摘 要：通過介紹三維實景數(shù)字化模型系統(tǒng)，闡述該系統(tǒng)在城市規(guī)劃領域的應用，三維GIS輔助城市規(guī)劃提供科學有效的技術支持。

關鍵詞：城市規(guī)劃；三維GIS；空間分析

中圖分類號：F49 文獻標志碼：A 文章編號：1002-2589（2012）15-0101-02

一、項目建設背景

2009年末，哈爾濱市委在十二屆七次全會中提出了“北躍、南拓、中興、強縣”的城市發(fā)展戰(zhàn)略，并明確提出建設項目必須進行城市設計，著重強調(diào)了城市設計的重要性。按照“特色、和諧”的理念以及總體設計的要求，為提高哈爾濱市城市設計水平，哈爾濱市在深入研究當前國內(nèi)外先進技術的基礎上，組織引進并開發(fā)了哈爾濱市城鄉(xiāng)規(guī)劃科學決策系統(tǒng)，先后為哈爾濱市松花江沿岸景觀設計及哈爾濱市百日城市設計等省市重點項目提供了相關的技術支持，并將100余項中觀及微觀城市景觀設計納入系統(tǒng)，加以三維輔助分析，為城市設計提供了更加科學化的依據(jù)，起到了重要的輔助決策作用，從而提高了規(guī)劃審批的工作效率，系統(tǒng)成果總體達到了國內(nèi)領先水平。

哈爾濱市城鄉(xiāng)規(guī)劃科學決策系統(tǒng)是運用計算機虛擬現(xiàn)實技術，實現(xiàn)對城市空間實體的重建和模擬，準確地描述城市立體空間布局，實現(xiàn)對城市建筑形態(tài)、單體建筑立面及色彩等多要素的有效控制。目前，北京、南寧、廣州、廈門、重慶、武漢等國內(nèi)大城市都已超前謀劃并大力投入，將該技術廣泛應用于規(guī)劃、建設、管理、交通、旅游等行業(yè)中，讓城市空間信息在服務、分析、決策和展示能力方面上一個新的臺階，取得了良好的效果。

二、項目建設解決的問題

哈爾濱市城鄉(xiāng)規(guī)劃決策系統(tǒng)的建設，可以將規(guī)劃局目前建筑方案的二維審批模式轉變到三維審批并輔助規(guī)劃決策，并可利用GIS和VR技術，以3D建?；蛹夹g和虛擬現(xiàn)實技術，如實表現(xiàn)三維信息；建成后的系統(tǒng)可應用于城市街景景觀設計和規(guī)劃方案成果的比選，通過調(diào)整建筑單體的紋理、位置、形體、高度、然后輸出規(guī)劃效果圖，甚至是多媒體的動畫展現(xiàn)，決策者還通過在三維的場景中任意漫游，可以發(fā)現(xiàn)許多不易察覺的設計缺陷，減少由于事先規(guī)劃不周全而造成的無法挽回的損失與遺憾，從而打破規(guī)劃設計在地理空間信息表達和處理方面的限制。

一是通過城市三維規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)，可以應用于規(guī)劃局業(yè)務審批系統(tǒng)，利用GIS和VR技術，以3D建?；蛹夹g和虛擬現(xiàn)實技術，輔助建筑單體設計方案審批。

二是通過城市三維規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對規(guī)劃方案、建筑方案的多屏比較，城市景觀設計的直觀比選。

三是通過城市三維規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)，可以輔助城市街景景觀設計和方案審批，在真三維立體空間中實現(xiàn)城市道路景觀規(guī)劃，對城市街道設施和廣告等街道小品進行空間信息化管理，輔助城市色彩和燈光照明效果分析等三維街景信息化管理。

四是通過城市三維規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)，可以用于公眾服務，將城市三維數(shù)據(jù)和重點項目的規(guī)劃方案及成果進行網(wǎng)絡發(fā)布。

三、科學決策系統(tǒng)功能及特點

科學決策系統(tǒng)具有模型編輯、空間測量、查詢統(tǒng)計、動畫導航、交互瀏覽、鷹眼導航、控高分析、日照分析、通視分析、視域分析、指標分析、拆遷分析、綠地分析、方案對比、視覺走廊、設施管理、色彩分析、街景斷面分析、三維發(fā)布、搜索定位、項目評價、二三維聯(lián)動規(guī)劃審批等二十多項功能。系統(tǒng)對于直觀展示城市規(guī)劃及現(xiàn)狀提供了豐富的手段。

系統(tǒng)對客觀世界的表達能給人以更真實的感受，它以三維立體視角給用戶展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象，不僅能夠表達空間對象間的平面關系，而且能描述和表達它們之間的垂向關系。三維實景數(shù)字化模型輔助系統(tǒng)是從數(shù)據(jù)結構到空間查詢和建模分析都建立在三維數(shù)據(jù)模型基礎上的地理信息系統(tǒng)。三維實景數(shù)字化模型輔助系統(tǒng)通過有效集成各種現(xiàn)有規(guī)劃管理服務，并逐步融入傳統(tǒng)的規(guī)劃審批流程中。

主要特點如下：

一是系統(tǒng)將二、三維GIS結合到一起。將傳統(tǒng)的二維GIS中的一維、二維對象置于三維立體空間中，存貯它們的真實幾何位置與空間拓撲關系，以表現(xiàn)這些對象在垂直方向上的變化和與其他對象之間的拓撲關系。無論在對象的建立、編輯、修改、存儲的過程中，還是在對它們進行空間操作或輸出分析結果時，系統(tǒng)都提供可視化的支持，從而創(chuàng)建真正的基于問題域的交互式可視化場景。

二是系統(tǒng)具備三維空間數(shù)據(jù)庫管理。三維GIS的核心是三維空間數(shù)據(jù)庫。它可由擴展的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或由面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來存儲和管理三維空間對象。

三是三維空間分析。在二維GIS中，空間分析是GIS區(qū)別于CAD和科學計算可視化的特有功能。在三維GIS中也同樣如此?？臻g分析三維化，也就是直接在三維空間中進行空間操作與分析，使三維GIS明顯地不同于二維GIS，同時在功能上也更加強大。

四是該系統(tǒng)與現(xiàn)有規(guī)劃業(yè)務流程較好地結合。

五是系統(tǒng)具備較好的人機操作界面。規(guī)劃者能夠簡單、便利地使用系統(tǒng)，對建筑、環(huán)境的規(guī)劃審批提供輔助支持。

四、三維數(shù)據(jù)模型分類

第一，地形模型，包括：地形三維模型建模包含山體、水系和植被等地形地貌。

第二，建筑模型，包括：各類地上建筑物、各類地下建筑物、其他建（構）筑物等。

第三，交通設施模型，包括：道路、鐵路及橋梁、道路附屬設施等。

第四，其他模型，包括：其他模型主要包括除地形、建（構）筑物、交通設施以外的城市要素，可分為輔助系統(tǒng)和美化系統(tǒng)等兩個大類。

五、網(wǎng)絡平臺數(shù)據(jù)更新與維護

網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)海量影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、三維場景模型的網(wǎng)絡發(fā)布和應用服務。實現(xiàn)城市級海量影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)的更新與維護。

一是對影像、地形的增量與批量發(fā)布服務、管理。包括：城市級海量影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)的發(fā)布與管理；城市分區(qū)影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)的增量發(fā)布與管理；城市分區(qū)影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)的批量發(fā)布與管理；對已發(fā)布的地形數(shù)據(jù)的刪除管理；

二是三維模型數(shù)據(jù)增量發(fā)布與更新。系統(tǒng)應具備全場景模型發(fā)布和局部場景模型增量發(fā)布能力。增量發(fā)布時，系統(tǒng)僅將新增的或被編輯過的模型數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡發(fā)布處理，從而僅更新制作平臺中有變化的數(shù)據(jù)。

三是屬性數(shù)據(jù)單獨更新與維護。在網(wǎng)絡平臺數(shù)據(jù)庫中，二維屬性信息與三維模型信息是分別存儲的。對屬性信息的更新，用戶可以在后臺進行屬性信息的編輯。還可以通過網(wǎng)絡發(fā)布，更新全部屬性信息或部分屬性信息，使網(wǎng)絡平臺與制作平臺的屬性信息保持一致。

六、項目建設的作用

一是運用現(xiàn)代科技手段服務于“北躍、南拓、中興、強縣”發(fā)展戰(zhàn)略，為各級領導決策提供科學決策及三維展示平臺；

二是哈爾濱市今后城市規(guī)劃、建設、管理、交通、旅游等行業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化、可視化管理的基礎；

三是城市規(guī)劃、建設、管理等各類業(yè)務和會議的交流平臺；

四是全面展示城市總體規(guī)劃、詳細規(guī)劃、專項規(guī)劃、城市設計等各層面規(guī)劃成果；

五是哈爾濱市城市規(guī)劃展館數(shù)字沙盤建設的前提條件；

六是將成為哈爾濱市提升城市形象和招商引資的重要展示手段；

七是公眾參與城市規(guī)劃，作為愛城市、愛家鄉(xiāng)的載體；

八是系統(tǒng)作為城市信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，將在城市道路、交通、旅游、應急、電信、醫(yī)療、商業(yè)、公共安全、數(shù)字警務、市政管線、數(shù)字國土、數(shù)字房產(chǎn)、數(shù)字城管等方面發(fā)揮重要作用；

九是保留城市發(fā)展和變遷的軌跡。將城市發(fā)展和建設的歷史、現(xiàn)狀和規(guī)劃通過三維系統(tǒng)進行表現(xiàn)和保存，對城市的發(fā)展進行對比，展現(xiàn)城市建設發(fā)展的輝煌成就，是城市發(fā)展的寶貴歷史資料。

七、系統(tǒng)與城市設計的關系

系統(tǒng)將城市設計概念引入規(guī)劃建設管理，從空間尺度、形體尺度、色彩關系等方面，以城市三維空間的角度，利用三維輔助決策系統(tǒng)在空間環(huán)境中分析建設項目的功能，協(xié)調(diào)交通布局，建設項目與周邊的相互關系，使項目功能性與審美性相統(tǒng)一，并與整體環(huán)境相一致。系統(tǒng)面向城市規(guī)劃和城市設計，借助基礎三維數(shù)據(jù)庫、城市規(guī)劃管理信息庫等海量數(shù)據(jù)，虛擬再現(xiàn)城市真實環(huán)境，利用空間三維分析功能，讓城市空間信息在服務、分析、決策和展示能力方面上一個新的臺階。

城市設計是從宏觀、中觀和微觀三個層面實現(xiàn)城市規(guī)劃布局、城市面貌、城市功能以及公共空間的和諧布局和分布的。三維虛擬空間的構建，保障了系統(tǒng)與城市設計空間關系的匹配；同時，通過時間序列的引入，使三維虛擬現(xiàn)實空間與時間完美結合。城市三維空間展示與輔助系統(tǒng)的基礎來源于對現(xiàn)實的再現(xiàn)和對未來的正確推演，針對城市設計的三個層面，構建了合理的功能體系。

第一，宏觀層面。系統(tǒng)用模擬的方式引入時間序列，通過模型時間屬性的變換，重現(xiàn)城市過去、展示現(xiàn)狀及推演未來。同時系統(tǒng)對單一場景也納入了季節(jié)天氣等因素，力求多時態(tài)、多視角、多方位地展示城市風貌，以變化的眼光去認識城市、讀懂城市，以動態(tài)的應用去輔助城市設計。

第二，中觀層面。系統(tǒng)針對中觀層面城市設計的重點提供了控高分析、城市天際線控制等功能，可以對城市空間的基本比率、城市空間的分布層次進行總體控制與決策，讓設計者和決策者以三維模式直觀地反映城市空間分布的特點和區(qū)域，合理地協(xié)調(diào)城市空間分配。

第三，微觀層面。系統(tǒng)提供了對微觀空間信息的各類分析方法，如分析建筑日照情況的日照分析、建筑物視閾分析、通視分析以及設計方案對比等實用功能，能夠有效地輔助城市設計的進行。

（責任編輯：陳雅莉）