三維GIS在數(shù)字城市建設(shè)中的應(yīng)用

郭洪峰++張宇

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

關(guān)鍵詞：三維GIS 數(shù)字城市 城市規(guī)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(shù)字城市建設(shè)已成為測繪領(lǐng)域一個重點研究對象，城市三維信息系統(tǒng)的建設(shè)必將成為數(shù)字城市系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)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(wù)信息等，輔助使用通訊基礎(chǔ)設(shè)施，根據(jù)城市建模和三維景觀可視化，將城市真實的三維景觀重現(xiàn)，以為電子政務(wù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用和公眾服務(wù)搭建3DGIS服務(wù)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(jīng)歷了測量現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、存貯以及轉(zhuǎn)換，將空間數(shù)據(jù)顯示出來；其二，基于數(shù)據(jù)庫的概念，將GIS看做是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其中所儲存的數(shù)據(jù)多數(shù)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(gòu)的概念，GIS可以被看做機構(gòu)團體，在其功能上，集合了數(shù)據(jù)存貯、信息檢索、功能性操作以及地理數(shù)據(jù)顯示等等，形成了組織結(jié)構(gòu)，以將集數(shù)據(jù)庫、專家和持續(xù)經(jīng)濟支持等等元素囊括于其中，將環(huán)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(zhì)。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(guān)系也不同于二維GIS，其復(fù)雜程度更高。

1.3 三維GIS的功能

基于二維GIS的發(fā)展狀況可以歸納出三維GIS應(yīng)該包括的十項功能：數(shù)據(jù)采集和檢驗有效性；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化和轉(zhuǎn)化為新的結(jié)構(gòu)（包括創(chuàng)建拓撲關(guān)系和從一種拓撲關(guān)系轉(zhuǎn)化為另一種拓撲關(guān)系）；各種變化（平移、旋轉(zhuǎn)、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(tǒng)管理。

2 三維GIS與數(shù)字城市建設(shè)

2.1 數(shù)字城市的基本框架

數(shù)字城市有一個基本的框架，主要由三大部分組成：

（1）數(shù)字城市建設(shè)的信息支撐技術(shù)。主要有遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、城市綜合功能GIS技術(shù)、數(shù)字城市的管理信息技術(shù)、虛擬技術(shù)、數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)、元數(shù)據(jù)和寬帶網(wǎng)絡(luò)等，應(yīng)用這些技術(shù)可以實現(xiàn)城市空間數(shù)據(jù)的獲取、分析、歸納與整合。

（2）數(shù)字城市建設(shè)的基本內(nèi)容。首先，建立由城市空間基礎(chǔ)信息平臺、城市綜合信息平臺和城市電信基礎(chǔ)平臺組成的核心系統(tǒng)，達到共享和支持。其次，建立應(yīng)用系統(tǒng)，它們是數(shù)字城市發(fā)揮作用的根本。第三，網(wǎng)絡(luò)與信息接入設(shè)備，它們是數(shù)字城市應(yīng)用的前端，直接面向最終用戶。第四，政策法規(guī)與保障體系，它數(shù)字城市建設(shè)及運行提供法律、經(jīng)濟、標準、組織和管理等方面的保障。

（3）數(shù)字城市的服務(wù)對象。包括政府、企業(yè)、社會和公眾四大類。

2.2 三維GIS技術(shù)在城市總體規(guī)劃中的應(yīng)用

城市區(qū)域三維GIS將以GIS為核心的技術(shù)應(yīng)用于城市三維海量空間數(shù)據(jù)的存儲與管理，進行各類城市三維空間數(shù)據(jù)的綜合顯示與融合分析，并且在此基礎(chǔ)上進行多種專業(yè)分析與相關(guān)三維信息的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，從而為城市指定科學的、合理的發(fā)展規(guī)劃及管理提供基礎(chǔ)資料和決策依據(jù)。因此城市區(qū)域三維GIS建設(shè)的最終目標是：根據(jù)不同部門、不同用戶的實際需求，結(jié)合GIS、OA等技術(shù)的特點與發(fā)展趨勢，開發(fā)一個集信息輸入、數(shù)據(jù)庫管理和三維空間數(shù)據(jù)可視化分析于一體的職能化的、功能全面的、性能穩(wěn)定的城市空間信息綜合管理系統(tǒng)，使之能夠全面滿足城市三維空間數(shù)據(jù)的管理、分析需求，為管理人員和工程技術(shù)人員提供綜合化、智能化、規(guī)范化的基礎(chǔ)平臺，為城市規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施管理和社會公眾信息需求提供標準化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化的服務(wù)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(chǔ)設(shè)施的建設(shè)決策、城市規(guī)劃的制定和實施、城市管理功能的組織提供科學依據(jù)和服務(wù)。

系統(tǒng)應(yīng)能將城市地上的建筑、道路、水系、管道及地下構(gòu)筑物等景觀內(nèi)容利用現(xiàn)有的資料在三維場景中展現(xiàn)出來，并且可針對城市地質(zhì)的特性將城市地質(zhì)勘查資料揭示結(jié)果在三維空間中綜合起來，重現(xiàn)地下地質(zhì)界面和地質(zhì)體的空間形態(tài)和組合關(guān)系，重建三維地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)模型，并將地上、地下的三維模型用三維可視化技術(shù)生動地表現(xiàn)出來，從而實現(xiàn)地上、地下復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)與位置關(guān)系的表達、分析。系統(tǒng)可以利用空間分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)支持復(fù)雜問題的決策研究。

三維城市規(guī)劃在基本功能上，還將實施漫游的基礎(chǔ)上的信息集成、信息分析，具體而言，體現(xiàn)為以下幾種：其一，不同信息的二維查看、查詢得以實現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了測量等系列功能；其二，二維與三維的交互性得以實現(xiàn)，主要體現(xiàn)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(shù)據(jù)模型，將數(shù)據(jù)庫和模型庫建立建立一一對應(yīng)的關(guān)系，各種信息的查詢、數(shù)據(jù)的調(diào)用以及分析、處理各種現(xiàn)實性問題，都可以利用GIS及相關(guān)工具來完成。要實現(xiàn)便捷的查詢、分析以及決策功能，可以將高效率的數(shù)據(jù)庫建立起來，并根據(jù)實際應(yīng)用性需要搜集信息、分析數(shù)據(jù)，并進行技術(shù)性處理，同時還要更新的功能，以做到數(shù)據(jù)庫中的信息綁定實施場景模型，實現(xiàn)各種信息的即查即用。

3 結(jié)語

數(shù)字城市中，三維GIS提供了基礎(chǔ)性空間信息。三維GIS能夠?qū)Τ鞘幸匀轿欢ㄎ唬瑢O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(huán)境，面對復(fù)雜的城市，城市管理者要制定科學的規(guī)劃方案，將人文性和生態(tài)性納入其中，為決策提供有力的參考。城市規(guī)劃中，內(nèi)中各項元素要具有關(guān)聯(lián)性，同時還要具有前瞻性，以符合主要應(yīng)用領(lǐng)域的要求，虛擬城市場景的構(gòu)建要逼真而準確。為了能夠為城市規(guī)劃據(jù)側(cè)提供科學而直觀的依據(jù)，對于規(guī)劃方案的制定，要實施互動性的評估，并對規(guī)劃方案的細則進行分析。與傳統(tǒng)的平面效果圖，乃至沙盤相比，三維GIS所提供的信息數(shù)據(jù)更為精確，規(guī)劃方案更為符合實際要求，即便是動畫手段所繪制的規(guī)范設(shè)計圖，也無法匹敵。可見，三維GIS當今城市規(guī)劃信息化發(fā)展的未來發(fā)展方向。

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