三維地理信息融入智慧園區(qū)建設(shè)的應(yīng)用研究

白冬皓

（華海智匯技術(shù)有限公司，天津 300457）

智慧園區(qū)是智慧城市的重要組成部分，可以反映智慧城市某一園區(qū)內(nèi)的基本運(yùn)行情況[1]。近年來(lái)，地理信息技術(shù)不斷發(fā)展，從最初的二維地理信息技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為三維地理信息技術(shù)，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用深度與廣度也在不斷提升。三維地理信息可以更精準(zhǔn)地描述地物信息，為工作人員提供更精準(zhǔn)的地理位置坐標(biāo)。在智慧園區(qū)精細(xì)化管理中，不論是前期建設(shè)，或是后期運(yùn)營(yíng)，三維地理信息都可以發(fā)揮出巨大的作用[2]。基于此，相關(guān)人員應(yīng)提高對(duì)三維地理信息的關(guān)注度，針對(duì)三維地理信息在智慧園區(qū)中的應(yīng)用展開(kāi)詳細(xì)研究，推動(dòng)我國(guó)智慧園區(qū)發(fā)展。

1 建設(shè)思路及目標(biāo)

三維地理信息融入智慧園區(qū)建設(shè)，不僅需要嚴(yán)格遵守所制定的工作計(jì)劃，還需要遵循“分建共享，協(xié)同服務(wù)”原則，及時(shí)與其他工作人員共享自己所獲得的相關(guān)信息，打破傳統(tǒng)工作中存在的信息壁壘，提高園區(qū)建設(shè)質(zhì)量與效率。相較于二維地理信息，三維地理信息具有更強(qiáng)大的空間展示性與多維度空間分析功能，可以將園區(qū)內(nèi)部情況以更加直觀的形式展現(xiàn)在工作人員面前，降低工作人員分析難度。三維地理信息融入智慧園區(qū)建設(shè)的基本思路為：利用三維地理信息對(duì)智慧園區(qū)開(kāi)展全空間、全生命的管理模式。對(duì)制訂的管理計(jì)劃進(jìn)行精細(xì)化處理，實(shí)現(xiàn)地上數(shù)據(jù)與地下數(shù)據(jù)的一體化表達(dá)，其基本目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)智能感知與三維地理信息間的有效融合，提高智慧園區(qū)建設(shè)質(zhì)量，挖掘智慧園區(qū)價(jià)值，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 研究現(xiàn)狀

目前，智慧園區(qū)作為智慧城市建設(shè)的一部分，也開(kāi)始探索融入三維地理信息。三維地理信息應(yīng)用于智慧城市建設(shè)中的主要功能為展示城市內(nèi)部信息資源，幫助技術(shù)人員增強(qiáng)對(duì)場(chǎng)景的立體感知，對(duì)智慧城市的發(fā)展具有重要推動(dòng)作用。為確保三維地理信息技術(shù)可以更好地應(yīng)用在智慧園區(qū)建設(shè)中，國(guó)內(nèi)學(xué)者在此方面展開(kāi)了大量研究，以期最大限度地發(fā)揮三維地理信息技術(shù)的價(jià)值。現(xiàn)階段，對(duì)3D、GIS、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間關(guān)系、空間分析等方法的研究不斷深入，符合信息時(shí)代下智慧城市建設(shè)發(fā)展趨勢(shì)。劉昱等[3]以航測(cè)為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)字城市三維建模技術(shù)展開(kāi)了研究，利用3Ds Max軟件完成航測(cè)數(shù)據(jù)三維建模，借助三維建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字城市模型的全方位、立體化展示，為管理人員制訂后續(xù)發(fā)展計(jì)劃提供參考。吳紅波等[4]以陜西省漢中市主城區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)Map Gis 10平臺(tái)對(duì)城市內(nèi)部情況進(jìn)行二維、三維處理，提高數(shù)據(jù)管理效果，利用BIM與Sketch UP軟件對(duì)城市建筑物進(jìn)行精細(xì)化處理，以“框架+插件”開(kāi)發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)字城市三維場(chǎng)景進(jìn)行開(kāi)發(fā)處理，使智慧城市具備定位導(dǎo)航、統(tǒng)計(jì)查詢、量算等功能。翟若明[5]對(duì)OSG Earth開(kāi)源框架與QOpen GL三維渲染機(jī)制展開(kāi)了詳細(xì)研究，結(jié)合全球Google影像數(shù)據(jù)、房屋平面數(shù)據(jù)、BIM模型，搭建數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)查詢。

3 關(guān)鍵技術(shù)

三維地理信息平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)包括：具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性與安全性；數(shù)據(jù)具有標(biāo)準(zhǔn)化與開(kāi)放性的特點(diǎn)，可以對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理；高質(zhì)量場(chǎng)景效果，可以顯示多層紋理，實(shí)現(xiàn)三維快速建模；自動(dòng)完成數(shù)據(jù)生成與維護(hù)，具有輔助分析功能，加快三維空間數(shù)據(jù)管理效率；可以高并發(fā)訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理；系統(tǒng)具備擴(kuò)展性，可以進(jìn)行延伸；對(duì)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)環(huán)幕投影和立體投影；具備一定兼容性，可以與普通計(jì)算機(jī)建立聯(lián)合，完成三維場(chǎng)景訪問(wèn)。

3.1 多級(jí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)加載技術(shù)

相比二維地理信息數(shù)據(jù)，三維地理信息數(shù)據(jù)量更加龐大，在加載、展示過(guò)程中對(duì)資源量需求更大。為保證運(yùn)行效率，平臺(tái)需要使用多線程處理方式完成數(shù)據(jù)分級(jí)細(xì)化處理，如KLCD、LOD、遮擋剔除等。在處理視線范圍內(nèi)的三維地理信息時(shí)，使用動(dòng)態(tài)層次加載模式，對(duì)資源占用情況進(jìn)行優(yōu)化，確保整體性能。現(xiàn)階段，技術(shù)人員可以以外包圍盒計(jì)算模型對(duì)象尺寸與最大可視距離為基礎(chǔ)完成數(shù)據(jù)多級(jí)生產(chǎn)，在加載過(guò)程中，視點(diǎn)與模型之間的距離不同，可能會(huì)出現(xiàn)選擇不同數(shù)據(jù)文件進(jìn)行讀取的情況。

3.2 開(kāi)放式三維服務(wù)接口協(xié)議

現(xiàn)階段，三維地理信息不僅存在數(shù)據(jù)量龐大、渲染技術(shù)不同等問(wèn)題，還缺少統(tǒng)一的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法對(duì)所獲取信息進(jìn)行共享。為充分發(fā)揮三維地理信息平臺(tái)的價(jià)值。在平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中，不僅需要使用內(nèi)部三維服務(wù)接口協(xié)議，還需要結(jié)合實(shí)際情況選擇公開(kāi)三維服務(wù)接口協(xié)議，第三方平臺(tái)只要不違背服務(wù)接口協(xié)議，就可以完成三維地理數(shù)據(jù)獲取。如可以使用第三方三維軟件OSG完成底層渲染，借助OSG插件技術(shù)完成開(kāi)放式三維服務(wù)接入，為系統(tǒng)運(yùn)行提供技術(shù)支持。

3.3 三維服務(wù)拆分及聚合技術(shù)

隨著三維地理信息平臺(tái)所提供的服務(wù)類(lèi)型不斷地增加，傳統(tǒng)服務(wù)內(nèi)容已經(jīng)無(wú)法滿足工作需求。因此，可以在服務(wù)內(nèi)容中融入三維服務(wù)拆分技術(shù)，確保三維服務(wù)可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行服務(wù)拆分，借助聚合功能將多個(gè)服務(wù)聚合成一個(gè)服務(wù)，滿足用戶需求。在具體設(shè)計(jì)中，三維地理信息平臺(tái)可以結(jié)合實(shí)際情況完成服務(wù)邏輯設(shè)計(jì)，即在發(fā)布并完成單個(gè)服務(wù)后，用戶憑借邏輯服務(wù)，將多個(gè)服務(wù)整合為一個(gè)服務(wù)，或?qū)⒁粋€(gè)服務(wù)拆分為多個(gè)服務(wù)，為自身需求提供技術(shù)保障。

4 三維地理信息在智慧園區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用實(shí)踐

為了直觀地展示三維地理信息在智慧園區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用效果，以上海國(guó)際理由度假區(qū)為例展開(kāi)論述。上海國(guó)際旅游度假區(qū)三維基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)可以展示園區(qū)內(nèi)部地理空間要素的三維情況，對(duì)所建設(shè)基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行空間分析與計(jì)算，在園區(qū)發(fā)展過(guò)程中具有重要的意義。

4.1 園區(qū)數(shù)據(jù)建設(shè)

三維地理信息是園區(qū)空間的數(shù)字化顯示，屬于園區(qū)空間地理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐平臺(tái)的重要構(gòu)成內(nèi)容，關(guān)系著園區(qū)三維數(shù)據(jù)建模工作的開(kāi)展效果。園區(qū)數(shù)據(jù)分類(lèi)如表1所示。

表1 園區(qū)數(shù)據(jù)分類(lèi)

4.2 三維地理信息在園區(qū)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）可以提升數(shù)據(jù)表達(dá)精度。利用三維GIS可以對(duì)選定區(qū)域內(nèi)部圖像進(jìn)行GIS處理，如進(jìn)行三維掃描、可視化處理、分析管理等，可以為工作人員提供高精度三維可視化效果。為進(jìn)一步提高度假區(qū)內(nèi)的三維可視化水平和空間分析能力，在園區(qū)內(nèi)部應(yīng)用了三維激光掃描技術(shù)、攝影技術(shù)等，可以更全面地對(duì)度假園區(qū)三維空間數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，園區(qū)實(shí)現(xiàn)1∶1還原，提高數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度，確保可以為后續(xù)建設(shè)工作提供參考。

（2）地上、地下實(shí)現(xiàn)“三庫(kù)合一”。為了降低工作開(kāi)展難度，度假區(qū)管委會(huì)大量運(yùn)用三維表達(dá)模式，借助三維表達(dá)模式表達(dá)園區(qū)內(nèi)部信息。在闡述園區(qū)內(nèi)部地理要素時(shí)，通過(guò)全生命周期縱向表達(dá)模式完成表達(dá)，包括園區(qū)全部建設(shè)流程。在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，要進(jìn)行詳盡的要素審核工作，依據(jù)相關(guān)規(guī)范內(nèi)容進(jìn)行審批管理，可以進(jìn)一步提升度假園區(qū)的綜合管理能力。

（3）可以實(shí)現(xiàn)核心建筑的內(nèi)部建模。工作人員對(duì)園區(qū)內(nèi)部核心位置和消防系統(tǒng)設(shè)備所在位置進(jìn)行了視圖模擬，如通過(guò)立體表達(dá)方式表達(dá)建筑主體室內(nèi)承重墻、隔斷、室內(nèi)消防栓位置、固定式自動(dòng)滅火設(shè)備所處位置等，為度假區(qū)管委會(huì)制訂后期管理計(jì)劃提供參考依據(jù)。

（4）可以提升園區(qū)內(nèi)部場(chǎng)景的美觀度。該度假區(qū)為綜合園區(qū)類(lèi)型，其中包含了奇幻樂(lè)園，在樂(lè)園內(nèi)部場(chǎng)景設(shè)置中可以借助空間三維技術(shù)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景表達(dá)，不僅可以詳盡地體現(xiàn)建筑單體的細(xì)節(jié)、紋理以及色彩等，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)化模擬，如湖面倒影、波動(dòng)等，還可以借助三維地理信息模擬雨雪等不同天氣效果。

4.3 GIS系統(tǒng)功能

（1）“三庫(kù)合一”的三維視圖展示功能。GIS系統(tǒng)“三庫(kù)合一”的三維視圖展示功能根據(jù)園區(qū)整體的地理信息情況確定，借助平臺(tái)的系統(tǒng)功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)地上信息和地下空間數(shù)據(jù)的綜合整理，并在系統(tǒng)功能中融入了管理委員會(huì)的審批行政職能，實(shí)現(xiàn)定制化三維規(guī)劃審批。該三維空間系統(tǒng)由多項(xiàng)子系統(tǒng)構(gòu)成，不同子系統(tǒng)承擔(dān)了不同的功能任務(wù)。為實(shí)現(xiàn)三維仿真效果，對(duì)內(nèi)部的管線系統(tǒng)進(jìn)行了空間信息收集，通過(guò)系統(tǒng)整理呈現(xiàn)立體化效果，提升了園區(qū)內(nèi)部的管理工作效率。通過(guò)對(duì)三維空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用，可以更好地滿足園區(qū)的三維仿真需求。除此以外，三維地理技術(shù)的應(yīng)用可以提高內(nèi)部建筑規(guī)劃審批效率，管理工作人員可以更直觀地對(duì)建筑方案進(jìn)行閱覽審視，更清晰地了解建筑方案，從而進(jìn)一步提升建筑方案與各項(xiàng)規(guī)定指標(biāo)之間的貼合度，及時(shí)整改不符合規(guī)定內(nèi)容。因此，對(duì)城市規(guī)劃信息進(jìn)行三維化處理，有利于加快城市規(guī)劃工作的發(fā)展速度。

（2）感知傳感器設(shè)備數(shù)據(jù)融合的三維場(chǎng)景。度假園內(nèi)部架設(shè)的傳感設(shè)備會(huì)根據(jù)系統(tǒng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效交換，及時(shí)將階段性數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯?chǔ)空間內(nèi)。三維空間信息技術(shù)的應(yīng)用可以根據(jù)自身表達(dá)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的空間定位傳輸，有利于了解其空間環(huán)境。因此，可以將三維地理信息技術(shù)作為核心，憑借物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打造綜合類(lèi)系統(tǒng)，完成園區(qū)場(chǎng)景展示。

（3）三維地理信息技術(shù)對(duì)消防問(wèn)題具有重要意義。園區(qū)消防問(wèn)題屬于重點(diǎn)問(wèn)題，憑借三維地理信息技術(shù)可以對(duì)園區(qū)內(nèi)部著火情況進(jìn)行模擬，對(duì)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境等信息進(jìn)行分析，為管理人員進(jìn)行人員調(diào)度提供參考依據(jù)。工作人員還可以憑借三維地理信息技術(shù)繪制相關(guān)標(biāo)志，如繪制逃生救援路線，能夠有效提高園區(qū)領(lǐng)導(dǎo)決策落實(shí)的效率。

5 結(jié)語(yǔ)

智慧園區(qū)作為智慧城市建設(shè)工作的重要表現(xiàn)形態(tài)，其發(fā)展水平可以代表智慧城市建設(shè)水平。借助三維地理信息技術(shù)，可以消除智慧園區(qū)建設(shè)過(guò)程中存在的信息孤島等問(wèn)題，充分滿足參觀者個(gè)性化需求，對(duì)開(kāi)展后續(xù)工作具有一定的指導(dǎo)作用。智慧園區(qū)屬于系統(tǒng)性工程，在建設(shè)期間需要各行業(yè)協(xié)同作戰(zhàn)，因此不僅需要考慮智慧園區(qū)技術(shù)方案的可行性，還要考慮園區(qū)商業(yè)價(jià)值，保證技術(shù)方案的制訂不會(huì)影響園區(qū)發(fā)展，而且能夠推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。