三維GIS在數字城市建設中的應用

郭洪峰++張宇

摘 要：當今社會中數字城市建設已成為當前城市信息化建設的主要目標。該文從數字城市概念和當前我國的數字城市建設出發，繼而闡述了三維GIS在數字城市建設的作用，基本模型框架及關鍵技術。三維GIS是全面推進數字城市建設、城市信息資源共享、提升信息資源應用價值的有效途徑之一。

關鍵詞：三維GIS 數字城市 城市規劃

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（c）-0087-01

數字城市建設已成為測繪領域一個重點研究對象，城市三維信息系統的建設必將成為數字城市系統建設的主要內容之一，它將利用城市目前所擁有的信息資源，諸如空間地理信息以及政務信息等，輔助使用通訊基礎設施，根據城市建模和三維景觀可視化，將城市真實的三維景觀重現，以為電子政務、業務應用和公眾服務搭建3DGIS服務平臺。

1 三維GIS的描述

1.1 三維GIS的界定

視角不同，對于GIS的界定也會有所不同。這里主要從三個方面對三維GIS加以界定：其一，基于工具箱的概念，將GIS作為一種工具集合，其是經歷了測量現場的數據采集、存貯以及轉換，將空間數據顯示出來；其二，基于數據庫的概念，將GIS看做是數據庫系統，其中所儲存的數據多數被索引和操作，可以作為各種問題的回答參考；其三，基于組織機構的概念，GIS可以被看做機構團體，在其功能上，集合了數據存貯、信息檢索、功能性操作以及地理數據顯示等等，形成了組織結構，以將集數據庫、專家和持續經濟支持等等元素囊括于其中，將環境問題解決的途徑明確，以獲得各種決策支持。

1.2 三維GIS的特點

在三維GIS中，空間目標通過X、Y、Z三個坐標軸來定義，它與二維GIS中定義在二維平面上的目標具有完全不同的性質。在目前二維GIS中已存在的0，1，2維空間要素必須進行三維擴展，在幾何表示中增加三維信息，同時增加三維要素來表示體目標。空間目標通過三維坐標定義使得空間關系也不同于二維GIS，其復雜程度更高。

1.3 三維GIS的功能

基于二維GIS的發展狀況可以歸納出三維GIS應該包括的十項功能：數據采集和檢驗有效性；數據結構化和轉化為新的結構（包括創建拓撲關系和從一種拓撲關系轉化為另一種拓撲關系）；各種變化（平移、旋轉、比例、剪切）；選擇；布爾操作（交、并差、或及切割斷面、開隧道、建筑；計算（體積、表面積、中心、距離、方向）；分析；可視化；系統管理。

2 三維GIS與數字城市建設

2.1 數字城市的基本框架

數字城市有一個基本的框架，主要由三大部分組成：

（1）數字城市建設的信息支撐技術。主要有遙感技術、全球定位系統（GPS）、地理信息系統技術、城市綜合功能GIS技術、數字城市的管理信息技術、虛擬技術、數據庫建設技術、元數據和寬帶網絡等，應用這些技術可以實現城市空間數據的獲取、分析、歸納與整合。

（2）數字城市建設的基本內容。首先，建立由城市空間基礎信息平臺、城市綜合信息平臺和城市電信基礎平臺組成的核心系統，達到共享和支持。其次，建立應用系統，它們是數字城市發揮作用的根本。第三，網絡與信息接入設備，它們是數字城市應用的前端，直接面向最終用戶。第四，政策法規與保障體系，它數字城市建設及運行提供法律、經濟、標準、組織和管理等方面的保障。

（3）數字城市的服務對象。包括政府、企業、社會和公眾四大類。

2.2 三維GIS技術在城市總體規劃中的應用

城市區域三維GIS將以GIS為核心的技術應用于城市三維海量空間數據的存儲與管理，進行各類城市三維空間數據的綜合顯示與融合分析，并且在此基礎上進行多種專業分析與相關三維信息的網絡發布，從而為城市指定科學的、合理的發展規劃及管理提供基礎資料和決策依據。因此城市區域三維GIS建設的最終目標是：根據不同部門、不同用戶的實際需求，結合GIS、OA等技術的特點與發展趨勢，開發一個集信息輸入、數據庫管理和三維空間數據可視化分析于一體的職能化的、功能全面的、性能穩定的城市空間信息綜合管理系統，使之能夠全面滿足城市三維空間數據的管理、分析需求，為管理人員和工程技術人員提供綜合化、智能化、規范化的基礎平臺，為城市規劃、基礎設施管理和社會公眾信息需求提供標準化、網絡化、可視化的服務平臺，以滿足城市管理對城市空間信息不斷增長的需求，為城市空間基礎設施的建設決策、城市規劃的制定和實施、城市管理功能的組織提供科學依據和服務。

系統應能將城市地上的建筑、道路、水系、管道及地下構筑物等景觀內容利用現有的資料在三維場景中展現出來，并且可針對城市地質的特性將城市地質勘查資料揭示結果在三維空間中綜合起來，重現地下地質界面和地質體的空間形態和組合關系，重建三維地質構造形態模型，并將地上、地下的三維模型用三維可視化技術生動地表現出來，從而實現地上、地下復雜空間結構與位置關系的表達、分析。系統可以利用空間分析和數據挖掘技術支持復雜問題的決策研究。

三維城市規劃在基本功能上，還將實施漫游的基礎上的信息集成、信息分析，具體而言，體現為以下幾種：其一，不同信息的二維查看、查詢得以實現，并在此基礎上實現了測量等系列功能；其二，二維與三維的交互性得以實現，主要體現在信息的查看和信號的漫游。對于信息的加工處理，可以利用數據模型，將數據庫和模型庫建立建立一一對應的關系，各種信息的查詢、數據的調用以及分析、處理各種現實性問題，都可以利用GIS及相關工具來完成。要實現便捷的查詢、分析以及決策功能，可以將高效率的數據庫建立起來，并根據實際應用性需要搜集信息、分析數據，并進行技術性處理，同時還要更新的功能，以做到數據庫中的信息綁定實施場景模型，實現各種信息的即查即用。

3 結語

數字城市中，三維GIS提供了基礎性空間信息。三維GIS能夠對城市以全方位定位，將極具真實感的場景信息展示出來，給人以真實、直觀的虛擬城市環境，面對復雜的城市，城市管理者要制定科學的規劃方案，將人文性和生態性納入其中，為決策提供有力的參考。城市規劃中，內中各項元素要具有關聯性，同時還要具有前瞻性，以符合主要應用領域的要求，虛擬城市場景的構建要逼真而準確。為了能夠為城市規劃據側提供科學而直觀的依據，對于規劃方案的制定，要實施互動性的評估，并對規劃方案的細則進行分析。與傳統的平面效果圖，乃至沙盤相比，三維GIS所提供的信息數據更為精確，規劃方案更為符合實際要求，即便是動畫手段所繪制的規范設計圖，也無法匹敵。可見，三維GIS當今城市規劃信息化發展的未來發展方向。

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