基于BIM+3DGIS的城市智能化管理研究

李凌，汪洋，張艷玲

（河北建研科技有限公司，河北 石家莊 050000）

一個(gè)科學(xué)統(tǒng)一、安全順暢、掌握核心技術(shù)的管理平臺(tái)和地理空間信息管理系統(tǒng)是智能化城市建設(shè)的最終目標(biāo)。管理平臺(tái)和空間地理信息管理系統(tǒng)可以將一個(gè)城市內(nèi)所有部門的空間應(yīng)用信息形成統(tǒng)一的整體，為城市智能化建設(shè)保駕護(hù)航。

1 城市智能化管理方法研究

（1）城市管理的預(yù)期目的。一個(gè)城市的管理目的在不同時(shí)期是不盡相同的。但是城市資源分配的不斷優(yōu)化、城市服務(wù)質(zhì)量的不斷提升以及城市管理水平的不斷提高，是強(qiáng)化城市管理功能的目的。城市智能化管理是實(shí)現(xiàn)城市管理目標(biāo)的手段和方法。

（2）城市智能化管理的基本內(nèi)涵。智能化城市源于智能建筑，是以高新技術(shù)為依托，不斷完善城市功能，倡導(dǎo)綠色、高效、便捷以及高品質(zhì)生活理念的全新城市管理模式。城市智能化管理已成為未來城市管理發(fā)展的必然趨勢和方向。

（3）城市智能化管理的相關(guān)技術(shù)。①BIM技術(shù)。BIM是建筑信息模型的英文首字母縮寫，BIM技術(shù)具有信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點(diǎn)。自BIM技術(shù)引入國內(nèi)后，在建筑行業(yè)得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。隨著BIM維度的不斷擴(kuò)大，其已逐漸成為實(shí)現(xiàn)城市智能化管理的核心技術(shù)之一，BIM模型的幾何結(jié)構(gòu)精細(xì)、語義信息豐富，特征參數(shù)化強(qiáng)，可滿足城市智能化管理的目標(biāo)，其具有協(xié)同化設(shè)計(jì)與全生命周期管理等特點(diǎn)，支持城市管理的各個(gè)環(huán)節(jié)共用同一套BIM項(xiàng)目成果，可有效解決城市管理環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)共享問題，為城市的全面智能化管理提供支持。②GIS技術(shù)和3DGIS技術(shù)。GIS是地理信息系統(tǒng)的英文首字母縮寫，是空間信息系統(tǒng)的一個(gè)特例。該系統(tǒng)主要是采集地球表層空間中分布的地理數(shù)據(jù)，針對采集到的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，繼而對地理信息進(jìn)行描述和圖像呈現(xiàn)，該系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)支撐下完成的。3DGIS是三維GIS的簡稱，它是一個(gè)三維空間地理信息系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反射、實(shí)時(shí)折射、動(dòng)態(tài)陰影等高品質(zhì)、逼真的實(shí)時(shí)渲染3D圖像。其最主要的功能是將原本只能平臺(tái)顯示的內(nèi)容空間立體化，將地理空間信息內(nèi)容形象的予以呈現(xiàn)，高效快捷的實(shí)現(xiàn)人與空間信息的交互，將傳統(tǒng)GIS技術(shù)形成的信息孤島予以消除。③BIM+3DGIS技術(shù)。BIM+3DGIS技術(shù)可以直觀定位城市空間要素和城市公共設(shè)施要素。BIM技術(shù)與3DGIS技術(shù)的融合可以說是強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，是智能城市管理技術(shù)的一次空前大變革。精細(xì)化程度高且細(xì)節(jié)豐富的城市建筑模型由BIM技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，城市三維空間信息可視化由3DGIS技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

2 構(gòu)建城市智能化綜合管理平臺(tái)

智能城市平臺(tái)服務(wù)技術(shù)采用“BIM+3DGIS”，構(gòu)建服務(wù)模式是面向用戶的SOA模式，支持IE、Fire Fox等常用瀏覽器服務(wù)，大型軟件未來的發(fā)展趨勢就是面向服務(wù)的SOA模式，在具體的服務(wù)中，無論是數(shù)據(jù)還是功能的服務(wù)都必須具有可調(diào)式的接口，其對外提供服務(wù)的渠道是通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來實(shí)現(xiàn)的。身份證認(rèn)證技術(shù)和單點(diǎn)用戶名和密碼登錄是服務(wù)門戶采用的登錄措施，登陸后訪問用戶可以瀏覽和查詢其賬號(hào)權(quán)限內(nèi)的各種資源數(shù)據(jù)，同時(shí)服務(wù)門戶的這一登錄特點(diǎn)避免了各種模塊之間的切換帶來的資源浪費(fèi)，也對平臺(tái)的管理和平臺(tái)的安全帶來了保障。服務(wù)門戶為政府行政機(jī)構(gòu)、企業(yè)事業(yè)單位和社會(huì)普通大眾提供不同層次的地理空間信息服務(wù)，是通過其自身具有的注冊、檢索、查詢（元數(shù)據(jù)）、瀏覽地圖、分析路徑、檢索、定位、量算空間、發(fā)布地圖、交換數(shù)據(jù)等的服務(wù)。SOA架構(gòu)、B/S架構(gòu)以及C/S架構(gòu)均是面向服務(wù)的國際公認(rèn)架構(gòu)體系，空間地理信息服務(wù)平臺(tái)框架采用的就是這三種架構(gòu)模式的綜合體，繼而完成了設(shè)計(jì)和開發(fā)。支撐、數(shù)據(jù)、平臺(tái)以及用戶4個(gè)層次是智能城市管理平臺(tái)的主要層次結(jié)構(gòu)。支撐、數(shù)據(jù)、平臺(tái)以及用戶4個(gè)層次之間既是相互獨(dú)立又是彼此依靠緊密聯(lián)系的關(guān)系，智能城市服務(wù)平臺(tái)依據(jù)國際認(rèn)可的 OGC 相關(guān)要求對中間調(diào)用接口進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)在政府部門、企業(yè)事業(yè)單位以及社會(huì)大眾等不同訪問用戶之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的集成和數(shù)據(jù)的共享。4個(gè)層次互相交錯(cuò)形成了立體式結(jié)構(gòu)。智能城市管理服務(wù)平臺(tái)的基本框架如圖1所示。

圖1 智能城市管理平臺(tái)架構(gòu)圖

3 數(shù)字城市空間地理信息管理系統(tǒng)功能

數(shù)字城市管理系統(tǒng)建設(shè)的核心工作是城市公共地理框架數(shù)據(jù)。作為一項(xiàng)基礎(chǔ)的地理信息數(shù)據(jù)，首先必須要遵循國家制定的地理框架數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行采集，地理框架數(shù)據(jù)的成果在國家制定的框架數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)上要經(jīng)過模型轉(zhuǎn)換和信息處理以及深度加工才能得出。地理信息數(shù)據(jù)主要包括電子地圖、地名地址、遙感影像以及地面高程等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)還包含了各個(gè)職能部門編制的專題數(shù)據(jù)。從地區(qū)各種比例尺的DLG 數(shù)據(jù)中提取和整合加工的實(shí)體數(shù)據(jù)就是城市地理空間框架的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。編輯整合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的自然地名和居民地名外加外業(yè)調(diào)繪采集形成地名地址數(shù)據(jù)，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行鑲嵌、勻色、重點(diǎn)地區(qū)脫密等處理形成公共地理框架中遙感影像數(shù)據(jù)。城市地理空間礦建的高程DEM 數(shù)據(jù)是通過鑲嵌和重采樣技術(shù)對城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的 DEM 數(shù)據(jù)處理得來的。城市地區(qū)的暈渲圖是通過 DEM 數(shù)據(jù)與Arc GIS 空間分析軟件相互結(jié)合得來的。線劃地圖是利用 Arc GIS軟件對已經(jīng)掌握的地理實(shí)體數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得來的，影像地圖是利用Super Mapper軟件對遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得來的，城市三維模型是利用高程DEM 數(shù)據(jù)制作得來的。城市基礎(chǔ)信息的管理以及編輯處理是通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，對其包括的功能進(jìn)行簡述如下。

（1）數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯處理功能：①空間內(nèi)點(diǎn)、線和面的編輯處理，自動(dòng)建立拓?fù)潢P(guān)系以及撤銷功能。②檢驗(yàn)不符合規(guī)定的屬性值，包涵插入、刪除和改變地物屬性功能，以及批量更新并記錄地物屬性功能。③同一圖像被相鄰若干圖像分割成多個(gè)殘缺圖像時(shí)，可以重新拼接成一個(gè)完整的圖像功能。④空間坐標(biāo)、影像投影、數(shù)據(jù)格式以及矢柵等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。⑤可以提取限定條件下的形式、比例尺度以及范圍均不相同情況下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)。

（2）對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析查詢：①支持屬性關(guān)鍵詞和個(gè)人定制查詢，選擇空間和確立空間關(guān)系查詢，對任意或者固定區(qū)域查詢結(jié)果進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。②該功能可以讓用戶直接在電子地圖上計(jì)算兩地之間距離和某個(gè)不規(guī)則圖形的面積。③疊加功能，對多個(gè)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行空間關(guān)系對比。④通過其緩沖功能對某一組地理物體建立緩沖圖形。⑤可以自動(dòng)建立圖層，用戶想調(diào)取哪個(gè)圖層可以隨時(shí)調(diào)取，在該圖層查詢和編輯時(shí)不影響其他圖層。

（3）對數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入導(dǎo)出功能：①對其他國內(nèi)外認(rèn)可的主流地理信息軟件具有無需插件直接讀取的功能，而且可以完全保留被讀取地理信息軟件內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)換本系統(tǒng)自身格式。②具有格式和數(shù)據(jù)樣式轉(zhuǎn)化功能，這是空間數(shù)據(jù)輸出對數(shù)據(jù)庫的基本要求；可以輸出普通常規(guī)和專業(yè)專題地圖，當(dāng)輸出兩種不同類型地圖時(shí)，對數(shù)據(jù)庫要求不盡相同，對于普通地圖來說，輸出功能必須支持按照國家標(biāo)準(zhǔn)制定的地圖，對于專業(yè)專題地圖來說，應(yīng)具有輸出分段、柱狀等形狀、點(diǎn)密度以及等級(jí)符號(hào)等專題地圖的功能。

（4）對數(shù)據(jù)的管理提供安全防護(hù)功能：①普通和管理員兩種用戶都是數(shù)據(jù)庫用戶，但二者之間的操作權(quán)限是有差別的。所以數(shù)據(jù)庫用戶管理功能應(yīng)包括修改、刪除和鎖定與解鎖功能。②應(yīng)具有根據(jù)不同現(xiàn)實(shí)情況選擇物理、增量和邏輯備份的功能。③數(shù)據(jù)庫每次的訪問用戶、訪問人數(shù)、訪問時(shí)間以及訪問類型、服務(wù)區(qū)的啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間均應(yīng)有自動(dòng)記錄功能。

4 結(jié)語

本文利用BIM+3DGIS信息技術(shù)，構(gòu)建智能城市管理平臺(tái)和數(shù)字城市管理系統(tǒng)，促進(jìn)了城市管理水平的提升。