三維GIS在智慧城市中的應用分析

李晗

LI Han

1 引言

隨著信息技術的發展，數字城市的發展正在快速向智慧城市邁進。數字城市和智慧城市有很多區別，數字城市主要是通過多分辨率、多空間、多尺寸對城市進行更為立體地描述，讓城市的過去、現在和未來通過數字化的方式展現出來。而智慧城市則在數字城市的基礎上，通過互聯網和一系列智能應用，讓用戶獲得更加全面的體驗，同時，在技術驅動下，讓城市的信息化特征更加凸顯。三維GIS技術在智慧城市方面的應用能對城市的地理信息進行整合，讓城市的數字化布局得到更好地展現，推動城市發展。

2 智慧城市概述

將信息化技術應用在城市各個行業中是一種更為高級的城市信息化形態，對加強城市管理、提高城市居民的生活水平都有重大意義。智慧城市概念提出之后，在信息技術的加持下，得到了快速發展，是信息時代城市發展的必然方向。在現代化信息技術的基礎上，智慧城市通過先進的通信技術，能夠圍繞城市運行針對各種信息進行感知，對海量數據進行高效整合和處理，尤其在大數據和物聯網技術的支持下，城市公共安全、城市服務、居民日常生活和城市環境的管理都會顯著提升質量，在多個方面為人們提供便利[1]。

3 三維GIS技術應用的優勢

三維GIS技術在智慧城市中的應用優勢巨大，首先，三維GIS技術在信息承載和表達方面具有系統化、一體化的優勢，尤其在數字地球理念提出之后，智慧城市在建設過程中將傳統形式的信息轉換成數字信息變得更加高效[2]。傳統形式的信息大都以二維地理信息數據為主，而在二維地理信息的基礎上，加入GIS技術，就可以將二維信息變成三維，這樣大大提升了信息的承載量和表達效果。就這一優勢而言，三維GIS技術為智慧城市的建設會提供更為強大的技術支持，在很大程度上提升了地理信息數據的精確性，讓智慧城市的建設和運行更加穩定。其次，三維GIS技術的應用還能借助其較高的可視化程度，通過三維建模來讓城市地理信息模型得到更好的建設，讓城市管理人員能夠在三維模型上對城市的狀況有更為直接的了解。同時，借助三維模型，管理者還能對各個地區的地貌特征、空間布局等有所掌握，對未來城市的建設和發展都會起到積極作用。

4 三維GIS技術在智慧城市中應用的現存問題

4.1 對于智慧城市發展不夠重視

智慧城市是城市未來發展的必然趨勢，因為隨著信息技術的發展，城市的管理、運行都會借助信息技術提升效率和質量，信息技術會讓城市的運行更加統一、協調，變得高效，甚至實現海量設備的互聯[3]。而在這種情況下，智慧城市會隨著科技的發展而更加成熟。但是，雖然我國信息技術水平快速提升，但是有些城市對信息技術支持下的智慧城市發展建設仍然不夠重視，沒有找到一條切實可行的智慧城市發展道路，在一定程度上影響了智慧城市的建設效果。城市管理人員對智慧城市這一概念理解的偏差也在一定程度上影響了智慧城市的發展，沒有為三維GIS技術的深入應用創造有利條件，制約了智慧城市的發展進度。

4.2 對于GIS技術的應用不夠純熟

三維GIS技術在建設城市三維模型方面有著無可取代的優勢。有些城市在進行智慧城市建設的過程中，由于缺少專業技術人員，導致三維GIS技術的應用不夠充分，達不到理想效果。不僅如此，缺少對于專業技術人員的培養也是一些城市在智慧城市發展方面比較突出的問題。

4.3 缺少城市傳統形式信息的儲備

要想讓三維GIS技術的應用達到理想的水平，為城市管理和發展提供技術支持，城市需要有足夠多的傳統形式的信息，將這些信息進行三維模型的建立，才能取得更好的效果。但是，有些城市在傳統形式信息的儲備上不夠充分，在一定程度上影響了城市三維模型的建設效果。

5 三維GIS技術在智慧城市中的應用

5.1 三維GIS空間數據庫模型

隨著互聯網＋時代的快速發展，智慧城市發展也需要為自動采集城市信息提供新的技術手段，并使這些信息通過遠程控制傳輸。傳統的三維空間數據模型難以提供一個城市完整的空間表達與管理解決方案，尤其是宏觀規劃管理跟微觀精細化管理之間的矛盾十分突出。利用三維GIS技術在地面數據模型上收集相關信息，通過三維GIS軟件進行轉換，以便滿足智慧城市建設所需數據模型。特別針對地上、地下和室內、室外多粒度對象統一表達復雜技術應用性與高效性難題，地上、地下和室內、室外一體化表達的真三維GIS模型，刻畫了三維空間對象幾何、拓撲和語義的特征及其相互關系。統一的空間基準與數據結構、多層次語義與拓撲關系，以及幾何與紋理的多細節層次表達等[4]。

在構建三維空間數據模型的過程中，需要重點考慮參與建模數據的來源格式與分布特征、建模的對象特征形態與類型、建模的應用目的與需要，以及模型操作功能的實現。三維空間數據結構的建立需要充分考慮實際的應用要求，針對不同的應用場景構建相應的三維數據結構。在建模過程中，需要實現矢量與柵格的結合，并確立面向對象的應用思想。面向對象的三維空間數據模型需要明確四個基本的概念，即分類概念、概括概念、聯合概念以及聚集概念。

5.2 物聯網技術在智慧城市交通中的應用

交通出行和人們的日常生活關系密切，如何通過信息技術為城市居民提供出行便利，充分利用交通資源，避免交通擁堵等一系列問題影響出行體驗，成為智慧城市需要解決的重點問題之一。在傳統城市道路管理模式中，由于多種因素的影響，有些城市總體管理水平不好，管理效率低下，交通堵塞等問題經常發生，而且車輛擁堵還有可能引發交通事故，給人們的出行帶來非常顯著的影響。借助物聯網技術，可對整個城市交通的運行情況進行實時監控和管理，確保城市交通有序、平穩運行。

5.3 高性能三維GIS可視化系統

三維GIS數據的真實感可視化特別強調人機交互響應的實時、低延遲和穩定的圖像質量和逼真的場景效果。但對整個城市范圍地上下和室內外立體空間復雜場景來說，由于數據量大且粒度不均勻，難達到實時性和逼真性。特別是從室外到室內，隨著精細度和逼真度的提高，圖形的實時繪制工作量顯著增加。場景的復雜性與實時繪制之間的矛盾一直是真實感可視化研究的核心難題。因此，三維GIS技術在智慧城市中的探究與應用顯得非常重要，三維GIS可視化引擎充分利用計算機圖形學研究的最新成果，基于高效的三維空間數據組織管理和動態調度機制，實現了整個城市范圍三維空間數據的局部動態裝載與優化，場景LOD自適應計算，視域內大量復雜物體的實時遮擋剔除，GPU、CPU協同的復雜三維場景實時繪制，滿足了從精細模型到大范圍景物多種不同復雜度場景的三維GIS實時可視化需要。

5.4 在其他領域中的應用

GIS技術的應用范圍越來越廣泛，在城市公交系統監控、居民區監控方面也發揮著重要作用。應用GIS技術之后，這些需要進行監控的區域都可以更加精確地通過監控來提升管理效果[5]。比如，在對居民區使用互聯網+GIS技術之后，居民區一旦發生異常情況，可以通過網絡及時將信號傳輸給相關部門，讓他們做出響應，采取相應的應對措施。除此以外，GIS在城市應急聯動響應方面也有著顯著的作用。比如，城市一旦因為突發情況需要進入緊急狀態時，可以借助網絡加GIS技術在短時間內達到最快、最廣的廣播效果，讓城市居民都能做出緊急應對。

6 結語

三維GIS技術的應用越來越廣泛，在推動智慧城市建設方面，作用尤其突顯。三維GIS技術不僅能將海量的城市地理信息進行三維建模，讓城市管理者對城市有更加全面的了解，還能為城市規劃、布局等提供參考，讓城市發展得到更好、更全面的掌控。三維GIS技術建立的模型能夠非常逼真地對城市現有建筑、開敞空間等進行還原，同時在輸入數據發生變化之后，模型也能得到快速調整，能夠大幅提升城市管理效率和質量。不僅如此，在城市交通規劃、城市安全管理、城市地下管路管理等方面，GIS技術也能通過三維模型的展示，為相關人員提供巨大便利，達到傳統模式中難以達到的效果。在和互聯網進行聯合應用之后，城市內的多種子系統、平臺等都能得到更好地互聯，數據的互通更加高效，讓事件響應更加及時，為城市管理提供了新的思路。