二三維一體化的國土空間規劃輔助決策系統研究與應用

摘要：常規的國土空間規劃輔助決策系統以二維為主，無法描述復雜的國土空間變化，影響后續輔助決策。因此，設計了二三維一體化的國土空間規劃輔助決策系統。硬件方面，設計了三維顯示器與AMD運算器。軟件方面，基于二三維一體化建立國土空間規劃場景，利用iFrame嵌套二三維地圖頁面，通過2D/3D切換按鈕切換國土空間規劃場景，實現二維三維場景的視角對應。導出國土空間規劃輔助決策OSG文件，將國土空間的三維組節點、子節點、幾何圖形、渲染狀態等信息，存儲在三維渲染引擎的三維文件OSG文件中，滿足國土空間規劃輔助決策系統的顯示需求。采用系統測試，驗證了該系統的運行性能更佳，能夠應用于實際生活中。

關鍵詞：二三維一體化 國土空間規劃 輔助決策 三維顯示器 三維組節點

中圖分類號：P208

Research an[a1]"d Application of Two - and Three -Dimensional Integrated National "Space Planning AuxiliaryAided Ddecision Making System

YANG Bo¹" WANG Linxia²" YANG Xiangdong³

1.Shanghai Tongji Urban Planning amp; and Design Institute Co.， Ltd. Northwest Branch， Xi'an， Shaanxi Province， 710000 China; 2. Nanyang Normal University， Nanyang， He’nan Province， 473000 China; 3.North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou， He’nan Province， 450000 China

Abstract： The conventional national land spatialspace planning auxiliary decision -making system is mainly two-dimensional， which and can not describe the complex land spatial changes and affect the subsequent auxiliary decision -making. Therefore， a two - and three-dimensional integrated national space planning auxiliaryassistant decision making system is designed. In terms of hardware， 3D display and AMD computer are designed. In terms of software， the national land space planning scene is established based on the integration of two and three dimensionstwo-3D integration. iFrame is used to nest the two -and three dimensional 3D map page， and the nationalland space planning scene is switched through the 2D/3D switch button， so as to realize the corresponding perspective of two-dimensional and three-dimensional scenes. Export the OSG file for auxiliary decision making of nationalterritorial space planning， and store the information of 3D group nodes， sub-child nodes， geometric figuresshapes， rendering status and other information of nationalterritorial space planning in the 3D file OSG file of the 3D rendering engine to meet the display requirements of the auxiliary decision making system of nationalterritorial space planning. Through system testing， The system test it proves that the system has better operational performance and can be used in real life.

Key Wwords： Two and -three-dimensional integratedion; Territorial National spacetial planning; AuxiliaryAided decision; Three-dimensional display; Three-dimensional group node;

國土空間規劃是對全國國土空間進行開發、管理的過程，對國土空間資源保護與開發利用的規劃，均屬于國土空間規劃。國土空間規劃是對整個國土空間資源進行有效配置，統領各類空間規劃的功能定位，推進各類空間規劃的協調與統一，成為諸多零散規劃的聚合點。國土空間規劃輔助決策包括資源環境承載能力評價、國土空間開發適應性評價、規劃編制等方面，需要通過先進的技術手段，確保規劃的合理性與有效性。目前，國土空間規劃輔助決策系統以二維圖像的形式呈現，數據整合難度較大，影響最終的輔助決策結果。針對此類問題，研發了多種決策系統。

其中，基于CIM的國土空間規劃輔助決策系統，集成了先進的模型輕量化、場景優化與加速繪制，以及基于空間的規劃分析算法技術，為國土空間規劃提供了強大的技術支持。在系統的總體架構和數據庫設計適應了規劃業務的需求，實現了場景組織瀏覽、景觀視線分析、規劃方案評審、規劃輔助分析等模塊的功能^[1]。但是，該系統中數據種類較多，迭代速度較快，數據融合與共享的難度較大，影響最終的輔助決策結果。基于Cesium和傾斜實景數據的國土空間規劃輔助決策系統，將整合的傾斜實景數據輸入開源三維地理信息平臺Cesium中，提高了系統的輔助決策效果^[2]。但是，該系統對天氣、光照條件的要求較高，容易出現輔助決策失誤的情況。因此，本文結合二三維一體化的優勢，設計了國土空間規劃輔助決策系統。

1" 硬件設計

1.1" 三維顯示器

三維顯示器利用視差原理，在二維平面顯示三維圖像，從而滿足二三維一體化國土空間規劃輔助決策需求。三維顯示器根據左右眼接收不同畫面的視覺特性，能夠將視差信息合成立體影像，從而產生三維立體感覺^[3]。顯示器相關技術參數，如表1所示。

如表1所示，3D信號輸入端子為D-SUB（VGA）、PC-HDMI；2D信號輸入端子為AV、YPBPR、VGA、HDMI、USB；觀看距離為2.5～7 m；原始分辨率為Full HD（1920×1080 RGB像素）^[4]。通過三維顯示器顯示國土空間規劃情況，能夠提高輔助決策的有效性。

1.2 ""AMD運算器

AMD運算器是決策系統CPU處理器的核心組成部分，負責執行國土空間規劃輔助決策的各種邏輯運算，能夠提高系統的運行效率^[5]。ADM運算器采用微架構，配備了多個核心線程，能夠同時處理多個國土空間規劃輔助決策運算任務，提高系統的運行性能。運算器結構如圖1所示。

如圖1所示，運算器內部存在A、B兩個寄存器，能夠將運算前、后數據臨時寄存，確保運算效率。ALU為算術邏輯部件。ADM運算器在地理空間分析、模擬、可視化等方面具有重要作用，通過浮點運算能力，加快了數據訪問效率，減少了系統運行延遲，對于提高輔助決策系統整體性能具有重要作用。

2" 軟件設計

2.1" 基于二三維一體化建立國土空間規劃場景

將二維地圖與三維建模技術相結合，形成二維與三維的無縫切換^[6]。利用iFrame嵌套二三維地圖頁面，通過2D/3D切換按鈕切換國土空間規劃場景，實現二維、三維場景的視角對應。

如圖2所示，二三維規劃的場景包括3個。國土空間規劃場景一：農業發展場景，對耕地進行最大程度保護，嚴格控制基本農田轉為其他類型用地。核心用地空間為耕地，目標是控制農田的質量與數量，保證糧食安全^[7]。場景二：城市建設情景，充分利用建設用地空間，實現經濟規模效益最大化，核心用地空間為城鎮建設用地、農村居民點、其他建設用地，目標是揭示出的城鎮發展模式下的核心驅動力以及對社會穩定和生態環境的潛在威脅。場景三：生態保護情景，設定生態用地容量最大化，確保用地提供的生態效益最大化。核心用地空間為林地、草地、水域，目標是為生態紅線劃定提供參考價值，促進城市高質量發展。二維場景、三維場景進行變換，公式如下。

2.2" 導出國土空間規劃輔助決策OSG文件

將國土空間的三維組節點、子節點、幾何圖形、渲染狀態等信息，存儲在三維渲染引擎的三維文件OSG文件中，滿足國土空間規劃輔助決策系統的顯示需求^[8]。本文將建筑數據、地形數據作為三維組節點，道路節點作為子節點，由此生成OSG文件格式（如表2所示）。

如表2所示，地形數據包括高程信息，用于生成三維地形；建筑數據包括建筑物的位置、高度、形狀等；道路數據包括道路網絡、交叉口、交通標志等；植被數據包括植被類型、分布、覆蓋度等；水體數據包括河流、湖泊、水庫等水體的位置和形態；人口數據包括人口分布、密度、遷移模式等；經濟數據包括GDP、產業分布、就業情況等。啟動國土空間規劃輔助決策系統，加載需要導出的三維場景，在軟件中找到導出功能，并選擇OSG格式作為導出目標。根據設置導出輸出路徑、文件名、壓縮選項等參數，確保國土空間規劃輔助決策系統的軟件性能。

3 系統測試

為了驗證本文設計的系統，是否滿足國土空間規劃輔助決策需求，本文對上述系統進行了測試。最終的測試結果則以基于CIM的系統、基于Cesium和傾斜實景數據的系統，以及本文設計的基于二三維一體化的系統進行對比的形式呈現。具體的測試準備過程與最終的測試結果如下。

3.1" 測試過程

本次測試在SuperMap GIS提供的具有GIS功能的程序上完成的，通過訪問Super Map i Server三維數據的加載和渲染，確保測試數據的準確性。將某地土地利用文件，作為文件型數據源，數據結構特征如表3所示。

X城市的耕地面積占比較大，農業生產空間后備資源充足。城鎮建設用地集中于市中心，城鎮建設表現為城大鎮小，兩極分化明顯。鄉村居民點具有村落密集、規模小的特點。城市建成區內的綠地偏少，水域面積逐漸下降。將X城市土地利用情況的數據源組織起來，對區域內的空間規劃進行輔助決策。

3.2" 測試結果

在上述測試條件下，本文選取出X城市的國土空間規劃變化進行分析，點擊城市輔助的main，出現空間規劃情況，證明系統的界面功能良好。界面顯示情況如圖3所示。

如圖3所示，X城市原始空間為綠化休閑中心＞高檔居住區＞綠化節點＞商業辦公娛樂綜合區。對該區域進行空間規劃之后，商業辦公娛樂綜合區＞高檔居住區＞綠化休閑中心＞綠化節點。界面完整地顯示了空間規劃之后的情況，界面顯示性能良好。在其他條件均已知的情況下，對比了基于CIM的系統性能、基于Cesium和傾斜實景數據的系統性能，以及本文設計的基于二三維一體化的系統性能。測試結果如表4所示。

如表4所示，在響應性能、數據處理性能、CPU占用性能、穩定性能等測試方面，基于CIM的國土空間規劃輔助決策系統均處于較低水平，基于Cesium和傾斜實景數據的國土空間規劃輔助決策系統處于中等偏低水平，本文設計的基于二三維一體化的國土空間規劃輔助決策系統處于較高水平。在安全性能測試方面，三者均保持了良好的狀態。由此可見，本文設計的決策系統性能更加優良，符合本文研究目的。

4" 結語

近些年來，二維地理信息在空間數據分析方面發揮了重要作用，但其可視化效果有效，無法展示國土地理環境的真實面貌。三維GIS技術以其強大的空間描述與模擬能力，逐漸受到國土空間規劃的關注。因此，本文利用二三維一體化，設計了國土空間規劃輔助決策系統。通過運算器與顯示器，實現了二三維一體化的硬件設計。通過空間規劃場景、OSG文件，實現了二三維一體化的軟件設計。二三維一體化整合了二維GIS的空間計算能力與三維可視化能力，實現了優勢互補，為國土空間規劃提供了更全面、直觀、準確的決策支持。

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