三維規劃輔助決策系統的設計與實現

[摘要]本文針對數字城市建設應用示范，以基于三維數字地球平臺軟件SkyLine開發的三維規劃輔助決策系統為例，闡述了該三維場景數據處理和系統功能設計，對其應用前景進行了展望。

[關鍵詞] 數字城市；SkyLine；三維規劃；應用示范

1 前言

“數字城市”是通過綜合運用3S（地理信息系統GIS、遙感RS、全球定位系統GPS）、網絡、多媒體及虛擬仿真等技術，對城市的基礎設施、功能機制進行自動采集、動態監測管理和輔助決策服務的技術系統。

三維規劃輔助決策系統基于全球先進的三維數字地球平臺軟件skyline開發，旨在滿足規劃業務的相關需求，基于將地理信息系統、遙感與虛擬現實等技術集成，將實景建筑運用三維傾斜攝影技術，在較少人工干預的情況下建立三維實景模型，并集成地理信息底圖數據和規劃專題數據構建三維地理信息場景，實現與規劃業務相關的GIS功能，從而為城市管理提供三維可視化的決策手段。

2 系統平臺的選取

本系統采用SkyLine系列軟件作為系統的優秀三維數字地球平臺，它擁有國際領先的三維數字化顯示技術，可以利用海量的多源多尺度的遙感影像數據、航空影像數據以及其他二三維數據搭建出一個對真實世界進行模擬的三維場景。

具有以下幾個特點：

（1）產品覆蓋面廣，囊括了三維場景制作，嵌入式二次開發、網絡發布等整個流程；

（2）支持多源數據接入，其中包括WFS，WMS，GML，KML，Shp，SDE，Oracle，Excel以及3DMX，sketch up等，集成信息方便；

（3）通過流訪問方式可集成多尺度的數據量，它制作的三維場景小到城市，大到全球；

（4）三維虛擬漫游運行流暢，用戶體驗良好；

（5）能夠支持B/S架構下建立三維場景，制作網絡應用程序；

3 三維場景數據處理與建立

三維場景是整個系統的核心，是所有功能實現的基礎，對于整個系統來說有著至關重要的作用，三維場景的質量直接體現在漫游效果中，給使用者一個真實客觀的場景重現。

本系統三維場景數據基于航空影像立體相對提取，從傾斜影像中提取建筑物的頂部及側面紋理的技術流程制作標準模型。即飛機進行航空傾斜影像采集的同時，由GPS同步記錄傾斜相機的空間位置，通過對傾斜影像定向進一步確定影像的空間位置及空間姿態，滿足傾斜影像貼圖要求；傾斜影像定位以機載LiDAR數據制作的DEM、DOM作為傾斜影像定位的輔助數據，采用人工干預的方式得到與模型坐標系相同的空間坐標信息，對重點建筑物、臨街建筑物區域在白模的基礎上進行模型結構細化、貼圖工作。

3.1建模流程

①在數字化測圖模塊中恢復影像立體，在立體的環境下人工測量建筑物頂部輪廓特征點、線，獲得準確的二維數據。

②在立體的環境下生產數據DEM模型，根據立體采集的要求對DEM模型進行人工編輯。

③在軟件下以DEM為輔助建筑物高程生成三維模型。

④進行移動、合并、增加、刪除特征點等操作，使建筑物輪廓更準確。

⑤人工選擇需要進行貼圖的模型，軟件自動計算、選擇相應位置的傾斜影像，并使用列表的形式將影像數據進入甄選狀態。通過綜合判斷影像位置、偏轉角度、建筑及植被遮擋，選擇最合適影像進行貼圖。

圖1 三維模型場景效果圖

4 系統功能

圖2 系統功能

系統功能主要包括基本操作、決策分析、查詢定位、編輯設計和系統設置等，如圖2所示。

4.1基本功能

基本操作主要包括GIS基本功能、虛擬漫游功能、多視點定位和編輯、空間定位、導航圖和動畫導航等。

4.2決策分析

4.2.1 日照分析

對城市空間中建筑不同時間段、不同節氣的日照情況進行實時模擬。應用日照分析功能，可以觀察到特定建筑物的陰影對其他建筑物的影響。

4.2.2 通視分析

通視分析是選定特定地點作為視點位置，分析視線所能到達的范圍，這一功能可以用于分析某一個或某幾個建筑物是否會遮擋其他建筑物。

4.2.3 緩沖區分析

緩沖區分析是根據設定的緩沖區（點、線），對緩沖區內的建筑物進行查詢統計分析。

4.2.4里面和剖面分析

利用生成沿街立面圖片功能可以在確定街道的起點和終點后，自動生成街道立面圖，這一功能對于輔助城市設計、控制街道景觀等非常有意義。除立面生成外，剖面生成的目標是能夠將三維場景中的建筑、室內空間、道路以及地下空間生成剖面圖。

4.2.5淹沒分析

系統能夠對洪水淹沒進行三維可視化分析。不僅可以根據水位高度顯示并測量分析淹沒區域，同時能對淹沒進行動態現實。

4.2.6 多方案比較

規劃審批管理過程中經常需要處理多方案比較的問題，系統要具有多方案比較功能，便于將不同的方案放在完全相同的場景中進行比較，充分保證方案比較的公正公平。系統使用者可以自由的切換當前顯示哪個方案，也可以切換到雙屏或多屏屏顯示模式，同時觀察兩個或多個方案。

4.3 查詢定位

在三維空間中對城市空間中的相應物體信息能夠進行實時查詢。在場景中選中建筑物，界面就要彈出這個建筑物的信息如規劃建筑的相應指標建筑物的屬性（如建筑物名稱、層數、高度、容積率、建筑面積、占地面積、建成時間等）。

4.4編輯設計

能夠根據規劃管理需要，設置并保存觀察場景的視點位置，將最佳的觀察位置和觀察角度保存下來，以縮略圖的形式顯示在特定場景窗口中，單擊特定場景縮略圖，就可以方便的切換到相應的場景。

特定場景要支持分組功能，關于管理有內在邏輯關系的特定場景。可依據特定場景隨時輸出想要的相關角度圖片并打印出圖。

4.5 系統設置

系統設置主要包括風格選擇、隱藏背景、顯示狀態信息、顯示比例尺和隱藏導航欄等功能。

圖3 三維規劃輔助決策系統界面

5 結束語

數字城市是人類2l世紀的生存方式，是城市高度信息化、智能化、虛擬化和靈敏化的具體體現。三維規劃輔助決策系統為規劃的編制與審批、建設項目的審批提供決策依據，從而提高規劃決策的合理性和準確性。

參考文獻

[1] 王明山，羅帥偉，張波等.基于SkyLine的數字城市空間地理信息系統的設計與實現[J].北京測繪.2013，（10）：26-29.

[2] 甘迎娟，周偉杰.基于航測的數字城市三維建模技術[J].地球.2013，（10）：130-131.

[3] 豐勇.3維數字城市建模技術及應用探討[J].測繪與空間地理信息.2013，（3）：72-74.

作者簡介

祁晨，（1982年6月-），男，新疆奎屯人，碩士，地理信息系統工程師，主要從事遙感和地理信息系統應用、數字城市項目管理工作。

通訊地址：新疆烏魯木齊市中山路462號廣場聯合辦公大廈A-19樓

郵編：830002

郵箱：12602284@qq.com

聯系電話：185-9917-5558endprint

[摘要]本文針對數字城市建設應用示范，以基于三維數字地球平臺軟件SkyLine開發的三維規劃輔助決策系統為例，闡述了該三維場景數據處理和系統功能設計，對其應用前景進行了展望。

[關鍵詞] 數字城市；SkyLine；三維規劃；應用示范

1 前言

“數字城市”是通過綜合運用3S（地理信息系統GIS、遙感RS、全球定位系統GPS）、網絡、多媒體及虛擬仿真等技術，對城市的基礎設施、功能機制進行自動采集、動態監測管理和輔助決策服務的技術系統。

三維規劃輔助決策系統基于全球先進的三維數字地球平臺軟件skyline開發，旨在滿足規劃業務的相關需求，基于將地理信息系統、遙感與虛擬現實等技術集成，將實景建筑運用三維傾斜攝影技術，在較少人工干預的情況下建立三維實景模型，并集成地理信息底圖數據和規劃專題數據構建三維地理信息場景，實現與規劃業務相關的GIS功能，從而為城市管理提供三維可視化的決策手段。

2 系統平臺的選取

本系統采用SkyLine系列軟件作為系統的優秀三維數字地球平臺，它擁有國際領先的三維數字化顯示技術，可以利用海量的多源多尺度的遙感影像數據、航空影像數據以及其他二三維數據搭建出一個對真實世界進行模擬的三維場景。

具有以下幾個特點：

（1）產品覆蓋面廣，囊括了三維場景制作，嵌入式二次開發、網絡發布等整個流程；

（2）支持多源數據接入，其中包括WFS，WMS，GML，KML，Shp，SDE，Oracle，Excel以及3DMX，sketch up等，集成信息方便；

（3）通過流訪問方式可集成多尺度的數據量，它制作的三維場景小到城市，大到全球；

（4）三維虛擬漫游運行流暢，用戶體驗良好；

（5）能夠支持B/S架構下建立三維場景，制作網絡應用程序；

3 三維場景數據處理與建立

三維場景是整個系統的核心，是所有功能實現的基礎，對于整個系統來說有著至關重要的作用，三維場景的質量直接體現在漫游效果中，給使用者一個真實客觀的場景重現。

本系統三維場景數據基于航空影像立體相對提取，從傾斜影像中提取建筑物的頂部及側面紋理的技術流程制作標準模型。即飛機進行航空傾斜影像采集的同時，由GPS同步記錄傾斜相機的空間位置，通過對傾斜影像定向進一步確定影像的空間位置及空間姿態，滿足傾斜影像貼圖要求；傾斜影像定位以機載LiDAR數據制作的DEM、DOM作為傾斜影像定位的輔助數據，采用人工干預的方式得到與模型坐標系相同的空間坐標信息，對重點建筑物、臨街建筑物區域在白模的基礎上進行模型結構細化、貼圖工作。

3.1建模流程

①在數字化測圖模塊中恢復影像立體，在立體的環境下人工測量建筑物頂部輪廓特征點、線，獲得準確的二維數據。

②在立體的環境下生產數據DEM模型，根據立體采集的要求對DEM模型進行人工編輯。

③在軟件下以DEM為輔助建筑物高程生成三維模型。

④進行移動、合并、增加、刪除特征點等操作，使建筑物輪廓更準確。

⑤人工選擇需要進行貼圖的模型，軟件自動計算、選擇相應位置的傾斜影像，并使用列表的形式將影像數據進入甄選狀態。通過綜合判斷影像位置、偏轉角度、建筑及植被遮擋，選擇最合適影像進行貼圖。

圖1 三維模型場景效果圖

4 系統功能

圖2 系統功能

系統功能主要包括基本操作、決策分析、查詢定位、編輯設計和系統設置等，如圖2所示。

4.1基本功能

基本操作主要包括GIS基本功能、虛擬漫游功能、多視點定位和編輯、空間定位、導航圖和動畫導航等。

4.2決策分析

4.2.1 日照分析

對城市空間中建筑不同時間段、不同節氣的日照情況進行實時模擬。應用日照分析功能，可以觀察到特定建筑物的陰影對其他建筑物的影響。

4.2.2 通視分析

通視分析是選定特定地點作為視點位置，分析視線所能到達的范圍，這一功能可以用于分析某一個或某幾個建筑物是否會遮擋其他建筑物。

4.2.3 緩沖區分析

緩沖區分析是根據設定的緩沖區（點、線），對緩沖區內的建筑物進行查詢統計分析。

4.2.4里面和剖面分析

利用生成沿街立面圖片功能可以在確定街道的起點和終點后，自動生成街道立面圖，這一功能對于輔助城市設計、控制街道景觀等非常有意義。除立面生成外，剖面生成的目標是能夠將三維場景中的建筑、室內空間、道路以及地下空間生成剖面圖。

4.2.5淹沒分析

系統能夠對洪水淹沒進行三維可視化分析。不僅可以根據水位高度顯示并測量分析淹沒區域，同時能對淹沒進行動態現實。

4.2.6 多方案比較

規劃審批管理過程中經常需要處理多方案比較的問題，系統要具有多方案比較功能，便于將不同的方案放在完全相同的場景中進行比較，充分保證方案比較的公正公平。系統使用者可以自由的切換當前顯示哪個方案，也可以切換到雙屏或多屏屏顯示模式，同時觀察兩個或多個方案。

4.3 查詢定位

在三維空間中對城市空間中的相應物體信息能夠進行實時查詢。在場景中選中建筑物，界面就要彈出這個建筑物的信息如規劃建筑的相應指標建筑物的屬性（如建筑物名稱、層數、高度、容積率、建筑面積、占地面積、建成時間等）。

4.4編輯設計

能夠根據規劃管理需要，設置并保存觀察場景的視點位置，將最佳的觀察位置和觀察角度保存下來，以縮略圖的形式顯示在特定場景窗口中，單擊特定場景縮略圖，就可以方便的切換到相應的場景。

特定場景要支持分組功能，關于管理有內在邏輯關系的特定場景。可依據特定場景隨時輸出想要的相關角度圖片并打印出圖。

4.5 系統設置

系統設置主要包括風格選擇、隱藏背景、顯示狀態信息、顯示比例尺和隱藏導航欄等功能。

圖3 三維規劃輔助決策系統界面

5 結束語

數字城市是人類2l世紀的生存方式，是城市高度信息化、智能化、虛擬化和靈敏化的具體體現。三維規劃輔助決策系統為規劃的編制與審批、建設項目的審批提供決策依據，從而提高規劃決策的合理性和準確性。

參考文獻

[1] 王明山，羅帥偉，張波等.基于SkyLine的數字城市空間地理信息系統的設計與實現[J].北京測繪.2013，（10）：26-29.

[2] 甘迎娟，周偉杰.基于航測的數字城市三維建模技術[J].地球.2013，（10）：130-131.

[3] 豐勇.3維數字城市建模技術及應用探討[J].測繪與空間地理信息.2013，（3）：72-74.

作者簡介

祁晨，（1982年6月-），男，新疆奎屯人，碩士，地理信息系統工程師，主要從事遙感和地理信息系統應用、數字城市項目管理工作。

通訊地址：新疆烏魯木齊市中山路462號廣場聯合辦公大廈A-19樓

郵編：830002

郵箱：12602284@qq.com

聯系電話：185-9917-5558endprint

[摘要]本文針對數字城市建設應用示范，以基于三維數字地球平臺軟件SkyLine開發的三維規劃輔助決策系統為例，闡述了該三維場景數據處理和系統功能設計，對其應用前景進行了展望。

[關鍵詞] 數字城市；SkyLine；三維規劃；應用示范

1 前言

“數字城市”是通過綜合運用3S（地理信息系統GIS、遙感RS、全球定位系統GPS）、網絡、多媒體及虛擬仿真等技術，對城市的基礎設施、功能機制進行自動采集、動態監測管理和輔助決策服務的技術系統。

三維規劃輔助決策系統基于全球先進的三維數字地球平臺軟件skyline開發，旨在滿足規劃業務的相關需求，基于將地理信息系統、遙感與虛擬現實等技術集成，將實景建筑運用三維傾斜攝影技術，在較少人工干預的情況下建立三維實景模型，并集成地理信息底圖數據和規劃專題數據構建三維地理信息場景，實現與規劃業務相關的GIS功能，從而為城市管理提供三維可視化的決策手段。

2 系統平臺的選取

本系統采用SkyLine系列軟件作為系統的優秀三維數字地球平臺，它擁有國際領先的三維數字化顯示技術，可以利用海量的多源多尺度的遙感影像數據、航空影像數據以及其他二三維數據搭建出一個對真實世界進行模擬的三維場景。

具有以下幾個特點：

（1）產品覆蓋面廣，囊括了三維場景制作，嵌入式二次開發、網絡發布等整個流程；

（2）支持多源數據接入，其中包括WFS，WMS，GML，KML，Shp，SDE，Oracle，Excel以及3DMX，sketch up等，集成信息方便；

（3）通過流訪問方式可集成多尺度的數據量，它制作的三維場景小到城市，大到全球；

（4）三維虛擬漫游運行流暢，用戶體驗良好；

（5）能夠支持B/S架構下建立三維場景，制作網絡應用程序；

3 三維場景數據處理與建立

三維場景是整個系統的核心，是所有功能實現的基礎，對于整個系統來說有著至關重要的作用，三維場景的質量直接體現在漫游效果中，給使用者一個真實客觀的場景重現。

本系統三維場景數據基于航空影像立體相對提取，從傾斜影像中提取建筑物的頂部及側面紋理的技術流程制作標準模型。即飛機進行航空傾斜影像采集的同時，由GPS同步記錄傾斜相機的空間位置，通過對傾斜影像定向進一步確定影像的空間位置及空間姿態，滿足傾斜影像貼圖要求；傾斜影像定位以機載LiDAR數據制作的DEM、DOM作為傾斜影像定位的輔助數據，采用人工干預的方式得到與模型坐標系相同的空間坐標信息，對重點建筑物、臨街建筑物區域在白模的基礎上進行模型結構細化、貼圖工作。

3.1建模流程

①在數字化測圖模塊中恢復影像立體，在立體的環境下人工測量建筑物頂部輪廓特征點、線，獲得準確的二維數據。

②在立體的環境下生產數據DEM模型，根據立體采集的要求對DEM模型進行人工編輯。

③在軟件下以DEM為輔助建筑物高程生成三維模型。

④進行移動、合并、增加、刪除特征點等操作，使建筑物輪廓更準確。

⑤人工選擇需要進行貼圖的模型，軟件自動計算、選擇相應位置的傾斜影像，并使用列表的形式將影像數據進入甄選狀態。通過綜合判斷影像位置、偏轉角度、建筑及植被遮擋，選擇最合適影像進行貼圖。

圖1 三維模型場景效果圖

4 系統功能

圖2 系統功能

系統功能主要包括基本操作、決策分析、查詢定位、編輯設計和系統設置等，如圖2所示。

4.1基本功能

基本操作主要包括GIS基本功能、虛擬漫游功能、多視點定位和編輯、空間定位、導航圖和動畫導航等。

4.2決策分析

4.2.1 日照分析

對城市空間中建筑不同時間段、不同節氣的日照情況進行實時模擬。應用日照分析功能，可以觀察到特定建筑物的陰影對其他建筑物的影響。

4.2.2 通視分析

通視分析是選定特定地點作為視點位置，分析視線所能到達的范圍，這一功能可以用于分析某一個或某幾個建筑物是否會遮擋其他建筑物。

4.2.3 緩沖區分析

緩沖區分析是根據設定的緩沖區（點、線），對緩沖區內的建筑物進行查詢統計分析。

4.2.4里面和剖面分析

利用生成沿街立面圖片功能可以在確定街道的起點和終點后，自動生成街道立面圖，這一功能對于輔助城市設計、控制街道景觀等非常有意義。除立面生成外，剖面生成的目標是能夠將三維場景中的建筑、室內空間、道路以及地下空間生成剖面圖。

4.2.5淹沒分析

系統能夠對洪水淹沒進行三維可視化分析。不僅可以根據水位高度顯示并測量分析淹沒區域，同時能對淹沒進行動態現實。

4.2.6 多方案比較

規劃審批管理過程中經常需要處理多方案比較的問題，系統要具有多方案比較功能，便于將不同的方案放在完全相同的場景中進行比較，充分保證方案比較的公正公平。系統使用者可以自由的切換當前顯示哪個方案，也可以切換到雙屏或多屏屏顯示模式，同時觀察兩個或多個方案。

4.3 查詢定位

在三維空間中對城市空間中的相應物體信息能夠進行實時查詢。在場景中選中建筑物，界面就要彈出這個建筑物的信息如規劃建筑的相應指標建筑物的屬性（如建筑物名稱、層數、高度、容積率、建筑面積、占地面積、建成時間等）。

4.4編輯設計

能夠根據規劃管理需要，設置并保存觀察場景的視點位置，將最佳的觀察位置和觀察角度保存下來，以縮略圖的形式顯示在特定場景窗口中，單擊特定場景縮略圖，就可以方便的切換到相應的場景。

特定場景要支持分組功能，關于管理有內在邏輯關系的特定場景。可依據特定場景隨時輸出想要的相關角度圖片并打印出圖。

4.5 系統設置

系統設置主要包括風格選擇、隱藏背景、顯示狀態信息、顯示比例尺和隱藏導航欄等功能。

圖3 三維規劃輔助決策系統界面

5 結束語

數字城市是人類2l世紀的生存方式，是城市高度信息化、智能化、虛擬化和靈敏化的具體體現。三維規劃輔助決策系統為規劃的編制與審批、建設項目的審批提供決策依據，從而提高規劃決策的合理性和準確性。

參考文獻

[1] 王明山，羅帥偉，張波等.基于SkyLine的數字城市空間地理信息系統的設計與實現[J].北京測繪.2013，（10）：26-29.

[2] 甘迎娟，周偉杰.基于航測的數字城市三維建模技術[J].地球.2013，（10）：130-131.

[3] 豐勇.3維數字城市建模技術及應用探討[J].測繪與空間地理信息.2013，（3）：72-74.

作者簡介

祁晨，（1982年6月-），男，新疆奎屯人，碩士，地理信息系統工程師，主要從事遙感和地理信息系統應用、數字城市項目管理工作。

通訊地址：新疆烏魯木齊市中山路462號廣場聯合辦公大廈A-19樓

郵編：830002

郵箱：12602284@qq.com

聯系電話：185-9917-5558endprint