智能城市三維GIS在現代化發展前景

余輝君 劉仁來 陳青海 張 偉

杭州經緯信息技術股份有限公司，浙江杭州 311121

智慧城市是引領城市發展轉型、提高城市治理能力、實現城市可持續發展的新路徑、新模式、新業態，也是提升城市現代化管理能力、推動城市綠色發展科學發展的一項系統工程。近年來，測繪地理信息工作取得了長足的進步，建成全國衛星導航定位基準服務系統，獲取了海量的地理信息資源，圓滿完成第一次全國地理國情普查，開展了常態化地理國情監測，測繪地理信息正朝著獲取立體化實時化、處理自動化智能化、服務網絡化社會化的方向邁進，為智慧城市建設提供了強有力的支撐[1]。在新型城鎮化、信息化建設的推動下，智慧城市必將迎來前所未有的發展機遇，因此應當加快推動智慧城市建設，實現“惠民、強企、興業、優政”的目標。為響應我國智慧城市建設號召，政府應根據本地區地理資源優勢、經濟社會發展水平，統籌規劃，做好頂層設計，科學規劃建設藍圖，城市規劃設計與管理應統一時空基準、推動信息共享融合，基于統一的時空基準開展智慧城市建設，能夠有效保證各類信息的共享融合，保證決策的正確、管理的精準與服務的到位，為智慧城市建設和運行提供可靠的基礎支撐和時空信息服務[2]。此外，智慧城市的建設需要挖掘時空大數據價值，時空大數據既是大數據的重要組成部分，也是其他各類大數據集成、共享、交換的基礎。智慧城市建設應當把時空大數據作為重要內容，著力打造，深入挖掘時空大數據的價值，使之成為智慧城市建設和發展重要的保障[3]。三維GIS通過對城市的交通、經濟、人口、地形地貌、管線等要素進行高精度立體數據采集與可視化建模，為智慧城市的信息化建設與智能化、自動化分析提供立體空間統一度量與可視化環境，滿足智慧城市建設與空間信息交互的需求，是智慧城市建設與智慧信息深挖掘的重要數據來源與場景平臺。

1 三維GIS的關鍵技術概述

三維GIS與傳統二維GIS的應用流程相似，均包含從數據采集、存儲、組織、管理、分析、可視化、行業應用等步驟，三維GIS的關鍵技術同樣涉及上述流程，包括三維空間數據采集技術、三維仿真建模技術、三維GIS數據組織管理模式、三維可視化技術以及三維空間分析技術等[4]。三維空間數據采集技術主要由二維數據采集技術進行拓展與衍生，在傳統經緯度采集的基礎上增加高程這一字段，現階段常規的三維空間數據采集技術包括地圖掃描數字化技術、攝影測量技術、遙感技術、多傳感器集成技術等。三維仿真建模技術是對二維模型的升級，利用三維幾何對象對實際地物加以結構化表達，現階段的三維仿真技術大多仍集中在2.5維與偽三維尺度，主要包括基于矢量的數據模型、基于鑲嵌的數據模型、混合數據模型以及函數型數據模型四大類。三維可視化技術的發展對于三維場景的用戶體驗效果具有重要作用，平滑流暢、逼真高效的三維可視化是三維GIS區別于二維GIS的重要用戶感受，是一種運用計算機圖形學技術和圖像處理技術，將科學計算的結果以及過程轉換為圖像或圖形在屏幕上顯示并進行交互處理的理論技術和方法。對于三維空間數據的可視化，發展方向已經不僅僅局限于當前的屏幕顯示，在此基礎之上交互式編輯、人機互動將成為今后發展的重要方向，深層次目標必將讓用戶借助于虛擬設備如數據手套、3D立體眼鏡等，沉浸于真實的三維場景之中，與模型、數據進行靈活互動，有如用戶置身其中一般[5]。

2 三維GIS在智慧城市中的應用與前景展望

近年來，隨著現代化信息技術的發展與微電子技術的成熟，依托于各類三維空間數據采集設備的三維空間數據采集無論是在時效性還是在數據精度方面均取得了極大的突破。計算機軟硬件的發展與三維GIS國際研發力量的增強，三維GIS的發展取得了極大的學術性突破，三維GIS的立體空間數據采集與獲取技術、三維空間數據模型與三維建模技術、三維空間數據可視化技術較以往相比有了長足的發展，其應用場景也由最初的試驗模擬與局部測試轉變為大尺度空間的城市規劃建設中，更是成為推動數字城市向智慧城市變革升級的重要力量。當前，我國各大小城市均在力推智慧城市與智慧城鎮建設，武漢、杭州、北京、上海等信息化技術相對發達的城市在智慧城市建設方面均取得了良好的成果[6]。

智慧城市的建設成效與實用性與三維空間數據采集的時效性、空間分辨率（數據精細化程度）、三維建模的仿真效果、模型模擬分析性能等均具有不可分割的關聯性。攝影測量技術、高分遙感影像、InSAR技術、多傳感器集成技術、物聯網技術的發展為智慧城市帶來了海量、實時、異構、多源的城市自然與人文數據，以物聯網技術為例，物聯網是建立在互聯網絡結構基礎之上的，其通過傳感器技術或其他非接觸式信息獲取技術采集目標地物的實時信息，并在互聯網技術的支撐下實現物與物之間的通信與信息傳輸，在萬物關聯互通的基礎下，人們可以借助物聯網實現對萬物的管理與控制，物聯網技術對客觀世界的實時感知與數據采集可為智慧城市建設與管理的實時性提供龐大的數據支撐，智慧城市依賴于海量實時數據可實現對城市信息的全息感知，在全息感知模式下，三維GIS的時間尺度將被進一步放大。借助計算機集群與云計算環境的高性能計算平臺與云存儲空間實現城市實時動態空間數據與屬性數據的接入、加載、時空關聯與融合計算已然成為智慧城市三維GIS現代化發展的主流方向之一[7]。

據統計，人們每天平均大約有80%以上的時間在室內度過，隨著生產和生活方式的更加現代化，更多的工作和文娛體育活動都可在室內進行[8]，室內三維建模逐漸成為智慧城市建設的重要內容。移動互聯網技術的發展與智能終端的普及使用為智慧城市的室內三維環境建設提供了更為翔實、精細的數據。依托室內定位導航技術與三維GIS技術，跟隨移動終端用戶的行走軌跡可以實現室內的立體三維建模；或者基于一張現場拍攝圖片即可還原拍攝地物的整個立體空間結構，再在其上鋪設相應的建筑紋理即可實現城市建筑的快速三維建模。以上種種基于志愿者信息的三維GIS技術隨著移動時代的到來將逐漸在三維空間數據采集方面占據一定的地位，雖不能取代測繪技術的精密性與科學性，但是對智慧城市建設的傳播與普及具有一定促進意義。

3 結語

智慧城市建設是近幾年城市發展的新理念和新模式，智慧城市的建設將更好地滿足人們的城市生活需要，解決城市發展難題，實現城市可持續發展，讓廣大市民享受高質量的城市生活。三維GIS是智慧城市建設的重要支撐性技術，在未來的智慧城市應用中，三維GIS將借助計算機技術、人工智能技術、大數據與云計算技術實現城市立體信息的高性能、高效率、智能化、實時性分析與可視化，為智慧城市的運營管理提供輔助決策支持。

[1] 耿丹，李丹彤.智慧城市背景下城市信息模型相關技術發展綜述[J].中國建設信息化，2017（15）：72-73.

[2] 楊勇. 三維GIS在環境規劃中的應用和發展趨勢[A]. 中國環境科學學會環境信息化分會、《中國環境管理》雜志.2016全國環境信息技術與應用交流大會暨中國環境科學學會環境信息化分會年會論文集[C].中國環境科學學會環境信息化分會：中國環境管理，2016：8.

[3] 陳燕.三維地理信息融入智慧園區建設的應用研究[J].測繪通報，2015（S1）：192-195.

[4] 龔振文，段澤文，胡朝英.論智慧城市建設中的測繪新技術[J].山西建筑，2015，41（26）：203-204.

[5] 李杰. 基于CityGML三維建筑物模型的室內空氣流動模擬研究[D].南京師范大學，2014.

[6] 朱慶.三維GIS及其在智慧城市中的應用[J].地球信息科學學報，2014，16（2）：151-157.

[7] 吳兵. 三維GIS在規劃管理中的應用與展望[A]. 江蘇省科學技術協會、上海市科學技術協會、浙江省科學技術協會、連云港市委、連云港市人民政府.第九屆長三角科技論壇（測繪分論壇）論文集[C].江蘇省科學技術協會、上海市科學技術協會、浙江省科學技術協會、連云港市委、連云港市人民政府，2012：3.

[8] 劉陵，方軍，陳利生，等.三維GIS的研究現狀及其發展趨勢[J].礦山測量，2011（2）：71-75.