淺談城市三維地理信息系統的建立、維護更新與應用

王曌龍 侯振華

摘要：本文旨在通過對城市三維地理信息系統（3DGIS）的建立、維護和更新過程及相關的技術特點進行系統研究，以期為相關技術人員的實踐活動提供理論借鑒。

關鍵詞：城市三維地理信息系統;建立與維護;更新

在現代經濟社會發展過程中，城市無論是在人口資源還是各類管理問題上都發揮著越來越重要的協調和溝通作用。面對著城市社會管理的逐漸復雜化，在城市信息建設和維護的過程中就需要越來越完善的信息處理系統來進行系統支持。在這種隋況下，三維地理信息處理系統就應運而生，它的系統開發對解決城市建設和管理問題、提升決策效率具有關鍵意義，在很大程度上對城市空間信息科學發展產生不可小覷的推動作用。

1城市三維地理信息系統的研究現狀

就目前城市三維地理信息系統的發展現狀來看，3DGIS的發展方向和領域主要在三維模型數據管理應用的可視化發展、相關空間模型和數據的規范化進程等方面。Google earth、skyline等模型系統是當前世界范圍內三維模型體系建設的主要代表，國內的相關科技研究也初步建設了相關地理信息系統的模型，比如靈圖公司、文瀾公司等。但是從地理信息系統的成熟度來看，目前國內外還不存在一個相對系統的3DGIS，大部分的系統仍然集中在可視化領域。

2城市三維地理信息系統的建立和維護

2.1建立一套完善的三維空間標準化數據

三維空間數據的標準化和規范化對于整體地理信息處理系統的發展具有十分關鍵的作用，主要內容體現在：

（1）三維空間數據的尺度和產品形式在世界范圍內進行統一

（2）三維空間數據的內容和分類標準不斷完善

（3）相關的空間數據采集以及質量檢驗標準更加嚴格

（4）三維空間數據的可視化標準逐漸完善

（5）空間數據的安全和共享標準提升

（6）三維空間數據的服務標準上升到一定層次

2.2三維空間數據信息的采集和建模過程

首先我們要知道三維空間數據是城市地理信息系統的首要和核心要素，因此要想不斷推動地理信息系統的進步就要加強數據的采集和建模效率。一般來說三維空間數據可以分為數字線劃數據、影像數據、地面模型以及對象屬性數據等。

（1）數字線劃數據

數字線劃數據在大方面來說指的是現實城市的建筑物數據，其中又可以分為平面和高度兩個緯度，在當今城市三維地理信息系統的數據采集過程中，對線劃數據的采集主要采取的方法包括二維數據方法、全數字攝影測量方法和激光雷達等測量方法。

首先我們來看當前以各類數字線劃圖和眾多二維數據信息為基礎進行三維建筑數據模型開發的方法。這種方法利用樓層估算或者數字攝影測量的手段，對相關的城市建筑物高度進行有效觀測。這種方法的優點在于數據獲取方式迅速、并且有利于二維和三維數據信息建立合理的聯系，從而為后續的信息更新和交換提供便利。但是也存在著使用范圍受限的缺陷，對復雜建筑的形狀不能進行良好的反映。

關于全數字攝影測量方法，它主要是利用數字航空攝影系統進行三維信息的采集和處理，以此為基礎現代社會“4D”產品生產已經逐漸成為國內相關基礎數據獲取的主要方式。在充分考慮到數據獲取成本和應用的關系基礎之上對建筑物進行系統建模，也成為相關學者研究的重點。

接下來是關于激光雷達等技術的應用，它是伴隨著GPS和相關慣性導航系統技術的成熟而逐漸受到大規模的歡迎，可以對相關的建筑物平面和高度數據進行準確的獲取和應用。合成孔徑雷達和Lidar等技術是其中的核心，這項技術對建筑物高度采集精確度較高，并且可以迅速獲取離散的三維空間信息。在國內外三維地理信息系統的發展過程中，利用雷達等技術條件對建筑物表面重構現象以及變化數據進行獲取已經成為研究的方向和趨勢。該方法可以最大程度上提升數據獲取效率，并且精確表達復雜形狀的建筑物三維體系，但是一般情況下來說該方法和技術需要大量的前期投入。

（2）數字地面模型

DEM（數字地面模型）的常用采集方法包括利用矢量數據構建、激光掃描SAR獲取、全數字攝影測量方法生產等。在當今城市化建設飛速發展的情況下，數字地面模型的成本和應用市場變化，都使其逐漸適應獲取大量建筑空間信息的應用趨勢，數字地面模型也必然成為三維空間數據獲取的重要手段。

（3）影像和紋理數據

該項數據對于提升城市景觀的真實性具有重要作用，主要的采集方法包括模擬法，也就是通過相關技術對建筑物紋理和頂面進行模擬處理的方法，可以實現相關技術水平下對真實性要求不高的建筑復原。

其次可以結合空中和地面攝影相配合的方法對建筑紋理進行獲取，充分利用近年來興起的無人機技術來對一些地面機械難以測控的信息數據進行采集。頂部紋理可以同步雷達技術，從而實現相關數據的準確性。而側面紋理的獲取則需要較高的技術含量，主要方法是傾斜攝影，在這一過程中可以通過低空駕駛飛行器來進行測量和采集。通過作者多年的工作經驗可以得知，這種方法可以保證更大程度上的數據獲取的逼真性，對于提升整體的匹配性能具有關鍵意義。

2.3三維空間數據的更新和維護過程

城市地理信息系統對空間數據的現勢性要求比較高，只有基礎數據的準確才能保證后續工序的有效完成。因此這就要求強大的數據的更新手段和效果，如何建立有效的動態更新和維護系統就成為困擾相關技術人員的一大難題。目前技術發展水平下，一體化實現2DGIS和3DGIS的同步更新還不現實，主要利用可視化系統對相關建筑物進行替換模型的方式來進行數據的更新。未來隨著技術發展，建立相應的DEM、DOM數據處理庫就成為研究重點，可以為三維地理信息處理系統的維護和更新提供更大便利。

3結束語

三維地理信息系統在城市的整體建設管理過程中具有十分重要的作用，如何合理有效地對相關數據獲取和更新過程進行控制，成為相關技術人員所要研究和功課的重點方向。Lidar數據后處理研究、三維模型的可視化接口研究等都成為熱門領域，值得每一個專業人才去重點關注。