基于服務共享的三維規劃輔助決策系統及其應用

馬 濤，梁 磊，陳宏宇

（1.眉山市城鄉規劃局，四川 眉山 620020；2.四川省第二測繪地理信息工程院，四川 成都 610100）

基于服務共享的三維規劃輔助決策系統及其應用

馬 濤1，梁 磊2，陳宏宇1

（1.眉山市城鄉規劃局，四川 眉山 620020；2.四川省第二測繪地理信息工程院，四川 成都 610100）

針對當前規劃業務三維模型數據共享困難、模型更新機制不足等問題，通過對三維模型精細程度劃分及覆蓋策略，模型數據分層及三維數據組織等關鍵技術的研究，基于地理信息公共平臺發布數據共享服務，結合規劃行業業務需求，采用．NET編程技術、二三維開發組件技術，編程實現了三維規劃輔助決策系統；并以眉山市主城區為實驗區驗證其適用性。實踐證明，該系統在一定程度上提高了規劃單位城市規劃管理業務處理的工作效率和信息化管理水平。

模型分層；三維模型數據組織；地理信息公共平臺；規劃管理

近年來，隨著國內城市建設的高速發展，對城市規劃業務提出了新的需求。傳統的城市規劃與設計是通過規劃設計平面圖、效果圖、沙盤模型和三維動畫來展示規劃設計成果的，這種方式在設計時需要從圖紙中采集大量指標數據，手工計算量大，計算結果不可視，設計過程和規劃決策效率低。因此，應用 Web技術、GIS技術、遙感技術和計算機圖形學技術建設輔助城市規劃的三維地理信息系統，在虛擬的三維環境中，用動態和交互的方式進行城市規劃和管理，對構建城市數字化應用有著重要的意義[1]。

近年來，針對三維規劃輔助決策的研究較為廣泛，如文獻[2]～[4]。他們對基于三維規劃輔助管理的研究相對深入，但對規劃業務的三維模型數據共享以及模型更新等方面研究不足。

本文在地理信息公共平臺提供的基礎地理信息數據共享服務和三維模型數據共享服務基礎上，結合規劃部門業務流程需求，運用空間數據庫管理和網絡信息等技術，開發了一個集數據采集、城市地物三維建模、三維可視化管理分析、城市規劃管理業務處理一體化的信息管理系統，為城市規劃管理部門和社會公眾提供具有真實感、數字化的城市空間信息，以實現城市三維模擬，從而滿足現代城市精細管理的要求，實現城市規劃管理支持，輔助規劃決策。

1 數據組織管理

1.1 三維模型精細程度劃分及覆蓋策略

城市三維模型數據的生產分為三維地形建模、重點區域標志性建筑的精細建模和大區域建筑群的簡單建模；地形模型用兩個精度級別表示。三維地形建模采用DEM數據與航片或DOM數據疊加生成，從1∶500 地形圖提取高程點、房屋邊線、水涯線、斜坡坡頂線、斜坡坡腳線、上堡坎線和下堡坎線等數據，人工交互構建三維地形模型。重點區域標志性建筑是指城市中的一些重點建筑物，包括城市中知名度高的名勝古跡、地標性建筑、城市中主干道兩旁的主要建筑物、主干路十字路口的主要建筑等；在建模時需重點突出表現，保證模型能準確地表現建筑物的幾何實體結構和重要細節。大區域建筑群的簡單建模是通過體塊模型表示，用算法批量建立體塊模型，保證大規模三維模型在平臺上運行的流暢性[4]。

1.2 三維模型分層組織策略

三維仿真模型在分塊的基礎上需按層來管理，既便于模型數據的查詢和分析，又便于場景的調度和管理，實現三維數據的目錄管理和分層顯示。城市三維模型包括地形模型、建筑模型、道路模型、水系模型、植被模型、地下空間設施模型以及其他模型等[5]，分層如表1所示。

表1 三維模型數據分層

1.3 三維模型建庫及更新策略

由于采用文件方式管理模型數據缺乏基本的查詢和統計分析功能，難以實現模型的高效管理，本文將FTP服務器結合模型目錄索引實現了模型的快速查詢和統計。

根據建筑模型類別，結合模型精細程度、所屬行政區劃和現勢性、模型編號等建立文件數據庫，考慮到模型文件數據量較大，且主要是針對中心城區建筑的模型，因此采用分區的方式進行存儲管理，以限制單個數據庫表數據量的大小。采用FTP服務器分類分級分區的方式進行組織，對三維模型數據進行標準化和規范化統一整理，將數據存儲在文件數據庫。由于FTP服務器采用文件存儲目錄結構的存儲，因此需要考慮設計一個良好的文件目錄檢索機制，以便對文件目錄進行快速高效的檢索。對于地形模型等空間成果數據，根據模型精細程度、所屬行政區劃和現勢性、模型編號建立要素類，并結合關聯ID建立空間目錄索引，實現方便快捷地查詢統計數據覆蓋范圍情況的目的。空間目錄數據庫基于大型關系數據庫Oracle存儲和管理，以ArcSDE為空間數據庫引擎進行數據操作，空間目錄數據采用SDE的要素類形式存儲，每個區域、類別的數據都是一個要素類，具體流程如圖1所示 。

圖1 三維模型建庫流程

對于小面積的或平面精度要求較高的區域，利用已有的地形圖數據、二維規劃數據，通過外業采集建筑物的平面位置坐標、高程數據和側面紋理；再采用建模軟件完成城市三維模型數據生產；然后根據建筑類別、所屬區劃，更新替換文件庫的原始模型。對于新增規劃建設項目，通過建設單位提供的三維電子報建，完成局部更新[6]。

1.4 規劃業務數據與空間數據管理

城市規劃數據包括規劃成果數據、規劃審批數據和綜合管線數據。數據主要是以紙質或AutoCAD形式存儲，需要將規劃業務數據轉換為標準通用格式，方便各業務系統調用。規劃業務所需空間數據包括二維基礎地理信息矢量數據、正射影像、DEM以及三維模型數據等，采用分層管理模式存儲，二維數據與三維數據通過要素ID關聯，從而實現二三維一體化管理[7]。

2 空間數據標準服務接口

2.1 網絡影像服務接口

網絡影像服務（WMS）屬于OGC標準之一。此標準主要定義了用于創建和顯示地圖圖像的三大操作：GetCapabilities 、GetMap和GetFeaturelnfo；其中GetMap為核心操作。系統涉及到的數字正射影像數據、航攝影像及衛星遙感影像數據，利用統一的開放的WMS接口實現數據的更新和交換，并能基于標準規范進行數據的地理信息共享分發服務[8]。

2.2 網絡矢量數據服務接口

網絡矢量數據服務（WFS）的提出，是為了規范對OpenGIS簡單要素的數據編輯操作，從而使得服務器端和客戶端能夠在要素層面進行“通信”[8]。與返回地圖圖像的OGCWeb地圖服務不同，WFS服務返回的是帶有幾何屬性的實際要素，利用WFS接口實現規劃業務專題數據發布，并結合用戶驗證Token，使得擁有相應權限的用戶才能將這些要素與屬性用于任何類型的地理空間分析。

2.3 三維空間數據服務接口

在三維地理信息領域，基于服務的共享，統一的OGC標準尚未正式發布，不同的三維平臺有各自的三維服務接口，本系統采用Skyline的TerraBuilder對多種格式的多源數據進行操作和集成，不限大小和分辨率，通過統一坐標系定位，創建一個單一的優化的MPT場景文件，便于以流方式發布三維數據集。通過SFS能把shapefile、SDE、Oracle和SQL Server等矢量文件或數據表發布成WFS服務，可把影像發布成WMS服務。在建好Data Source后可以作為一個單獨的文件圖層進行查看和疊加分析。

3 三維規劃輔助管理機制

規劃行政主管部門對建設項目的規劃管理工作主要包括建筑工程選址規劃管理、建設工程用地規劃管理、建設工程規劃管理和建設工程竣工核實管理4部分。基于三維規劃輔助系統，以這4項管理工作的應用需求為出發點進行功能開發，使規劃管理業務流程與平臺有機融合，實現了三維可視化項目選址及用地管理、工程項目建設方案三維電子報建審批和工程項目竣工后三維規劃核實管理[4]。基于平臺的規劃行政管理業務流程如圖2 所示。

圖2 規劃行政管理業務流程

4 技術路線

技術路線主要包括數據生產、數據服務發布和系統研發等。首先對三維建模區域進行資料收集、劃分模型和外業采集等，完成三維模型數據的生產及建庫；然后將規劃業務數據庫、基礎地理信息數據庫和三維模型數據庫整合到地理信息公共平臺中，通過平臺發布數據服務接口；最后結合規劃行業業務需求采用．NET編程技術和二三維開發組件技術，編程實現系統功能，技術路線如圖3所示。

圖3 技術路線圖

5 應用實例

根據系統技術路線和編程技術，以眉山市地理信息公共平臺數據庫為基礎，研發實現了三維規劃輔助決策系統。該系統實現了二維地圖與三維場景的實時聯動、規委會方案評審及決策、規劃管理、三維場景快捷瀏覽和查詢、三維模擬、大數據量的分析與統計等功能。系統初始化加載眉山市主城區三維模型數據和影像地圖。圖4為數據管理界面，該模塊主要實現紅線管理、地名搜索和加載遠程數據功能。圖5為輔助決策界面，該模塊提供方案對比功能，調用三維場景并加載建筑單體方案三維模型，可對不同的單體方案進行多屏比較和聯動，輔助業務處室審批人員決策。

圖4 紅線管理界面

圖5 方案對比界面

[1] 龔競,張新長,唐楨．三維城市規劃輔助審批系統的設計與實現研究[J]．測繪通報,2010(6)∶51-53

[2] 李德仁,趙中元,趙萍．城市規劃三維決策支持系統設計與實現[J]．武漢大學學報(信息科學版),2011,36(5)∶507-508

[3] 唐楨,張新長,曹凱濱．基于Skyline的三維技術在城市規劃中的應用研究[J]．測繪通報,2010(5)∶10-11

[4] 王昌翰．面向規劃管理的重慶都市區三維模型數據庫建設[J]．測繪通報,2014(2)∶107-108

[5] 萬幼,邊馥苓． 二三維聯動的 GIS 系統體系結構構建技術[J]．地理信息世界,2008(2)∶48-52

[6] 馮琰,郭容寰,汪旻琦,等．三維城市模型數據組織與管理方法研究[J]．測繪科學,2011,36(1)∶215-217

[7] 危擁軍．三維 GIS 數據組織管理及符號化表示研究[D]．鄭州∶信息工程大學,2006

[8] 李鴻祥．三維城市規劃輔助決策支持系統的設計與實現[D]．廈門∶廈門大學,2013

P208

B

1672-4623（2016）09-0035-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.09.011

馬濤，工程師，注冊測繪師，主要研究方向為城市規劃和數字城市應用。

2015-07-03。

項目來源：數字制圖與國土信息應用工程國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金資助項目（DM2014SC08）。