ＧＩＳ三維建模在城市規劃中的應用

劉　京　賈宏濤　常慶瑞　呂　磊

摘要:以江西瑞金為例,利用GIS技術對城市規劃三維建模的實現方法進行了研究,在發展旅游,保護歷史遺跡需求的前提下,依據三維模型對研究區城市的功能結構布局進行合理的規劃。結果表明,利用GIS三維建模可以為城市規劃工作提供科學的決策依據。

關鍵詞:GIS;城市規劃;三維建模

中圖分類號:TU984.11文獻標識碼:ADOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2009.03.013

Application of 3-D Geographical Model in Urban Planning Base on GIS——A Case of Ruijin in Jiangxi Province

LIU Jing1,JIA Hong-tao2,CHANG Qing-rui1,LV Lei1

(1. College of Resources and Environment,Northwest Agriculture and Forestry University,Yangling,Shaanxi 712100, China;2. College of Grassland and Environmental Sciences,Xinjiang Agricultural University,Urumqi830052, China)

Abstract:The method of building 3-D modeling in urban planning was studied using GIS technique, a case study of Ruijin in Jiangxi Province. The structure and layout of this city were carried out planning rationally based on the three-dimensional model of the study area of the city. The results showed that 3-D modeling using GIS could provide the scientific gist for decision-making in urban planning.

Key words: GIS;urban planning;3-D modeling

隨著計算機技術和信息技術的飛速發展,城市信息化的程度越來越高,信息技術正全方位地滲入城市規劃領域中,而“數字地球”(Digital Earth)、“數字城市”(Digital City)概念的提出和相關技術的逐步完善,也使得城市規劃設計的技術手段越來越豐富,運用“數字城市”相關技術來進行城市規劃設計將是規劃行業發展的必然趨勢[1-4]。

3D-GIS的研究、建立與應用是目前GIS學科的熱點之一,在自然資源管理、城市規劃、作戰模擬演練等應用領域顯示出重要的價值和巨大的潛力[5-8]。三維數據模型和三維城市規劃模型就是這樣一個基于GIS和虛擬現實技術基礎上的平臺,利用在計算機中所建立的模型、場景和數據來實時地再現現實世界中的任何物體,在計算機的虛擬世界里就能直觀地體會到現實世界中的各種感覺[9,10]。筆者對三維地形模型的建立予以闡述,使其成為數字城市建設系統中一個強大的工具平臺和建設數字城市課題中一個有效的手段。

1研究區概況

1.1地區簡介

瑞金市位于江西省南部、贛州地區東部、武夷山脈西麓,地處東經115°42″~116°22″,北緯25°30″~26°20″。是贛閩兩省交匯處,瑞金市東、西、北三面環山,地勢高峻,群山重疊,山勢逐漸向中心和西南方向降低,以象湖鎮為中心的10個盆地組成了一個窄長的綿江河畔山間盆地帶。境內以低山為主,山地海拔一般在400~800 m之間。

境內按地形特征可分為侵蝕構造低山丘陵地形、河谷侵蝕堆積地形和侵蝕地貌類型。其中,以丘陵地形為主,面積1 967.85 km2,占該區總土地面積的80.35%。山地面積243.89 km2,占該區總土地面積的9.96%。崗地平原面積237.26 km2,占該區總土地面積的9.69%。崗地平原地區是瑞金村鎮集中地區。

城區地處綿江河與古城河交匯處,屬河谷侵蝕堆積地形,為三面環山(向東北方向敞開)的盆地。城區是瑞金境內10個盆地中最大的一個,綿江河呈“S”形由東北向西南方向通過,另有古城河、羅溪河、七堡河與其相通。地勢東北高、西南低,高程在191.2~206.4 m之間。古城河南鵝嶺腦一帶為崗地,高程在206.4~215.2 m之間,與古城河以北一帶相對高差15~18 m。南部山區丘陵地帶高程337~442 m(新茶亭一帶)。西部為丘陵山區,高程在400～473.3 m。東北部為丘陵地帶,綿江河以北(洋溪村附近)高程在197.5~237.4 m之間。

1.2數據采集及前期處理

將收集到的相關資料,如城市規劃設計圖紙及相關文檔、研究區域的地形圖(如1∶10 000地形圖)掃描成柵格圖像,再用Photoshop軟件消除噪音,然后應用Geoway空間數據加工處理軟件進行圖像配準,進行格網精校正,保證圖像在校正過程中的精度,再進行數字化并建立拓撲關系,錯誤檢查并進行修改,最后將其轉為Shape格式,或者轉換為E00格式文件保存,完成地形圖的矢量化。對于規劃效果的三維表示,同樣先對規劃圖與地形圖的矢量圖層進行配準,然后對各個規劃區塊進行數字化,按照規劃標準予以賦色。

2三維模型的建立及顯示

2.1三維模型的建立

TIN模型把不規則分布的離散數據點,按優化組合成的三角形面來逼近地形表面。該模型是一種三維空間的分段線性模型,其數據格式在概念上類似二維數據結構中帶拓撲結構的矢量數據結構[11]。TIN是根據不規則三角網的算法來實現的,在眾多不規則三角網生成算法中,Delaunay三角網在國內外得到廣泛應用,Delaunay三角網生成方法主要有逐步生成法、逐點插入法、分割歸并法(分而治之法)等,其中,逐步生成法應用最為廣泛。

逐步生成算法的基本思路是,先找出點中相距最短的兩點連接成一條Delaunay邊,然后按Delaunay三角網的判別法則找出包含此邊的Delaunay三角形的另一端點,依次處理所有新生成的邊,直至最終完成。算法的關鍵是如何搜尋“第三點”。

在本研究中,利用Arcview3.2,加載3D Analysis擴展模塊,激活矢量化的等高線圖層,利用convert to TIN功能,自動生成TIN(圖1),根據所需突出表現的主題調整顏色級數和色階,如要表現規劃區塊,則用綠色遞減色階即可。也可將3D模型TIN轉成DEM文件。

2.2研究區三維顯示

三維場景的屬性主要包括三維場景的名稱、創建者、創建日期、制圖單位、二維投影、垂直縮放因子等。由于瑞金市高程地形差異小,表示不明顯,所以,將垂直比例放大4倍,背景色修改為白色,太陽方位角主要是為了達到整套圖的色調協調,調整至不同的角度、太陽高度角,見圖2。

對于含有現狀或者規劃區塊的三維效果圖(圖3,4),Base Heights賦值為主題的基本高程值,所有的區塊都將建立在此給定的基準高程上。高程的偏移量設為0。并在延伸命令選擇Adding to Base Height。最后調整方向角度輸出三維地形圖。

3基于三維模型的城市規劃

三維城市規劃還將在實時漫游的基礎上實現對各種信息進行集成與分析的基本功能,具體來說具備以下幾種主要功能:實現各種信息的二維查看、查詢和測量等一系列功能;實現二維與三維的交互性查看、漫游。利用數據模型的一些特點進行相應的加工處理,要實現數據庫與模型庫的對應關系,同時要實現對各種信息的查詢、調用、分析和處理,就必須利用GIS及相關工具建立一個高效率的數據庫,并使之具備對信息進行搜集、分析、處理和更新的功能,將數據庫中的信息與實時場景中的模型進行綁定,從而達到對各種信息的即查即用,實現豐富的查詢和分析、決策功能。

本項目為瑞金市歷史文化名城長期規劃,旨在發展旅游,保護歷史遺跡的前提下對城市的功能結構布局進行合理的規劃。按照城市規劃規范,三維規劃圖中黃色區域R1代表一類居住用地,淡黃色R2代表二類居住用地,紅色區域分別為:C1行政管理用地;C2商業金融用地;C3文化娛樂用地;C4體育用地;C6教育科研用地。棕色M1代表一類工業用地,紫色W代表倉儲用地,淺綠色G1代表公共用地,深綠色G2代表生產防護綠地,黑色線條代表鐵路,紅色線條代表高速公路。

通過三維地形的建立,能夠很直觀的表達城市規劃理念,直觀地觀察不同功能區域的分布,為后期規劃的完善提供了便利。另一方面,降低了經濟代價,減少了實地勘探,卻達到相同的效果。

4結 語

三維城市規劃可以使城市規劃中原有的一些可以意會而不可言傳的東西,以一種直觀的面貌展現出來,這無疑對于城市規劃設計水平的提高、城市景觀恢復和研究等,都有著非常重要的意義和應用價值。三維城市規劃可以建立一個三維的、動態的、可視化的景觀來形象、生動和真實地表現城市的自然和人文現象,進行三維空間分析,更好地幫助城市規劃、建設和管理。GIS在城市規劃中應用是一次大的革新和嘗試,會大大提高城市規劃的效率和統計分析功能,能夠更直觀、更準確的表達規劃區域的狀況和城市規劃理念,為區域的發展提供更有力、高效的支持。

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