数字城市及其核心技术

范阳

摘 要：城市不仅是人类生产与生活的聚集场所也是其文明产生与发展的核心地。伴随“数字地球”的提出，数字城市也出现在各国城市建设的议程中。介绍了数字城市的内涵以及其核心技术——三维城市建模理论。对数字城市建设有一定指导意义。

关键词：数字城市；三维城市建模

数字城市的概念是在美国总统格尔于二十一世纪前期首次提出并应用，随后，全球各个国家先后提出类似的关于本国城市的数字化理念并在经济、法律、行政等方面得以实施。[ 1 ]数字理念快速应用于城市规划，工程检测，交通服务，政策决定等方面，并在应用中进一步推广了数字应用的纵深推广。

1 数字城市

数字城市主要利用信息手段将城市在时间领域和空间领域进行数字化的虚拟实现。它主要以计算机、多媒体和集成存储为技术基础以互联网技术为纽带，综合应用遥感技术、GPS定位系统、仿真虚拟模拟、地理信息技术对城市建设有针对性的进行多分种类、多维度、多指标的综合描述。国际城市发展研究院（CUDI）在描述城市信息化系统时认为，它实质上是人与城市土地关系的数值化，秉承“以人为本”的思想，通过信息化技术更快速更及时的了解城市的运行状态和发展规律，对城市人与土地之间的关系进行协调控制，实现系统上的优化分配，最终实现人与环境、与土地的可持续发展。在此之中，它的主要表现与应用分别在地表测绘、政策决策、单位管理、企业决策、数字生活等方面。

2 三维城市建模

数字城市的关键技术有：三维可视化建模、数字结构、物联网技术、云储存技术、数据共享与互联网操作、以及超链接技术等。其中，三维可视化信息是数字城市的核心基础信息[ 4 ]。

2.1 模型数据

三维数据库是数字城市在三维建模过程中的重要组成部分，根据来源可以分为：

2.1.1地形地貌三维模型数据

地形地貌数据的获取可来源于遥感等途径。基于地形地貌的数据，得到数字高程模型，可以模拟出精确的地形；无论是通过卫星遥感技术得到的不同清晰度的卫星图，还是以航空摄影得到的高清图像，都是数字摄影获取图像的多种方式之一。在图像获取以后，通过相同的空間参考坐标系将图像加载到高程模型上即可获取地形地膜在三维上的体现。

2.1.2三维模型数据构建

对构建物三维的构造是三维建模的核心，因而构建纹理库则是三维数字城市建模中的一个重要数据库，是其中一个重要环节。纹理库在三维城市模型真实度评估方面体现着重要的作用。它构建的良好程度直接对3维城市模型数据库的容量产生重要影响从而对城市虚拟现实系统的运作精准度产生一定的破坏。

2.2 研究方法

目前，国内外对于三维城市建模的研究主要分为4种：

2.2.1三维城市模型的构建（基于三维影像技术）

在三维城市模型的构建（基于三维影像技术）方面前期，人们主要利用航空取像技术及DEM技术叠成城市景观区域图和建筑模型景观等。伴随着数据获取技术的快速推广应用，人们可以通过卫星等快速大量获取DEM及影像并由此建立大范围甚至是全城区的数字模型从而一次性生成相应的城市数字景观模型。但缺点是，这种方法构造的城区景观会存在一定的纹理失真，真实感不足等。因此，此类地形景观模型只是具备一定的浏览意义，在相应的模型上难以进行DIS分析。此类方法只能在构造简易的城观模型上有所意义。

2.2.2构建的三维城市模型（ 结合2DGIS技术）

伴随互联网技术及卫星技术的发展，2DGIS的应用逐渐成熟。当前三维数字城市可以利用现有的2DGIS的空间数据库，进行相应的三维扩展。有学者通过将构建物的高程、纹理在2DGIS的基础上构建三维模型，这种方法可以大面积的建立三维城市模型，具有面积大、速度快的优点，但也存在着数据不足，真实感差等缺点，因而有学者提出基于2DGIS和DEM结合构建三维城市模型的方法。这种方法不能对单独模型进行处理。

2.2.3基于三维数据模型的方法构建三维城市模型

此类方法是利用数字摄影测量系统将空间物体转为三维模型来。

2.2.4软件方法

利用建模软件来虚拟构建三维构建物，与DEM等数据叠加生产三维城市模型。国内外主流的三维建模软件平台有3Dmax、Multig-en Creator、SketchUp、Maya、CAD三维建模模块、City Engine、Skyline等。

2.3 常见建模可视化平台

目前，取得行业领先地位的三维可视化平台软件为以下几类：

2.3.1 Google Earth

Google Earth是将庞大的航拍、卫星、三维图像融合在一起，它的优点是用户可以在不同的角度浏览地球，拥有丰富经验、强大的技术实力、操作简单和超群的用户体验等优势。

2.3.2 SkylineGlobe

SkylineGlobe产品利用航空、卫星影像创建三维虚拟场景。Sk-ylineGlobe支持交互式绘图，它的优点是具有三维空间分析能力和大数据处理能力。

2.3.3其他

其他三维可视化软件还有：美国国家航空航天管理局发布的world wind、灵图的VRMap、中国武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室研发的GeoGlobe等。

3 结论

目前，我国数字城市发展日趋成熟，对比于国外，仍处于探索和实践阶段。如何快速、真实、批量化地建立三维城市模型，并进行规划分析，这需要进一步的探讨。我们需要正确的对待数字城市实践中所发现的问题，从政府、企业、市民三方面调动，健全数字城市体系，促进城市信息化，使得国家、企业、大众享受数字城市的成果，进而向智慧城市的时代迈进。

参考文献：

[1] 李社，宋富林，卢中正. 基于数字城市的关键技术应用研究[J].地理空间信息，2008，02：59-62.

[2] 高大利，吴清江，孙凌. 数字城市及其关键技术[J].甘肃政法成人教育学院学报，2004，01：131-132.

[3] 陈柳钦."数字城市"内涵与框架的研究综述[J].中国市场，2010，42：51-61.

[4] 朱瑞顺，彭玉艳，英自昱.临沂市数字城市三维可视化系统研究[J].城乡建设，2008，03：66-67.