湛江市三維數字城市規劃輔助決策支持系統的開發與應用

馬學峰

(湛江市規劃勘測設計院，廣東 湛江 524002)

湛江市三維數字城市規劃輔助決策支持系統的開發與應用

馬學峰*

(湛江市規劃勘測設計院，廣東 湛江 524002)

隨著科技不斷進步，三維數字城市已然成為數字城市建設的趨勢。依據已有的二維GIS數據，構建三維模型，并建立應用模塊，集成規劃輔助決策支持系統，實現了規劃決策由二維向三維的轉變，提高了城市規劃管理水平。本文詳細闡述了湛江市輔助決策支持系統的設計思路與總體架構、數據存儲管理、三維模型構建，并介紹系統的應用情況。關鍵詞：數字城市；三維模型；規劃輔助決策；城市規劃管理

1 引 言

在構建數字城市的過程中，城市三維景觀建模是一個重要的組成部分，是攝影測量與遙感、地理信息系統及計算機科學等學科的研究內容之一。城市三維數據模型的建立，將以全新的方式表達和處理地理空間信息，在城市規劃、房地產開發、交通管理、旅游等領域起著重要的作用[1]。

湛江市城市建設的步伐日益加快，城市面貌正得到改善，但是仍有許多不盡如人意的地方，例如海濱天際線雜亂，缺乏標志性建筑與場所，城市特色不突出，建成區街道建筑風格陳舊，缺乏商業氣息；城市照明仍然停留在使用功能階段，未能體現城市特色，展現城市形象。因此，建立湛江市三維數據模型有利于編制上位規劃，提高管理者的決策水平。

系統解決問題如下：①街景信息化管理；②輔助規委會方案評審；③輔助市領導科學決策；④輔助規劃局相關科室業務審批管理；⑤規劃局其他信息系統的一體化集成；⑥為公眾參與規劃提供平臺，提高規劃的透明度。

2 系統設計思路

湛江市三維數字城市規劃輔助決策支持系統(以下簡稱系統)采用國內外主流的Skyline三維開發平臺，建立一個由空間數據庫系統(Oracle spatial，ArcSDE等)集成，利用3ds Max進行三維建模、實現在同一個三維空間中對矢量數據與影像數據疊加融合，能快速瀏覽大范圍內的數字高程模型(DEM)、數字正射影像圖(DOM)，并能以三維建模的方式形象地展現各種地物的空間形狀以及各類空間關系。三維輔助決策支持系統融合了現狀地形、項目設計方案以及城市規劃方案三種數據，形成一個基于三維空間、虛擬現實的規劃管理平臺，在這個平臺中，可以將同一項目的多個規劃方案的三維效果模型導入到現狀仿真三維模型場景中，進行項目多角度方案比較分析、天際線分析、交通影響分析、日照分析、色彩分析，電子沙盤及規劃方案效果同屏比選，適時調整建筑單體的紋理、位置、形體、高度等參數，輸出規劃效果圖，自動計算容積率、綠地率、建筑密度等規劃控制指標。

2.1 系統結構

系統結構采用C/S與B/S混合模式(如圖1所示)[2]，充分利用C/S模式事務處理能力強和B/S模式擴展性和分布式的特點。這種模式將各種信息資源存儲于服務器中，為每個客戶端提供統一數據服務，便于每個客戶端對信息資源的調用，利用客戶端程序存儲服務器內的數據，集中在服務器上進行運算，減少數據傳輸量的瓶頸約束，增強了客戶機應用處理和數據表述功能，提高了數據的處理與傳輸效率。

圖1 輔助決策支持系統結構

2.2 系統總體框架

系統總體框架采用的是分層結構設計和實現方式，運用不同層次間的相互獨立性，確保系統的高度穩定性、實用性和可擴展性。系統總體框架(如圖2所示)，整個框架由四層結構、兩大保障體系構成。即：支撐層、數據層、引擎層、應用層和信息管理制度與信息安全保障體系。支撐層主要提供網絡支持和計算機硬件平臺；數據層用于管理海量城市規劃二三維數據信息；引擎層提供基礎的分析與服務運算；應用層則為用戶終端，提供三維輔助決策可視化和用戶交互等功能[3]。

圖2 系統總體框架

3 系統的關鍵技術

3.1 系統各項數據的管理與存儲

系統將不同類型模型以不同的數據庫表(包括屬性數據、空間數據以及多媒體數據)進行管理，數據庫表以統一的三維數據庫引擎進行管理并通過Oracle Spatial數據庫進行存儲，通過場景配置文件可以快速導入編譯好的場景文件。在系統中導入的外部模型也同樣的通過三維數據庫引擎進行存儲和管理。采用Oracle Spatial存儲、管理空間數據，易于解決數據共享、分布式處理、網絡通信、開放式開發、并發控制、網絡化集成、跨平臺運行以及數據安全恢復機制等方面的難題，因而成為目前一種應用趨勢[4]。

3.2 三維數據模型庫建設[5]

整體數據設計分成城市精細模型庫、標準模型庫和地形地貌模型庫。按照分批建設，逐步實施的原則，項目重點對湛江市重點區域及路段分等級進行精細建設或者標準建模，與模型相關的各類屬性信息數據庫，以支持三維環境下的目標信息查詢。搭建三維虛擬空間框架，為后續數據更新預留接口。三維建模區包括霞山區、赤坎區、開發區、坡頭區、麻章區，主要覆蓋了中央商務區、海濱大道以東、城市主干道省運會主場館、海東新區及“一灣兩岸”等項目區域。

(1)精細建模及標準建模

使用測繪為成圖比例尺1∶2 000的航空正射影像圖與1∶500地形圖，依照城市三維建模技術規范以及地理信息行業標準對湛江市重點區域進行高精度的三維模型制作，將三維模型同紋理數據相融合，并疊加DLG、DEM和DOM數據，形成三維模型數據。

結合湛江市實際情況，對重點區域內部不同種類的地理對象進行建模：地形地貌模型、建筑模型、交通模型、綠化模型、水系模型以及其他模型。對地理對象添加紋理，同事對細節、光影以及周邊環境都進行精細的制作，要求能夠精確表現地理對象的紋理和結構。保證空間關系的正確性，屬性信息的完整性，地圖風格的統一與協調。數據文件命名保證規范和統一。流程如圖3所示：

圖3 城市精細模型庫建設流程圖

(2)地形地貌建模

使用測繪精度為成圖比例尺1∶10 000的航空正射影像圖，采用多分辨率分級模型對數字高程模型、數字正射影像圖及有關城市規劃、土地利用等資料進行組織，利用這種技術在不改變源數據精度和不影響視覺效果的情況下，按照相關技術標準進行地形地貌建模，構建基礎的三維地形地貌模型，反映地形起伏特征和地表影響，可以快速加載建立城市三維仿真場景。構建流程如圖4所示：

圖4 地形地貌模型構建流程

4 系統輔助決策的實例分析

中央商務區(CBD)是湛江市中心城區規劃的核心地塊，本項目應市規劃局要求對該地塊進行了三維仿真模型的建立，采用“虛擬現實”技術，重現湛江市中央商務區塊的三維實景及規劃方案，并結合GIS技術，實現景觀規劃方案的對比分析和建筑的日照分析，為中央商務區塊規劃和管理工作的深化提供了輔助決策手段。下面介紹三維輔助決策系統的主要應用：

4.1 規劃設計方案數字化三維瀏覽和審批

利用二維規劃設計方案等基礎數據制作出三維空間數據模型，將其導入到城市三維現狀數據模型場景中，形成規劃審批三維數據模型。在三維場景中，規劃管理者可以進行全方位、任意角度和高度來進行方案的審查，可以得出此規劃方案與周圍現狀環境之間的關系，從而為方案的審批提供更加全面的輔助決策支持，進而提升了對城市景觀規劃的科學審批和管理的水平。具體的三維審批流程有以下4個步驟：①紅線檢查，將規劃方案的紅線數據轉換為Shp格式，然后導入到輔助決策支持系統中進行疊加分析，如有沖突，將高亮顯示；②色調檢查，將已經制作好的規劃方案的三維數據模型導入到輔助決策支持系統中去，檢查該方案的色調是否與周邊環境一致；③方案立體對比，將此區域設計的多套方案導入系統中進行對比擇優；④指標計算，在系統中計算分析規劃方案的相關指標，如：容積率、綠化率、建筑密度、控高、日照分析、視域分析等。具體項目如圖5所示。

圖5 規劃項目三維瀏覽

4.2 規劃設計方案對比分析

每個項目的規劃方案設計一般會有幾種不同的方案，因此需擇優選擇，方法就是將不同的規劃設計方案制作成三維數據模型，并導入到城市三維仿真場景中去，生成供規劃審批的三維模型，進行多屏比對，在窗口中，瀏覽任意一屏的方案，其他個方案的方位都會隨著變動，此外還有各個方案的指標對比分析，這有助于規劃管理者比較不同的設計方案，并從中擇優選取審批，如圖6所示某項目不同方案的對比分析：

圖6 方案對比分析

4.3 城市三維數據模型的分析研究

系統可以提供很多相關的空間分析功能，通過這些功能來進行城市三維數據模型的分析研究，規劃管理者可以依據相關規劃要求對重點區域的規劃設計方案的空間關系、布局、色彩設計，及建筑與周圍場景的各項關系進行分析評價，更好地指導城市景觀建設。

(1)規劃空間數據疊加分析

系統直接連接規劃局已建成的規劃空間數據庫中的總體規劃、控制性詳細規劃等數據，并能創建各圖層矢量數據的單值專題圖，使用戶一目了然就知道數據對象的用途。規劃空間數據能以二維平面透明展示和三維立體展示相結合，如圖7所示。

圖7 二維顯示(左)及三維顯示(右)

(2)三維空間量測與分析

空間量測包括坐標量測(顯示坐標系統及坐標值)、水平量測(對任意兩點的距離的水平量測)、空間量測(對三維場景中任意空間位置點進行量測)、垂直量測(量測建筑物的高度)、面積量測(正投影面積、地表面積)等功能。空間量測是GIS中具有的基礎功能，可以實現空間數據的矢量化處理和具體應用。

5 項目效益與前景

湛江市三維數字城市規劃輔助決策支持系統建成后，將提供公共的空間數據訪問、空間信息管理、分析和處理功能，在城市的規劃建設與改造、業務信息系統的可視化、地址地名定位、城市變化的歷史對比、業務信息的提取及動態更新、各類建筑和市政設施的規劃和管理等方面具有較廣闊的應用前景，為用戶提供了較科學的決策依據。此系統的建設將為各級領導提供更科學直觀的決策，依據加快推進城市建設的步伐。同時為規劃部門提供二維、三維之間的聯動與轉換，讓專業人員為社會大眾提供更為豐富具體的信息服務，也為信息化打造“數字湛江”提供保障與基礎。

系統建設有助于實現政府各部門之間高效的信息共享和業務協作，減少政府各部門在相關領域的重復建設，節約大量的人力、物力、財力，提高政府效能，帶動政府整體信息化水平的提高，為市政、交通、能源、水利等各領域提供輔助決策，為公眾提供了更好的信息化服務。

[1] 扈震，張欣. 基于Internet的城市規劃管理信息系統應用研究[J]. 計算機工程與設計，2002，23(6)：56～58.

[2] 雷兵，劉紀平，譚海等. 空間輔助決策支持系統的應用模型及管理研究[J]. 測繪科學，2005，30(1)：55～56.

[3] 鄭金水. 城市規劃管理信息綜合平臺的建設與實現[J]. 城市勘測，2009(5)：6.

[4] 陳繼寧，張曉東. Oracle Spatial和ArcSDE的應用比較研究[J]. 遙感信息，2005(5)：60.

[5] 金震艷，朱秋曄，費佳寧. 城市三維數據管理與規劃輔助決策系統的開發及應用[J]. 城市建設理論研究(電子版)，2014(7).

The Development and Application of Assistant Decision Support System for Zhanjiang’s 3D Digital City Planning

Ma Xuefeng

(Zhanjiang City Planning & Design Survey Institute，Zhanjiang 524002，China)

With the continuous progress of science and technology，three-dimensional digital city has become the trend of urban development. According to the existing two dimensional GIS data，build the three-dimensional model，and establish the application module，integrated planning and auxiliary decision support system，realize the planning and decision-making from two-dimensional to three-dimensional transformation，improve the planning and management level. This paper expounds the design ideas and the overall framework，data storage management，3D model construction of the assistant decision support system，and introduces the application of the system.

digital city；3D model；planning assistant decision；urban planning management

1672-8262(2017)02-81-05

P208.2

A

2016—08—29

馬學峰(1985—)，男，碩士，工程師，主要從事城市測繪、數據處理和GIS應用研究的技術研究。