面向城市地下空間規劃的三維GIS集成技術探究

賈佳

摘 要：目前在城市發展的過程中對地下空間進行規劃也屬于城市開發中的重要內容，而在實際中為了確保在對城市地下空間的合理規劃就必須要從多角度進行考慮并采用適當的技術來對其進行綜合性的劃分，以此來保證地下空間布局的科學性及合理性。而現今三維GIS集成技術的應用在極大程度上輔助了地下空間規劃工作的進行，其可以根據地下空間規劃的需求來進行輔助及三維建模，并未地下空間規劃工作提供了集中管理的效果，因此也使得規劃水平得到提升。

關鍵詞：三維；GIS集成技術；地下空間

在城市發展的過程中通過地下空間規劃可以有效的提高土地利用率，這樣可以構建更為完善的交通體系并擴大城市的空間容量，而在規劃設計中必須要考慮開發區域的發展情況、地上建筑、地理環境等因素，而這對規劃及設計工作提出了更高的要求。為此則需要采取科學技術來對城市地下空間進行合理的劃分，目前三維GIS集成技術已經逐漸在地下空間規劃中被應用及推廣，通過其技術支持可以構建起符合實際地理特征的空間框架，以下則對三維GIS集成技術的應用進行了深入分析。

一、城市地下空間規劃的三維建模要點分析

通常城市結構都較為復雜，這也使得其其包含了大量的規劃信息，為此在進行地理空間規劃中必須要對相關的信息數據進行全面統一的收集及管理，以此來保證可以根據城市地下空間的特征來進行相應的建模活動工作，因此在利用三維GIS集成技術進行三維建模時需要注意以下要點。

第一，GIS數據自動建模，此種技術是基于二維GIS技術的一種建模方法，其在實際的應用中具有較高的效率，相應的在實際中的使用成本較低，但是整體的精細度較差；第二，利用專業軟件進行三維實體建模，目前在三維實體建模中，其主要應用的軟件有3DsMAX、Sketchup，此種三維建模技術在實際的應用中可以很良好的表現出地下空間建筑物的特征，并且還可以對地下空間的布局進行詳細的表達、恢復與重建，但是此種技術方法在實際的應用中成本較高且耗時較長；第三，DEM遙感影像建模技術，這項技術在實際的應用中可以更好的恢復及重現地表建筑物的特征，因此在地下空間規劃中的應用可以為其提供相應的模擬依據；第四，利用激光掃描儀構建地物精細三維模型，精確真實程度較高，但建模費用較高。

二、城市地下空間規劃的三維建模方法分析

1、地下綜合管線建模

地下綜合管線數據種類繁多、變動頻發、數量巨大、空間關系縱橫交錯，采用人工建模方法存在效率低下、精度降低、代價較高等問題。考慮地下管線注重空間位置而不注重展示效果的實際，本文采用面向對象的矢量數據自動建模方法。該方法采用面向對象的方式將各類管線數據分解為多個小部件，并對組件進行統一標識，加入技術參數、空間位置、耦合關系等屬性信息。管線數據分解為各類管點設施和管線段。根據管線種類、亞級類別、附屬物不同，可以分為諸如雨水井、污水井、雨污合流井、電力井、彎頭等多種類型管點，三維模型根據各種類型管點的實際情況，建立不同種類管點的模型，并根據實際外觀選擇模型材質和貼圖，形成不同種類的管點小部件，并構建若干個高精度三維組件式小部件模型來表達各種管點。將它們和相應的模型實體存儲在相應的管線拓撲表和內部關系表中，形成內連的基礎信息。管線段由管點連接而成，在數據庫構建時，為管線段建立管點拓撲關系，管線段具有管徑變化特性，因此，需要根據不同的管徑大小構建不同大小的模型。在管線三維建模時，根據管徑的大小及管線具有的方管、圓管、排管、綜合管溝等多種形狀特性，利用管線起始點和終止點的位置信息，為管線段自動構建相應管徑大小的模型，并根據實際管線材質，為模型選擇不同的材質和貼圖，形成管線段模型。最后，根據管線的具體特性將多個小部件模型組裝到一起，形成完整的管線三維模型。

2、地下建構筑物建模方法

地下建構筑物一般指地下空間中除地下管線以外的其他人工建設的設施，主要類型包括人防工程設施、地下交通設施、地下公共服務設施，以及地下防災設施、地下生產儲藏設施等。對于地下室、地鐵線路、人防工程設施等對模型的精細化程度要求不高的地下建構筑物，采用面向對象的矢量數據自動建模方法。將實體分為底面、頂面、內墻、外墻、柱、樓梯等多個部件，各個部件再根據復雜程度分解為多個小的部件，由小部件形成三維渲染的基本單元，根據部件的長度和高度信息，構建三維模型，并針對不同的用地性質，選擇不同的紋理進行渲染。對于地下空間建筑物規劃數據、現狀建筑物數據、地鐵站點等對模型外觀、內部構造精細化程度要求較高的數據建模，則利用MultiGenCreator、3DsMAX、Sketchup等專業軟件建模，進而逼真地表示建筑物的外觀和內部形態，展示更加精細、準確的細節信息。

3、地質環境建模

地質環境三維模型主要是針對工程地質進行建模，本文采用連續層狀地質體來表達，層狀地質體表達方法又可分為兩類，即基于面模型的和基于體模型的表達方法。面模型表達地質的空間輪廓，體模型可以表達地質的內部整體。本文根據工程勘察所獲取的鉆孔數據，采用離散光滑插值方法進行插值，進而形成由三角單元組合而成的地層面，然后將地層面作為地質體模型的邊界，并將模型體劃分成四面體形成地質體，最終形成地質三維模型。

三、輔助規劃分析

三維GIS核心功能之一就是實現對實體的立體空間分析，發現隱藏在數據之后的更多信息。地下空間規劃不同于地上規劃，地下空間的建設需要開挖，單一專項建設的滯后都有可能導致重復開挖，耗費更多的資源。因此，地下空間規劃更應統籌各個專項的總體科學合理性，綜合分析，提高規劃的合理水平，降低資源消耗。本文以重點地區地下空間規劃為例，綜合地下建構筑物、地下綜合管線、地鐵、地質環境等多類數據，建立輔助規劃決策支持系統，可以實現規劃方案對比分析、截面分析、碰撞分析和規劃進程跟蹤等多種分析功能。例如道路截面相關的道路、地下綜合管線、地下通道、地下建構筑物、地鐵、地下人防等的空間分布情況等，直觀展示每塊地物的位置、用地性質、高度、長度、埋深等。規劃進程跟蹤可以對現狀、規劃和建設各個階段的發展情景進行三維模擬展示，直觀地表達城市區域的發展變化過程。

結語：

通過上文分析可以看出在現今城市地下空間規劃中三維GIS集成技術的應用已經得到了良好的發展及推廣，但是從其實際情況來看仍有極大的進步空間。本文利用三維GIS技術，提出了面向地下空間綜合規劃的體系結構，設計了相關數據的綜合管理方法，論述了多種建模方式相結合的三維建模方法，并建設了輔助規劃系統，為城市地下空間科學合理的規劃提供輔助決策支持。

參考文獻：

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