李莉 程遠(yuǎn)明 李偉蘭

（南昌市測繪勘察研究院江西南昌 330042）

三維城市在城市規(guī)劃管理中的應(yīng)用

李莉 程遠(yuǎn)明 李偉蘭

（南昌市測繪勘察研究院江西南昌 330042）

近年來，隨著三維城市技術(shù)的不斷成熟，它在城市規(guī)劃管理中被逐步推廣應(yīng)用，在一定程度上彌補(bǔ)了二維數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)分析能力弱、可視化程度低等缺陷，但三維輔助系統(tǒng)在規(guī)劃管理輔助系統(tǒng)中仍存在一定的局限性。本文結(jié)合南昌市測繪勘察研究院建設(shè)的南昌市紅谷灘新區(qū)精細(xì)化三維建模成果，以及在城市規(guī)劃輔助管理中的應(yīng)用情況，淺析三維城市在輔助城市規(guī)劃管理的幾點應(yīng)用。

三維建模；系統(tǒng)平臺；規(guī)劃管理；思考

1 引言

中共南昌市委、南昌市政府為拓展城市規(guī)模，構(gòu)建“一江兩岸”城市發(fā)展格局而設(shè)立紅谷灘新區(qū)，正成為南昌的新行政中心、新商務(wù)中心、新文化中心、新生活中心、新商業(yè)中心和新休閑中心。因此，在國家測繪地理信息局啟動的“數(shù)字南昌地理空間框架試點建設(shè)”項目背景下，南昌市測繪勘察研究院選定紅谷灘中心城區(qū)作為建模試點區(qū)域，建模面積約5平方公里，其中約1.4平方公里的為一級模型區(qū)（即精細(xì)化建模區(qū)，細(xì)節(jié)和紋理表達(dá)較為細(xì)膩，且地物要素較為豐富），其余的為三級模型區(qū)（即普通建模區(qū)，細(xì)節(jié)和紋理表達(dá)相對籠統(tǒng)，且部分地物要素不做表達(dá)），包括所有建筑物，實體地面，雕塑，小品部件（公交站臺，路燈，道路指示牌等），以及植被等。并將該建模區(qū)域在城市規(guī)劃管理中進(jìn)行初步應(yīng)用，進(jìn)而提升城市規(guī)劃管理工作的時效性、便捷性和科學(xué)性。

筆者將從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)建模、平臺發(fā)布三個方面闡述實驗區(qū)三維建模過程，結(jié)合城市規(guī)劃管理中的應(yīng)用情況，對三維城市輔助規(guī)劃管理系統(tǒng)中存在的不足進(jìn)行淺析。

2 三維建模過程

基于航空遙感影像和野外獲取人工像控點資料進(jìn)行空三加密，其成果不但能夠進(jìn)行DEM和DOM的制作，同時也能夠獲取影像中地物的立體像對。我們即可通過立體像對得知現(xiàn)有地物的高度，通過DOM或地形圖得到現(xiàn)有地物的平面輪廓，可提取地物的白模，與此同時進(jìn)行的現(xiàn)狀地物的實際外立面紋理拍攝工作可獲取地物的紋理，最后在3DMAX軟件中進(jìn)行模型的精細(xì)化處理以及紋理貼圖。三維建模過程如圖1所示。

圖1 三維建模工藝流程

2.1 數(shù)據(jù)的獲取

結(jié)合測區(qū)范圍、測區(qū)地物、地形變化等相關(guān)因素，進(jìn)行各類地物實際紋理的拍攝工作，以獲取所有建設(shè)三維城市所需地物各個角度的實際外立面紋理。

2.2 數(shù)據(jù)建模

本文對實驗區(qū)現(xiàn)有地物進(jìn)行建模，從而可視化展現(xiàn)該區(qū)域的三維真實場景。對規(guī)劃的建筑物及配套設(shè)施建設(shè)方案進(jìn)行三維建模，從而實現(xiàn)在三維場景中對方案的審批管理工作。具體如下。

（1）地形模型建立。利用航空攝影測量技術(shù)，可以通過立體影像匹配技術(shù)獲取DEM，并基于DEM成果數(shù)據(jù)的起伏狀態(tài)建立地形模型。需要注意的是，由于DEM和地形模型存在較多平行的面，導(dǎo)致模型存在閃面的現(xiàn)象，嚴(yán)重影像視覺效果，因此需要查DEM下陷以保證地形模型的視覺效果。

（2）現(xiàn)狀地物建模。利用立體模型和DEM三維數(shù)據(jù)，提取建筑物的高度信息，再從地形圖或者正射DOM影像圖獲取建筑物的平面輪廓圖，進(jìn)而構(gòu)建建筑物的初始白模(沒有紋理的三維模型)，再通過人工數(shù)碼拍照的方式采集建筑的實際外立面紋理，最后通過三維建模軟件（3DMAX軟件）對白模進(jìn)行精細(xì)化處理和貼膜等相應(yīng)的人機(jī)交互過程，得到精細(xì)的、逼真的建筑模型。圖2是紅谷灘實驗區(qū)三維數(shù)字城市場景圖。

圖2 紅谷灘實驗區(qū)三維城市成果圖

（3）規(guī)劃方案建模。即通過CAD總平圖和剖面圖獲取建筑平面輪廓和高度，通過方案效果圖提取外立面紋理。制作方案的三維模型可根據(jù)需要完全按照方案模型特別精細(xì)化制作，但這樣的模型往往面片數(shù)量巨大，不適合發(fā)布載入虛擬機(jī)。因此，方案模型的精細(xì)度適當(dāng)即可（忽略面片厚度小于0.5米的細(xì)節(jié)）。圖3(a)圖為規(guī)劃方案效果圖，圖3(b)為該規(guī)劃方案的三維模型。

圖3 規(guī)劃方案效果圖與三維模型

2.3 系統(tǒng)平臺

在模型制作完成后，將其編譯并發(fā)布至uniscope平臺中，即可進(jìn)行三維數(shù)據(jù)瀏覽、搜索定位、場景控制和圖層控制。uniscope作為三維數(shù)據(jù)承載平臺，是基于linux系統(tǒng)開發(fā)的基于網(wǎng)絡(luò)基層平臺，它具有高安全性、高性能、高可用性，采用多級金字塔結(jié)構(gòu)對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，能夠承載海量空間數(shù)據(jù)的三維數(shù)字城市（包括DEM和DOM）。

城市規(guī)劃三維輔助審批系統(tǒng)軟件直接調(diào)用uniscope中的三維數(shù)據(jù)庫，同時導(dǎo)入方案模型、建立工程，實現(xiàn)對三維數(shù)字城市進(jìn)行規(guī)劃分析、條件查詢、規(guī)劃審批、定位查詢、拆遷分析等城市規(guī)劃管理的工作，進(jìn)而提供一定的分析和輔助決策功能。

3 應(yīng)用

三維城市可輔助進(jìn)行城市規(guī)劃設(shè)計、城市規(guī)劃的審批、城市規(guī)劃批后管理工作。管理人員可以按照相關(guān)工作需要，直接利用系統(tǒng)中的海量三維數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計、分析輔助決策，進(jìn)而避免了繁重的數(shù)據(jù)調(diào)查和資料搜集的工作。同時系統(tǒng)可將分析的結(jié)果可視化的展示出來，其直觀性遠(yuǎn)優(yōu)于原始的管理手段，使得規(guī)劃審批的成果更接近于建設(shè)后真實效果。

3.1 規(guī)劃審批方面

在規(guī)劃申請階段，需要相關(guān)單位提供建設(shè)用地需求申請、目標(biāo)地塊要求以及建設(shè)方案的電子化數(shù)據(jù)，管理工作人員可以在系統(tǒng)中通過查詢規(guī)劃條件（如地塊位置，區(qū)域控高等）快速完成規(guī)劃選址工作。

在規(guī)劃方案審批階段，可在三維系統(tǒng)環(huán)境中導(dǎo)入申請單位提供的電子化方案數(shù)據(jù)、規(guī)劃紅線以及建筑退距線等矢量數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行建筑定位圖的校核（如圖4），以及建筑初復(fù)驗的對比（如圖5），確定該方案或該建筑與周邊的各類要素之間的間距是否滿足規(guī)劃審批的要求，以及方案與周邊環(huán)境的融合效果是否滿足城市規(guī)劃整體性的需要。還可以實現(xiàn)多個不同的設(shè)計方案同時對比，從而為規(guī)劃審批工作提供更加直觀的參考依據(jù)（如圖6）。

圖4 建筑定位圖校核效果圖

圖5 建筑初復(fù)驗對比效果圖

圖6 方案對比效果圖

3.2 其他規(guī)劃管理方面

城市規(guī)劃三維輔助審批系統(tǒng)提供了其他相關(guān)的規(guī)劃管理輔助工具、日照分析、城市拆遷輔助分析、街道剖面圖等功能。規(guī)劃管理輔助工具可以滿足建筑或者地形任意空間的量測；日照分析幫助查看任意時段建筑物之間的陽光遮擋情況；城市拆遷輔助分析提供的建筑屬性可以輔助管理人員快速的計算出某個范圍內(nèi)概略的拆遷成本；街道剖面圖（如圖7）提供了更為直觀的某條街道上所有建筑物某個方向上的外立面情況以及建筑之間的位置關(guān)系。這些功能和應(yīng)用都為城市規(guī)劃工程、市政樓體美化工程等提供了快速而準(zhǔn)確的參考資料。

圖7 三維街道剖面圖

除了上述規(guī)劃審批管理之外，三維數(shù)字城市也逐步廣泛應(yīng)用到公安、消防、醫(yī)療等城市應(yīng)急指揮工作中，以及國土資源管理、數(shù)字旅游、舊城改造、交通管理、環(huán)境保護(hù)等其他城市管理工作中。

4 三維城市輔助規(guī)劃思考

江西省國土資源勘測規(guī)劃院建設(shè)的三維城市系統(tǒng)在城市規(guī)劃管理工作中初見成效，以其可視化、仿真度高、時效性強(qiáng)等特點，在很大程度上提高了規(guī)劃管理工作的科學(xué)性和工作效率。但目前的三維城市輔助規(guī)劃系統(tǒng)也存在著一定的局限。具體情況如下：

(1)三維建模生產(chǎn)自動化程度仍需提高。目前精細(xì)化三維建模數(shù)據(jù)的生產(chǎn)主要以人工處理為主，其生產(chǎn)效率相對較低，需投入大量人力才能滿足大規(guī)模的三維城市快速建模及動態(tài)更新的生產(chǎn)要求。雖然國內(nèi)外已研制出基于傾斜攝影測量技術(shù)的街景工廠處理系統(tǒng)，能夠提高粗略建模的生產(chǎn)效率，但其模型的精細(xì)化程度還有待提高。因此，如何提高三維建模自動化程度并滿足模型精細(xì)化需要將成為主要解決的問題。

(2)二維地理信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與三維輔助規(guī)劃管理系統(tǒng)結(jié)合緊密度不高。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是城市相關(guān)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的核心，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)是三維輔助規(guī)劃管理系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)來源，其存儲內(nèi)容包括矢量數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、地名地址等。因此，應(yīng)實現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與三維輔助規(guī)劃系統(tǒng)的互聯(lián)互通，可利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行實體框架要素提取、快速建模、自動轉(zhuǎn)換發(fā)布，從而提高規(guī)劃參考數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率；可利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的屬性信息，進(jìn)行人口密度、居民區(qū)配套設(shè)施分布、交通便利情況等多種重要數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，輔助進(jìn)行規(guī)劃決策；可利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)的展現(xiàn)一定時期內(nèi)城市建設(shè)的發(fā)展歷程，便于統(tǒng)計、分析城市規(guī)劃工作成果。

(3)城市規(guī)劃管理可以輔助動態(tài)監(jiān)測及智能預(yù)警。城市規(guī)劃管理不僅僅局限于用地申請、方案審批等工作，也包括審批后的建設(shè)用地使用狀態(tài)、建設(shè)方案執(zhí)行情況等，從而實現(xiàn)對規(guī)劃用地從申請、審批到使用等的動態(tài)監(jiān)測，并對使用過程中存在逾期未開發(fā)、建設(shè)違規(guī)等情況建立智能預(yù)警機(jī)制，從而加強(qiáng)城市規(guī)劃管理工作。

5 結(jié)束語

通過江西省國土資源勘測規(guī)劃院實驗區(qū)三維城市建設(shè)項目的探索，充分驗證了三維數(shù)據(jù)在城市管理工作中的應(yīng)用效果，其可視化、高仿真和精確性的特點，提升了城市管理工作中的直觀性、科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。但是，它也存在諸如三維建模的自動化程度不高、生產(chǎn)效率低的問題，極大地影響著三維城市的建設(shè)速度，所以仍需建立一套完善的城市規(guī)劃數(shù)據(jù)管理體系，在與城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、三維城市輔助城市規(guī)劃管理系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通方面，需要進(jìn)一步探索研究。

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