般采用高分辨率卫星遥感影像或航空影像数据.通过和数字高程模型（DEM）叠加。生成三维地面模型，一般用于城市建成区外围的场景建设，形成三维城市外围环境模型，为城市建设宏观布局服务；第二类是建筑物三维数据，这是城市最主要组成部分，也是人们最关注的部分，人们希望在三维模型里能够对建筑物进行查询、分析，甚至能够管理到建筑物内部空间组成，利用其查询、分析功能同其它专题属性信息进行链接。

三维数据采集的一般流程如图1：

2城市三维地理信息系统设计

为更好的将城市三维地理新系统应用于城市规划设计和辅助决策，下面将详细阐述该系统的设计及主要功能.

2.1城市三维地理信息系统架构

整个系统可分为三个主要层次，如图2所示：

2.1.1数据层

数据层包含了城市三维地理信息系统中所需的所有二维基础地理数据库、影像数据库、三维城市模型数据库和场景中所需的小品模型数据，由于系统三维场景包含的数据内容较多，为了优化模型，加快三维场景的加载速度和浏览的流畅度，通常把场景中所需的模型进行优化处理后，并按照一定的层次结构组织成三维场景，供三维地理信息基础平台调用。

2.1.2业务逻辑层

该层负责系统中的三维场景浏览、热点区域定位、属性查询、三维场景的飞行与漫游、三维量测、规划分析、后台数据调用等功能。

2.1.3应用层

应用层是用户与系统的接口，通过系统客户端直接浏览三维场景及调用系统功能模块。

2.2系统功能模块设计

系统主要包括了三维场景操作、热点区域定位、三维飞行、虚拟三维景点游览、属性查询、三维量测和三维规划分析功能：

（1）三维场景操作：主要包括了三维场景的平移、旋转、缩放、漫游等场景操作功能以及三维对象的选择功能，该模块是整个系统最为基础的模块。

（2）热点区域定位：主要为了用户能方便快速地定位到达场景内某些感兴趣区域，简化用户操作。

（3）三维飞行：该模块是将预先设定的飞行路径，按照一定的速度和飞行高度自动浏览场景。

（4）虚拟三维景点游览：该功能模块是让用户以第一人称视角进入场景，让用户身临其境的感受三维虚拟景点。

（5）属性查询：该功能模块主要用于根据场景中建筑物、道路和兴趣点的属性值，快速定位和查找相应地物。

（6）三维量测：主要用于系统三维场景中空间距离、水平距离、垂直距离、平面面积、地表距离和地表面积量算。

（7）三维规划分析：主要包括通视分析、日照分析和规划方案对比功能，主要用于辅助城市规划设计。

3结论

城市三维地理信息系统的建立能够全方位、直观地给人们提供有关城市的各种具有真实感的场景信息。它综合运用GIS、遥感、遥测、网络、多媒体和虚拟仿真等高科技手段，是对城市的基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策支持的技术服务系统。城市三维地理信息系统提供给人们一种全新的城市规划建设与管理和工作生活的理念与调控手段，能适应并预测城市的变化，尤其是GIS的空间信息综合处理能力与直观表现能力，在处理城市复杂系统问题时，能帮助人们更好地建市起全局观念与模拟直观感。因此对城市三维地理信息系统的研究不仅具有相当重要的现实意义，同时也是人们十分迫切需要解决的问题之一。

参考文献

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