馬 濤，梁 磊，陳宏宇

（1.眉山市城鄉(xiāng)規(guī)劃局，四川 眉山 620020；2.四川省第二測(cè)繪地理信息工程院，四川 成都 610100）

基于服務(wù)共享的三維規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)及其應(yīng)用

馬 濤1，梁 磊2，陳宏宇1

（1.眉山市城鄉(xiāng)規(guī)劃局，四川 眉山 620020；2.四川省第二測(cè)繪地理信息工程院，四川 成都 610100）

針對(duì)當(dāng)前規(guī)劃業(yè)務(wù)三維模型數(shù)據(jù)共享困難、模型更新機(jī)制不足等問題，通過對(duì)三維模型精細(xì)程度劃分及覆蓋策略，模型數(shù)據(jù)分層及三維數(shù)據(jù)組織等關(guān)鍵技術(shù)的研究，基于地理信息公共平臺(tái)發(fā)布數(shù)據(jù)共享服務(wù)，結(jié)合規(guī)劃行業(yè)業(yè)務(wù)需求，采用．NET編程技術(shù)、二三維開發(fā)組件技術(shù)，編程實(shí)現(xiàn)了三維規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)；并以眉山市主城區(qū)為實(shí)驗(yàn)區(qū)驗(yàn)證其適用性。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)在一定程度上提高了規(guī)劃單位城市規(guī)劃管理業(yè)務(wù)處理的工作效率和信息化管理水平。

模型分層；三維模型數(shù)據(jù)組織；地理信息公共平臺(tái)；規(guī)劃管理

近年來，隨著國(guó)內(nèi)城市建設(shè)的高速發(fā)展，對(duì)城市規(guī)劃業(yè)務(wù)提出了新的需求。傳統(tǒng)的城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)是通過規(guī)劃設(shè)計(jì)平面圖、效果圖、沙盤模型和三維動(dòng)畫來展示規(guī)劃設(shè)計(jì)成果的，這種方式在設(shè)計(jì)時(shí)需要從圖紙中采集大量指標(biāo)數(shù)據(jù)，手工計(jì)算量大，計(jì)算結(jié)果不可視，設(shè)計(jì)過程和規(guī)劃決策效率低。因此，應(yīng)用 Web技術(shù)、GIS技術(shù)、遙感技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)建設(shè)輔助城市規(guī)劃的三維地理信息系統(tǒng)，在虛擬的三維環(huán)境中，用動(dòng)態(tài)和交互的方式進(jìn)行城市規(guī)劃和管理，對(duì)構(gòu)建城市數(shù)字化應(yīng)用有著重要的意義[1]。

近年來，針對(duì)三維規(guī)劃輔助決策的研究較為廣泛，如文獻(xiàn)[2]～[4]。他們對(duì)基于三維規(guī)劃輔助管理的研究相對(duì)深入，但對(duì)規(guī)劃業(yè)務(wù)的三維模型數(shù)據(jù)共享以及模型更新等方面研究不足。

本文在地理信息公共平臺(tái)提供的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)共享服務(wù)和三維模型數(shù)據(jù)共享服務(wù)基礎(chǔ)上，結(jié)合規(guī)劃部門業(yè)務(wù)流程需求，運(yùn)用空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理和網(wǎng)絡(luò)信息等技術(shù)，開發(fā)了一個(gè)集數(shù)據(jù)采集、城市地物三維建模、三維可視化管理分析、城市規(guī)劃管理業(yè)務(wù)處理一體化的信息管理系統(tǒng)，為城市規(guī)劃管理部門和社會(huì)公眾提供具有真實(shí)感、數(shù)字化的城市空間信息，以實(shí)現(xiàn)城市三維模擬，從而滿足現(xiàn)代城市精細(xì)管理的要求，實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃管理支持，輔助規(guī)劃決策。

1 數(shù)據(jù)組織管理

1.1 三維模型精細(xì)程度劃分及覆蓋策略

城市三維模型數(shù)據(jù)的生產(chǎn)分為三維地形建模、重點(diǎn)區(qū)域標(biāo)志性建筑的精細(xì)建模和大區(qū)域建筑群的簡(jiǎn)單建模；地形模型用兩個(gè)精度級(jí)別表示。三維地形建模采用DEM數(shù)據(jù)與航片或DOM數(shù)據(jù)疊加生成，從1∶500 地形圖提取高程點(diǎn)、房屋邊線、水涯線、斜坡坡頂線、斜坡坡腳線、上堡坎線和下堡坎線等數(shù)據(jù)，人工交互構(gòu)建三維地形模型。重點(diǎn)區(qū)域標(biāo)志性建筑是指城市中的一些重點(diǎn)建筑物，包括城市中知名度高的名勝古跡、地標(biāo)性建筑、城市中主干道兩旁的主要建筑物、主干路十字路口的主要建筑等；在建模時(shí)需重點(diǎn)突出表現(xiàn)，保證模型能準(zhǔn)確地表現(xiàn)建筑物的幾何實(shí)體結(jié)構(gòu)和重要細(xì)節(jié)。大區(qū)域建筑群的簡(jiǎn)單建模是通過體塊模型表示，用算法批量建立體塊模型，保證大規(guī)模三維模型在平臺(tái)上運(yùn)行的流暢性[4]。

1.2 三維模型分層組織策略

三維仿真模型在分塊的基礎(chǔ)上需按層來管理，既便于模型數(shù)據(jù)的查詢和分析，又便于場(chǎng)景的調(diào)度和管理，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的目錄管理和分層顯示。城市三維模型包括地形模型、建筑模型、道路模型、水系模型、植被模型、地下空間設(shè)施模型以及其他模型等[5]，分層如表1所示。

表1 三維模型數(shù)據(jù)分層

1.3 三維模型建庫(kù)及更新策略

由于采用文件方式管理模型數(shù)據(jù)缺乏基本的查詢和統(tǒng)計(jì)分析功能，難以實(shí)現(xiàn)模型的高效管理，本文將FTP服務(wù)器結(jié)合模型目錄索引實(shí)現(xiàn)了模型的快速查詢和統(tǒng)計(jì)。

根據(jù)建筑模型類別，結(jié)合模型精細(xì)程度、所屬行政區(qū)劃和現(xiàn)勢(shì)性、模型編號(hào)等建立文件數(shù)據(jù)庫(kù)，考慮到模型文件數(shù)據(jù)量較大，且主要是針對(duì)中心城區(qū)建筑的模型，因此采用分區(qū)的方式進(jìn)行存儲(chǔ)管理，以限制單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表數(shù)據(jù)量的大小。采用FTP服務(wù)器分類分級(jí)分區(qū)的方式進(jìn)行組織，對(duì)三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化統(tǒng)一整理，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在文件數(shù)據(jù)庫(kù)。由于FTP服務(wù)器采用文件存儲(chǔ)目錄結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)，因此需要考慮設(shè)計(jì)一個(gè)良好的文件目錄檢索機(jī)制，以便對(duì)文件目錄進(jìn)行快速高效的檢索。對(duì)于地形模型等空間成果數(shù)據(jù)，根據(jù)模型精細(xì)程度、所屬行政區(qū)劃和現(xiàn)勢(shì)性、模型編號(hào)建立要素類，并結(jié)合關(guān)聯(lián)ID建立空間目錄索引，實(shí)現(xiàn)方便快捷地查詢統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)覆蓋范圍情況的目的?？臻g目錄數(shù)據(jù)庫(kù)基于大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle存儲(chǔ)和管理，以ArcSDE為空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，空間目錄數(shù)據(jù)采用SDE的要素類形式存儲(chǔ)，每個(gè)區(qū)域、類別的數(shù)據(jù)都是一個(gè)要素類，具體流程如圖1所示 。

圖1 三維模型建庫(kù)流程

對(duì)于小面積的或平面精度要求較高的區(qū)域，利用已有的地形圖數(shù)據(jù)、二維規(guī)劃數(shù)據(jù)，通過外業(yè)采集建筑物的平面位置坐標(biāo)、高程數(shù)據(jù)和側(cè)面紋理；再采用建模軟件完成城市三維模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)；然后根據(jù)建筑類別、所屬區(qū)劃，更新替換文件庫(kù)的原始模型。對(duì)于新增規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目，通過建設(shè)單位提供的三維電子報(bào)建，完成局部更新[6]。

1.4 規(guī)劃業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)管理

城市規(guī)劃數(shù)據(jù)包括規(guī)劃成果數(shù)據(jù)、規(guī)劃審批數(shù)據(jù)和綜合管線數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)主要是以紙質(zhì)或AutoCAD形式存儲(chǔ)，需要將規(guī)劃業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)通用格式，方便各業(yè)務(wù)系統(tǒng)調(diào)用。規(guī)劃業(yè)務(wù)所需空間數(shù)據(jù)包括二維基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)、正射影像、DEM以及三維模型數(shù)據(jù)等，采用分層管理模式存儲(chǔ)，二維數(shù)據(jù)與三維數(shù)據(jù)通過要素ID關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)二三維一體化管理[7]。

2 空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口

2.1 網(wǎng)絡(luò)影像服務(wù)接口

網(wǎng)絡(luò)影像服務(wù)（WMS）屬于OGC標(biāo)準(zhǔn)之一。此標(biāo)準(zhǔn)主要定義了用于創(chuàng)建和顯示地圖圖像的三大操作：GetCapabilities 、GetMap和GetFeaturelnfo；其中GetMap為核心操作。系統(tǒng)涉及到的數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)、航攝影像及衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)一的開放的WMS接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新和交換，并能基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)的地理信息共享分發(fā)服務(wù)[8]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)矢量數(shù)據(jù)服務(wù)接口

網(wǎng)絡(luò)矢量數(shù)據(jù)服務(wù)（WFS）的提出，是為了規(guī)范對(duì)OpenGIS簡(jiǎn)單要素的數(shù)據(jù)編輯操作，從而使得服務(wù)器端和客戶端能夠在要素層面進(jìn)行“通信”[8]。與返回地圖圖像的OGCWeb地圖服務(wù)不同，WFS服務(wù)返回的是帶有幾何屬性的實(shí)際要素，利用WFS接口實(shí)現(xiàn)規(guī)劃業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)發(fā)布，并結(jié)合用戶驗(yàn)證Token，使得擁有相應(yīng)權(quán)限的用戶才能將這些要素與屬性用于任何類型的地理空間分析。

2.3 三維空間數(shù)據(jù)服務(wù)接口

在三維地理信息領(lǐng)域，基于服務(wù)的共享，統(tǒng)一的OGC標(biāo)準(zhǔn)尚未正式發(fā)布，不同的三維平臺(tái)有各自的三維服務(wù)接口，本系統(tǒng)采用Skyline的TerraBuilder對(duì)多種格式的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和集成，不限大小和分辨率，通過統(tǒng)一坐標(biāo)系定位，創(chuàng)建一個(gè)單一的優(yōu)化的MPT場(chǎng)景文件，便于以流方式發(fā)布三維數(shù)據(jù)集。通過SFS能把shapefile、SDE、Oracle和SQL Server等矢量文件或數(shù)據(jù)表發(fā)布成WFS服務(wù)，可把影像發(fā)布成WMS服務(wù)。在建好Data Source后可以作為一個(gè)單獨(dú)的文件圖層進(jìn)行查看和疊加分析。

3 三維規(guī)劃輔助管理機(jī)制

規(guī)劃行政主管部門對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃管理工作主要包括建筑工程選址規(guī)劃管理、建設(shè)工程用地規(guī)劃管理、建設(shè)工程規(guī)劃管理和建設(shè)工程竣工核實(shí)管理4部分。基于三維規(guī)劃輔助系統(tǒng)，以這4項(xiàng)管理工作的應(yīng)用需求為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行功能開發(fā)，使規(guī)劃管理業(yè)務(wù)流程與平臺(tái)有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)了三維可視化項(xiàng)目選址及用地管理、工程項(xiàng)目建設(shè)方案三維電子報(bào)建審批和工程項(xiàng)目竣工后三維規(guī)劃核實(shí)管理[4]?；谄脚_(tái)的規(guī)劃行政管理業(yè)務(wù)流程如圖2 所示。

圖2 規(guī)劃行政管理業(yè)務(wù)流程

4 技術(shù)路線

技術(shù)路線主要包括數(shù)據(jù)生產(chǎn)、數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布和系統(tǒng)研發(fā)等。首先對(duì)三維建模區(qū)域進(jìn)行資料收集、劃分模型和外業(yè)采集等，完成三維模型數(shù)據(jù)的生產(chǎn)及建庫(kù)；然后將規(guī)劃業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)整合到地理信息公共平臺(tái)中，通過平臺(tái)發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù)接口；最后結(jié)合規(guī)劃行業(yè)業(yè)務(wù)需求采用．NET編程技術(shù)和二三維開發(fā)組件技術(shù)，編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，技術(shù)路線如圖3所示。

圖3 技術(shù)路線圖

5 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)路線和編程技術(shù)，以眉山市地理信息公共平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，研發(fā)實(shí)現(xiàn)了三維規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了二維地圖與三維場(chǎng)景的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)、規(guī)委會(huì)方案評(píng)審及決策、規(guī)劃管理、三維場(chǎng)景快捷瀏覽和查詢、三維模擬、大數(shù)據(jù)量的分析與統(tǒng)計(jì)等功能。系統(tǒng)初始化加載眉山市主城區(qū)三維模型數(shù)據(jù)和影像地圖。圖4為數(shù)據(jù)管理界面，該模塊主要實(shí)現(xiàn)紅線管理、地名搜索和加載遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)功能。圖5為輔助決策界面，該模塊提供方案對(duì)比功能，調(diào)用三維場(chǎng)景并加載建筑單體方案三維模型，可對(duì)不同的單體方案進(jìn)行多屏比較和聯(lián)動(dòng)，輔助業(yè)務(wù)處室審批人員決策。

圖4 紅線管理界面

圖5 方案對(duì)比界面

[1] 龔競(jìng),張新長(zhǎng),唐楨．三維城市規(guī)劃輔助審批系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究[J]．測(cè)繪通報(bào),2010(6)∶51-53

[2] 李德仁,趙中元,趙萍．城市規(guī)劃三維決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2011,36(5)∶507-508

[3] 唐楨,張新長(zhǎng),曹凱濱．基于Skyline的三維技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用研究[J]．測(cè)繪通報(bào),2010(5)∶10-11

[4] 王昌翰．面向規(guī)劃管理的重慶都市區(qū)三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)[J]．測(cè)繪通報(bào),2014(2)∶107-108

[5] 萬幼,邊馥苓． 二三維聯(lián)動(dòng)的 GIS 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建技術(shù)[J]．地理信息世界,2008(2)∶48-52

[6] 馮琰,郭容寰,汪旻琦,等．三維城市模型數(shù)據(jù)組織與管理方法研究[J]．測(cè)繪科學(xué),2011,36(1)∶215-217

[7] 危擁軍．三維 GIS 數(shù)據(jù)組織管理及符號(hào)化表示研究[D]．鄭州∶信息工程大學(xué),2006

[8] 李鴻祥．三維城市規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．廈門∶廈門大學(xué),2013

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B

1672-4623（2016）09-0035-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.09.011

馬濤，工程師，注冊(cè)測(cè)繪師，主要研究方向?yàn)槌鞘幸?guī)劃和數(shù)字城市應(yīng)用。

2015-07-03。

項(xiàng)目來源：數(shù)字制圖與國(guó)土信息應(yīng)用工程國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目（DM2014SC08）。