城市三维数据管理与规划辅助决策系统的开发及应用

城市三维数据管理与规划辅助决策系统的开发及应用

摘  要：随着科技的不断发展，城市的信息化成为必然的趋势，数字城市的不断完善已经成为城市发展的基础依据，并在城市的规划、管理方面发挥着越来越大的作用。本文以城市三维地理信息平台为研究对象，简述了城市三维数据管理与规划辅助决策系统的开发和应用，以及其带来的社会经济效益。

关键词：三维建模；数据管理；城市规划；辅助决策

1引言

1.1项目背景

随着数字化技术的不断深入，它已渗透到国民经济各个领域，随着数字地球、数字城市的不断发展与延伸，地理信息系统(GIS)更是得到了广泛的应用。但是传统的二维地理信息平台早已无法满足人们的需求，三维地理信息平台的建设正在全面的发展起来，它能够全方位地、更直观地给人们提供具有真实感的城市场景信息，具备更直观的表现力和更强的信息承载能力。

从“数字城市”到“智慧城市”，城市三维地理信息平台都是其中核心的内容之一。建设城市三维地理信息平台，不但能够满足城市规划管理过程中的三维可视化要求，而且更好的实现了信息共建共享，并且促进并提升政府办公效率与宏观决策水平，推进三维仿真技术在规划审批、管理工作的应用，促进城市规划的精细化、科学化管理。

1.2 项目概况

项目的主要任务：为满足城市规划管理过程中的三维可视化要求，为各级领导、规划审批人员提供可视化的城市三维地理信息平台，辅助规划决策。为城市规划编制、审批提供直观实用的技术分析功能；为规划展示、阳光公示、公众参与提供数据及应用支持。从而推进三维仿真技术在规划审批、管理工作的应用，促进城市规划的精细化、科学化管理。

项目的主要工作内容：包括三维地理模型库建设和三维应用系统建设两部分。三维地理模型库建设主要包括城市精细模型和地形地貌模型，用于构建三维数字城市；三维应用系统包括三维数据管理系统和三维规划辅助决策系统，作为三维模型数据的浏览、管理、展示以及辅助规划审批业务的管理平台。

项目实施

2.1 数据中心集成

项目的建设需要有数据中心等类似机构负责日常的系统维护、运营等工作。数据中心将承担网络运行、系统运行、数据整合、信息服务、安全保障等任务，其运行维护质量与工作水平将直接关系信息数据库和各类应用系统能否充分发挥应用效益，以及信息网络和应用系统能够安全、高效地运行。

图2.1 数据中心集成

数据中心的主要职责是负责城市三维相关系统的软件维护，负责相关三维数据的检验、系统的数据更新，负责制定三维仿真技术在城市规划中的应用策略并提供相关服务，负责提供三维仿真信息服务，负责拓展城市三维仿真的社会化应用。

数据中心的主要任务在于：构建专用存储系统，集中存储数据；构建统一的数据库集中运行平台，提高数据处理能力；扩展数据备份系统，提高系统可靠性。

2.2三维地理模型库建设

2.2.1数据层次架构

整体数据设计分为城市精细模型库和地形地貌模型库两大类。

图2.2 模型数据组织层次

2.2.2地形地貌模型库建设

地形地貌模型主要采用多分辨率分级模型对DEM和DOM进行组织，这种技术在不改变源数据精度和不影响视觉效果的条件下，通过层次细节显示和简化技术来逐次简化地形的表面细节，以减少场景的几何复杂性，从而提高计算机绘制三维地形地貌的效率。具体工艺流程如下图：

图2.3 生产工艺图

2.2.3城市精细模型库建设

城市精细模型要严格按1：1000基础地形图、DOM、建筑高程数据进行制作，建筑物基底轮廓线与基础地形图一致，建筑模型要求真实反映现状。

一般利用交互式CAD或航测遥感技术进行城市地理模型的生产。首先利用

数字线划图或航空立体像对进行三维建模，然后利用影像处理技术对外业实地照片数据进行图像处理，最终将三维模型同纹理数据相融合，并叠加DLG、DEM 和DOM数据，形成三维模型数据，具体流程如下图所示：

图2.4 城市精细模型库建设工艺图

2.2.4数据发布系统设计

多源三维模型数据利用编辑发布工具实现数据坐标及格式的转换，生成面向对象的三维空间索引，并通过系统配置文件控制服务器与客户端的访问。

支持多源多尺度地形、影像、矢量和模型数据的无缝集成；

支持影像多任务编译与发布，极大缩短编译与发布时间；

矢量编译时可同时输出贴地标注信息；

地形、影像的补丁式即时更新，不需重新编译；

完善的模型制作规范，支持自动查错和优化；

完善的容灾机制，支持断点续编功能；

可以根据硬件资源配置在同一PC机上运行多个同一编译或发布程序。

研究应用

3.1系统应用

应用系统主要用于为服务对象提供直接产品体验，同时考虑到三维数据的保密性原因，不同对象需要进行脱密处理。主要软件有三维数据管理系统和三维规划辅助决策系统：

（1）三维数据管理系统：适用于即时性要求高，宏观决策支持要求高，以办公应用为需求的政务管理等领域。

（2）三维规划辅助决策系统：适用于对效果要求强烈，仿真度高，数据区域范围有限的规划方案审查、视听宣传等领域。

3.2仿真规划服务

可基于城市三维建模成果，开展仿真规划服务，实现城市规划的手段、方法

以及规划编制设计、规划实施管理、规划监督评价、规划辅助决策各环节相互衔接的全过程数字化，可以辅助进行修建性详细规划以及建筑工程设计方案的审核，极大地提高了项目的审批力度和审批效率。主要内容如下：

（1）三维规划辅助决策系统可将建筑设计方案导入三维场景中进行审查，在真实再现规划现状的前提下，审批人员可以从任意路径，以任意视点、任意视角考察设计方案，对方案进行从全局到细部的推敲和修改。这种生动、直观的表达方式，使建设工程方案审批更为及时、科学。

（2）通过视点分析、多视点（顶、左、右等）分屏图、透视图分析等，实现交互式地控制指标调整和最佳的方案效果表达。为建设工程方案指标的进一步确定提供有了利的依据。

（3）可以将多个建设工程方案在同一屏幕上显示，进行同步比较分析，为了解各个方案的优劣及与周边建筑的协调与否提供直观依据。并且在长时间的建设过程中，能够使各个地块的方案设计和开发保持有机融合和统一。

图3.1 三维辅助方案审查

3.2政务管理服务

可基于城市三维建模成果，开展政务管理服务。立足三维基础数据库，统筹兼顾政府各部门、各企事业单位、社会公众的需求，开展了基于三维的政府管理服务工作，提供城市仿真信息，辅助政务管理，实现跨部门、跨行业的三维空间信息资源共享。

目前，三维空间信息正越来越多地应用于海洋、国土、地质、公安、物业管理、工商等众多部门，甚至在国家安全、安全生产、军事等部门。

项目效益与应用前景

4.1社会效益

项目的成功实施，对于推进三维仿真技术在城市设计、城市规划、审批和管理工作中的应用，促进城市规划的精细化、科学化管理有着重要的意义，能够更好地为有关部门的科学决策做好保障性服务。同时，三维建模因其具有形象化高的特点，还能够让观看者更快速、直观地了解城市环境和城市布局，为城市宣传、招商引资等工作也提供了非常大的推助。

4.2 经济效益

三维地理信息的应用，是测绘技术为基础，反过来又将推动测绘行业的发展，