三维GIS在数字城市建设中的应用

郭洪峰++张宇

摘 要：当今社会中数字城市建设已成为当前城市信息化建设的主要目标。该文从数字城市概念和当前我国的数字城市建设出发，继而阐述了三维GIS在数字城市建设的作用，基本模型框架及关键技术。三维GIS是全面推进数字城市建设、城市信息资源共享、提升信息资源应用价值的有效途径之一。

关键词：三维GIS 数字城市 城市规划

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（c）-0087-01

数字城市建设已成为测绘领域一个重点研究对象，城市三维信息系统的建设必将成为数字城市系统建设的主要内容之一，它将利用城市目前所拥有的信息资源，诸如空间地理信息以及政务信息等，辅助使用通讯基础设施，根据城市建模和三维景观可视化，将城市真实的三维景观重现，以为电子政务、业务应用和公众服务搭建3DGIS服务平台。

1 三维GIS的描述

1.1 三维GIS的界定

视角不同，对于GIS的界定也会有所不同。这里主要从三个方面对三维GIS加以界定：其一，基于工具箱的概念，将GIS作为一种工具集合，其是经历了测量现场的数据采集、存贮以及转换，将空间数据显示出来；其二，基于数据库的概念，将GIS看做是数据库系统，其中所储存的数据多数被索引和操作，可以作为各种问题的回答参考；其三，基于组织机构的概念，GIS可以被看做机构团体，在其功能上，集合了数据存贮、信息检索、功能性操作以及地理数据显示等等，形成了组织结构，以将集数据库、专家和持续经济支持等等元素囊括于其中，将环境问题解决的途径明确，以获得各种决策支持。

1.2 三维GIS的特点

在三维GIS中，空间目标通过X、Y、Z三个坐标轴来定义，它与二维GIS中定义在二维平面上的目标具有完全不同的性质。在目前二维GIS中已存在的0，1，2维空间要素必须进行三维扩展，在几何表示中增加三维信息，同时增加三维要素来表示体目标。空间目标通过三维坐标定义使得空间关系也不同于二维GIS，其复杂程度更高。

1.3 三维GIS的功能

基于二维GIS的发展状况可以归纳出三维GIS应该包括的十项功能：数据采集和检验有效性；数据结构化和转化为新的结构（包括创建拓扑关系和从一种拓扑关系转化为另一种拓扑关系）；各种变化（平移、旋转、比例、剪切）；选择；布尔操作（交、并差、或及切割断面、开隧道、建筑；计算（体积、表面积、中心、距离、方向）；分析；可视化；系统管理。

2 三维GIS与数字城市建设

2.1 数字城市的基本框架

数字城市有一个基本的框架，主要由三大部分组成：

（1）数字城市建设的信息支撑技术。主要有遥感技术、全球定位系统（GPS）、地理信息系统技术、城市综合功能GIS技术、数字城市的管理信息技术、虚拟技术、数据库建设技术、元数据和宽带网络等，应用这些技术可以实现城市空间数据的获取、分析、归纳与整合。

（2）数字城市建设的基本内容。首先，建立由城市空间基础信息平台、城市综合信息平台和城市电信基础平台组成的核心系统，达到共享和支持。其次，建立应用系统，它们是数字城市发挥作用的根本。第三，网络与信息接入设备，它们是数字城市应用的前端，直接面向最终用户。第四，政策法规与保障体系，它数字城市建设及运行提供法律、经济、标准、组织和管理等方面的保障。

（3）数字城市的服务对象。包括政府、企业、社会和公众四大类。

2.2 三维GIS技术在城市总体规划中的应用

城市区域三维GIS将以GIS为核心的技术应用于城市三维海量空间数据的存储与管理，进行各类城市三维空间数据的综合显示与融合分析，并且在此基础上进行多种专业分析与相关三维信息的网络发布，从而为城市指定科学的、合理的发展规划及管理提供基础资料和决策依据。因此城市区域三维GIS建设的最终目标是：根据不同部门、不同用户的实际需求，结合GIS、OA等技术的特点与发展趋势，开发一个集信息输入、数据库管理和三维空间数据可视化分析于一体的职能化的、功能全面的、性能稳定的城市空间信息综合管理系统，使之能够全面满足城市三维空间数据的管理、分析需求，为管理人员和工程技术人员提供综合化、智能化、规范化的基础平台，为城市规划、基础设施管理和社会公众信息需求提供标准化、网络化、可视化的服务平台，以满足城市管理对城市空间信息不断增长的需求，为城市空间基础设施的建设决策、城市规划的制定和实施、城市管理功能的组织提供科学依据和服务。

系统应能将城市地上的建筑、道路、水系、管道及地下构筑物等景观内容利用现有的资料在三维场景中展现出来，并且可针对城市地质的特性将城市地质勘查资料揭示结果在三维空间中综合起来，重现地下地质界面和地质体的空间形态和组合关系，重建三维地质构造形态模型，并将地上、地下的三维模型用三维可视化技术生动地表现出来，从而实现地上、地下复杂空间结构与位置关系的表达、分析。系统可以利用空间分析和数据挖掘技术支持复杂问题的决策研究。

三维城市规划在基本功能上，还将实施漫游的基础上的信息集成、信息分析，具体而言，体现为以下几种：其一，不同信息的二维查看、查询得以实现，并在此基础上实现了测量等系列功能；其二，二维与三维的交互性得以实现，主要体现在信息的查看和信号的漫游。对于信息的加工处理，可以利用数据模型，将数据库和模型库建立建立一一对应的关系，各种信息的查询、数据的调用以及分析、处理各种现实性问题，都可以利用GIS及相关工具来完成。要实现便捷的查询、分析以及决策功能，可以将高效率的数据库建立起来，并根据实际应用性需要搜集信息、分析数据，并进行技术性处理，同时还要更新的功能，以做到数据库中的信息绑定实施场景模型，实现各种信息的即查即用。

3 结语

数字城市中，三维GIS提供了基础性空间信息。三维GIS能够对城市以全方位定位，将极具真实感的场景信息展示出来，给人以真实、直观的虚拟城市环境，面对复杂的城市，城市管理者要制定科学的规划方案，将人文性和生态性纳入其中，为决策提供有力的参考。城市规划中，内中各项元素要具有关联性，同时还要具有前瞻性，以符合主要应用领域的要求，虚拟城市场景的构建要逼真而准确。为了能够为城市规划据侧提供科学而直观的依据，对于规划方案的制定，要实施互动性的评估，并对规划方案的细则进行分析。与传统的平面效果图，乃至沙盘相比，三维GIS所提供的信息数据更为精确，规划方案更为符合实际要求，即便是动画手段所绘制的规范设计图，也无法匹敌。可见，三维GIS当今城市规划信息化发展的未来发展方向。

参考文献

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