張佳麗 何寶金(.無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基礎(chǔ)部， 江蘇 無錫 4； .無錫市規(guī)劃局， 江蘇 無錫 43)

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基于skyline的三維城市規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)構(gòu)建
——以無錫市為例

張佳麗1何寶金2
(1.無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基礎(chǔ)部， 江蘇 無錫 214121； 2.無錫市規(guī)劃局， 江蘇 無錫 214131)

隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的飛速發(fā)展和三維GIS(Geographic Information System)的不斷進(jìn)步，利用個(gè)人電腦作為客戶端運(yùn)行復(fù)雜的三維圖形圖像正在逐步普及。在城市規(guī)劃管理領(lǐng)域，傳統(tǒng)規(guī)劃管理手段正在發(fā)生著變革，其中利用三維GIS實(shí)現(xiàn)規(guī)劃成果管理、規(guī)劃方案審批是一個(gè)重要發(fā)展方向。本文結(jié)合無錫市城市規(guī)劃管理中遇到的問題，研發(fā)了基于skyline的城市規(guī)劃管理三維輔助決策系統(tǒng)。研究表明，利用三維GIS系統(tǒng)可以很好地解決城市規(guī)劃管理中可視化、定量化等技術(shù)難題，通過虛擬決策，可以使管理更加科學(xué)規(guī)范。

規(guī)劃管理； 輔助決策； skyline

城市規(guī)劃領(lǐng)域是地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，簡稱GIS)最早的應(yīng)用領(lǐng)域之一[1]。20世紀(jì)70年代，國外已經(jīng)開始在規(guī)劃行業(yè)使用地理信息系統(tǒng)解決規(guī)劃選址和布局的合理性問題[2]。國內(nèi)規(guī)劃行業(yè)在20世紀(jì)90年代后進(jìn)行了大規(guī)模的信息化建設(shè)[3]，先后引入了地理信息系統(tǒng)，辦公自動化系統(tǒng)等，并有了零星的一些GIS應(yīng)用[4]，信息化建設(shè)顯著提高了規(guī)劃行業(yè)的管理水平[5]。無錫市于1998年開展了航拍，形成了一批正攝影像數(shù)據(jù)成果。此后，政府不斷加大信息化的投入和系統(tǒng)建設(shè)，陸續(xù)建成了規(guī)劃業(yè)務(wù)辦公系統(tǒng)、業(yè)務(wù)圖形系統(tǒng)、政務(wù)網(wǎng)子系統(tǒng)、規(guī)劃成果管理等多個(gè)子系統(tǒng)，如圖1所示。數(shù)據(jù)的信息化和管理的信息化極大地改善了辦公環(huán)境，提高了政府部門的辦事效率，推進(jìn)了管理的規(guī)范化和服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化。近年來，隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，如何利用已有數(shù)據(jù)、系統(tǒng)建設(shè)成果，結(jié)合最新的三維可視化技術(shù)和地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理手段，提高規(guī)劃管理中的三維可視化水平，促進(jìn)規(guī)劃管理決策的科學(xué)性和規(guī)范性成為迫切需要研究解決的問題。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

城市規(guī)劃管理中遇到數(shù)據(jù)紛繁復(fù)雜，主要分為基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)、規(guī)劃成果數(shù)據(jù)、規(guī)劃審批數(shù)據(jù)三部分。其中基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)主要包括地形圖、管線普查圖等；規(guī)劃成果數(shù)據(jù)主要包括城市總體規(guī)劃、專項(xiàng)規(guī)劃、控制性詳細(xì)規(guī)劃和城市設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；規(guī)劃審批主要包括“一書三證”審批數(shù)據(jù)[6]。從數(shù)據(jù)格式上劃分可以分為矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和文檔數(shù)據(jù)。系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，通過信息化建設(shè)，無錫已建設(shè)了地形圖數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，主要完成對1∶500、1∶1 000、1∶2 000、1：5 000、1:10 000等數(shù)據(jù)的管理和更新。規(guī)劃成果管理信息系統(tǒng)，主要完成對規(guī)劃成果中CAD數(shù)據(jù)與GIS的銜接轉(zhuǎn)換以及文檔數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。規(guī)劃審批系統(tǒng)主要包括電子報(bào)建管理和“一書三證”規(guī)劃審批管理。三維城市規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)建設(shè)的原則既要高屋建瓴、統(tǒng)攬全局，又不能與現(xiàn)有系統(tǒng)割裂脫離。因此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要解決三個(gè)重點(diǎn)問題：一是實(shí)現(xiàn)三維可視化交互；二是實(shí)現(xiàn)與已有系統(tǒng)的無縫集成；三是實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的巧妙銜接。

通過對市場主流三維GIS中三維可視化性能以及易拓展性的篩選，無錫市最終選擇了美國的Skyline系列產(chǎn)品。Skyline系列軟件是一款性能優(yōu)異的三維地理信息系統(tǒng)軟件，它既可以實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)二維地理信息系統(tǒng)的支持，又能利用最新的計(jì)算機(jī)三維技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在三維環(huán)境中的數(shù)據(jù)交互。Skyline主要由三個(gè)相互獨(dú)立的子系統(tǒng)構(gòu)成: TerraBuilder、TerraExplorer Pro和TerraGate。其中TerraBuilder是底圖編輯軟件，可以融合大量的影像、高程和矢量數(shù)據(jù),以此創(chuàng)建有精確坐標(biāo)的三維模型地形數(shù)據(jù)庫；TerraExplorer Pro是一款桌面應(yīng)用程序,用戶可以瀏覽分析調(diào)入三維場景,并對其進(jìn)行編輯；Terragate是一款服務(wù)器發(fā)布程序，可以用來發(fā)布三維場景。

三維城市規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)采用B/S2結(jié)構(gòu)，由IE作為客戶端，內(nèi)嵌skyline窗口組件；服務(wù)器采用IIS 6.0 (Internet Information Server)。開發(fā)環(huán)境采用Visual Studio 2008,開發(fā)語言以C#為主，系統(tǒng)流程如圖2所示，通過TerraBuilder將無錫市1622平方公里DEM(Digital Elevation Model,數(shù)字高程模型)、航拍影像(與Spot影像疊置)生成全市三維場景底圖，在TerraExplorerPro中進(jìn)一步編輯、設(shè)置主要精細(xì)模型的載入情況；在VS 2008中開發(fā)程序功能；最后利用TerraGate 發(fā)布。系統(tǒng)通過調(diào)用其他數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供的Web Service接口，實(shí)現(xiàn)了規(guī)劃成果指標(biāo)比對、方案對比分析、控規(guī)限高分析、管線及道路斷面自動生成、管線開挖、爆管分析以及調(diào)用的其他系統(tǒng)的功能。

圖2 系統(tǒng)流程

2 關(guān)鍵技術(shù)

三維城市規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)，是一項(xiàng)高難度、高復(fù)雜性并重的工作，數(shù)據(jù)制作和系統(tǒng)開發(fā)都非常重要。概括起來，涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)如下：

2.1 數(shù)字建模技術(shù)

建模是決定三維場景是否逼真的關(guān)鍵，其中地形建模是建設(shè)整個(gè)三維場景的基礎(chǔ)，建筑物建模是關(guān)鍵。首先需要準(zhǔn)備生成數(shù)字高程模型。本文擬從地形圖中提取高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，剔除變異點(diǎn)后，通過ArcGis空間插值，得到全無錫市數(shù)字高程模型；通過對航拍影像和spot衛(wèi)星全彩影像進(jìn)行糾正和投影變換，使其吻合無錫市城市坐標(biāo)系統(tǒng)。在TerraBuilder軟件中,引入數(shù)字高程模型，并疊加數(shù)字航拍影像和Spot衛(wèi)星影像，生成Mpt文件，作為表達(dá)地形起伏和地面文理的地形數(shù)據(jù)集。建筑物建模是生成整個(gè)三維數(shù)據(jù)場景的關(guān)鍵。本文通過多次試驗(yàn)，將建筑物模型分為三種：精細(xì)模型、矢量精細(xì)模型、白模。其中精細(xì)模型是通過三維編輯軟件(3dmax或者sketch up等)，根據(jù)真實(shí)建筑物繪制，一般是地標(biāo)性建筑。精細(xì)模型具有面多、貼圖精細(xì)、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，要通過設(shè)置LOD顯示和設(shè)置動態(tài)載入降低對整個(gè)系統(tǒng)資源的消耗。本文中對全市的精細(xì)模型主要包括解放環(huán)路內(nèi)、太湖新城部分、代表性社區(qū)精細(xì)模型構(gòu)建；矢量精細(xì)模型，是指根據(jù)地形圖中建筑圖層進(jìn)行提取，然后按照層高數(shù)據(jù)，以平均層高3米計(jì)算，自動拔高生成三維模型后，動態(tài)加載通用貼圖后形成的模型。該模型有一定的失真，但是基本能模擬大區(qū)域建筑分布及風(fēng)貌特點(diǎn)；白模和矢量精細(xì)模型生成過程一樣，只對模型表面顏色進(jìn)行渲染不貼圖。白模和矢量精細(xì)模型是整個(gè)三維場景的主要組成部分，他們具有靈活多變、數(shù)據(jù)量小等特點(diǎn)。

2.3 系統(tǒng)開發(fā)

系統(tǒng)開發(fā)是實(shí)現(xiàn)三維城市規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)的關(guān)鍵。本文所指的系統(tǒng)開發(fā)主要包括數(shù)據(jù)訪問和系統(tǒng)集成兩個(gè)部分。其中數(shù)據(jù)訪問指的是開發(fā)與已有的地形圖管理信息系統(tǒng)、規(guī)劃成果管理信息系統(tǒng)以及規(guī)劃審批管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換接口；系統(tǒng)集成是指通過TerraExplorer在Visual Studio 2008的二次開發(fā)，使其具備規(guī)劃成果指標(biāo)比對、方案對比分析、控規(guī)限高分析、管線及道路斷面自動生成、管線開挖、爆管分析等系統(tǒng)功能。數(shù)據(jù)訪問主要通過開發(fā)Web Service服務(wù)，系統(tǒng)功能開發(fā)主要通過Vs.net環(huán)境中在網(wǎng)頁窗體中引入對象，然后在開發(fā)環(huán)境中實(shí)例化，后續(xù)調(diào)用相應(yīng)的類庫即可實(shí)現(xiàn)調(diào)用Skyline二次開發(fā)相應(yīng)功能。

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，開發(fā)建設(shè)的無錫市城市規(guī)劃三維輔助決策信息系統(tǒng)，內(nèi)嵌在規(guī)劃管理辦公系統(tǒng)中。用戶可以通過規(guī)劃管理辦公系統(tǒng)，直接通過瀏覽器客戶端瀏覽無錫市三維城市景觀、規(guī)劃成果數(shù)據(jù)、規(guī)劃成果數(shù)據(jù)、規(guī)劃報(bào)批數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)有三維場景的調(diào)入調(diào)出;三維場景中的距離、面積量；地形中的等高線分析、坡度、坡向分析、地形調(diào)整、土方計(jì)算分析等；視線中的視線、視野分析，日照分析等；控規(guī)中的限高分析、紅線后退分析以及指標(biāo)(容積率、建筑密度、綠地率等)的計(jì)算、建筑方案調(diào)整等；模型的導(dǎo)入及輔助設(shè)計(jì)等；管線的自動生成、開挖模擬、爆管分析、橫縱斷面生成等系列功能。通過三維城市規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)閱規(guī)劃審批方案，規(guī)劃方案對比分析查詢?nèi)莘e率、綠地率等相關(guān)控制指標(biāo)、動態(tài)調(diào)整建筑方案，計(jì)算日照時(shí)間；可以動態(tài)生成三維管線數(shù)據(jù)，模擬開挖，進(jìn)而生成橫斷面、縱斷面圖等。系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)，極大地方便了規(guī)劃業(yè)務(wù)的日常開展，較好地服務(wù)了規(guī)劃管理的整個(gè)過程。

三維輔助決策信息系統(tǒng)源于日常規(guī)劃管理的業(yè)務(wù)需求，主要用于解決規(guī)劃管理業(yè)務(wù)中“一書三證”規(guī)劃管理的輔助審批以及控制性詳細(xì)規(guī)劃成果、專項(xiàng)規(guī)劃成果、管線普查成果、地形地貌等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的動態(tài)獲取和直觀顯示。系統(tǒng)與電子報(bào)批系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、圖形管理信息系統(tǒng)無縫集成，內(nèi)嵌于OA系統(tǒng)內(nèi)部。圖3左為系統(tǒng)調(diào)取控制性詳細(xì)規(guī)劃的界面，控制性詳細(xì)規(guī)劃是規(guī)劃管理的法定依據(jù)，在日常規(guī)劃管理中尤為重要。其中顏色和填充代表不同的用地性質(zhì)，高度則代表不同的開發(fā)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)方法主要用以通過容積率乘以一定的系數(shù)進(jìn)行放大，取其上限或者下限用以展示，在三維輔助決策信息系統(tǒng)中該區(qū)域規(guī)劃開發(fā)強(qiáng)度一目了然；圖3右已審批方案的動態(tài)建模。審批成果是城市規(guī)劃管理中的重要數(shù)據(jù)，本圖為太湖新城金融街審批成果動態(tài)建模的展示，系統(tǒng)通過調(diào)閱審批方案，獲取建筑基底、高度、外立面材質(zhì)等數(shù)據(jù)后，通過系統(tǒng)拉伸動態(tài)生成模型并動態(tài)貼圖生成紋理，直觀顯示了規(guī)劃方案實(shí)施后的結(jié)果，對規(guī)劃的決策和后續(xù)的規(guī)劃審批可以起到一定的支持作用；圖4左展示主要為方案審批動態(tài)調(diào)整的過程展示，方案審批是規(guī)劃管理中的核心業(yè)務(wù)之一。本圖展示的為三維輔助決策規(guī)劃管理新系統(tǒng)中方案導(dǎo)入后，可以通過調(diào)整地形、建筑基底、朝向、層高、層數(shù)、外立面等指標(biāo)，不斷變換三維顯示效果，并結(jié)合日照分析效果，達(dá)到使方案不斷優(yōu)化的目標(biāo)；圖4右展示的為城市地下管線三維管理的過程。地下管線是城市的隱蔽工程，也是城市賴以生存和發(fā)展的生命線，管線的三維可視化相比其他來說就尤為重要。本圖顯示的為我市某一路段交叉口管線分布的三維圖，其中不同的顏色和填充代表不同類別的城市地下管線，通過動態(tài)生成三維管線圖，可以很好地了解地下管線管位分布情況，管線之間的水平和垂直間距情況，對地下管線項(xiàng)目的新建、改造都有很好的指導(dǎo)作用。

圖3 控規(guī)限高分析及動態(tài)建模

圖4 方案動態(tài)調(diào)整及管線審批

4 結(jié)語

本文通過對以Skyline軟件為代表的三維GIS在規(guī)劃管理中的探索和實(shí)踐，研究開發(fā)了利用WebService數(shù)據(jù)交換服務(wù)實(shí)現(xiàn)對既有系統(tǒng)改造，利用Skyline系統(tǒng)產(chǎn)品平臺成功構(gòu)建了三維城市規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)。實(shí)踐表明，通過WebService可以很好地整合既有系統(tǒng)數(shù)據(jù)，三維GIS開發(fā)的城市規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃管理中的規(guī)劃方案審查、控規(guī)指標(biāo)審查、管線開挖模擬審查等系統(tǒng)功能。當(dāng)然，三維GIS系統(tǒng)在規(guī)劃管理應(yīng)用中還有需要進(jìn)一步完善的地方，如大場景數(shù)據(jù)的動態(tài)載入的系統(tǒng)資源優(yōu)化問題、多用戶并發(fā)訪問效率降低問題，都需要進(jìn)一步研究解決，另外，辦公系統(tǒng)的權(quán)限節(jié)點(diǎn)控制也是下一步要研究解決的重點(diǎn)問題之一。

總之，利用三維GIS建設(shè)的三維城市規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)具有交互性好、可視化程度高、系統(tǒng)無縫集成等優(yōu)點(diǎn)，對于改變傳統(tǒng)的規(guī)劃管理方式，引導(dǎo)技術(shù)革新，提高工作效率，促進(jìn)規(guī)劃管理和審批的科學(xué)性、規(guī)范性都有著重要的價(jià)值和意義，必將在規(guī)劃管理領(lǐng)域中有著更加廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 吳志勇,呂萌麗.走向三維的城市規(guī)劃管理：以廣州市為例[J].規(guī)劃師, 2007, 23(7):68-71.

[2] 王小斐.淺談三維城市規(guī)劃管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J].城市建筑, 2014(6):23-23.

[3] 唐楨,張新長,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].測繪通報(bào): 2010(5):10-12.

[4] 黃夢龍. 基于三維GIS的城市規(guī)劃輔助決策技術(shù)研究[J].測繪與空間地理信, 2015(12):165-167.

[5] 方圓. 基于三維GIS的城市規(guī)劃輔助決策技術(shù)分析[J].城市建筑, 2016(9):364-364.

[6] 何寶金,黃永進(jìn),劉曉玫.規(guī)劃信息資源整合機(jī)制研究：以無錫市規(guī)劃資源網(wǎng)建設(shè)為例[J].規(guī)劃師論叢, 2011,4(1):104-105.

責(zé)任編輯 俞 林

The Construction of 3D Urban Planning Decision Assistant System Based on Skyline—A Case Study of Wuxi

ZHANGJiali1，HEBaojin2
(1. Department of Fundamental courses, Wuxi Institute of Technology, Wuxi 214121, China; 2. Wuxi Urban Planning Bureau, Wuxi 214131, China)

With the rapid development of computer hardware technology and continuous progress of three-dimensional GIS(Geographic Information System),using personal computers as clients to run complex 3D graphics computing are gradually popularized. In the field of urban planning and management, the traditional planning and management tools are changing, using three-dimensional GIS to achieve urban planning results management, urban planning approval is an important development direction. This paper aims to solve the problems encountered in the urban planning and management of Wuxi City, develops 3D urban planning and management decision making system based on Skyline. Research shows that the 3D GIS system can be used to solve the problems of urban planning and management, such as visualization, quantification and so on. Through the virtual decision-making, management can be more scientific and standardized.

urban planning management； dicision making assistant； skyline

2016-12-27

張佳麗(1982— )，女，山東濟(jì)寧人，碩士研究生，研究方向：教學(xué)管理及信息技術(shù)應(yīng)用； 何寶金(1982— )，男，山東汶上人，注冊城市規(guī)劃師，研究方向：城市規(guī)劃管理及信息技術(shù)應(yīng)用。

10.13750/j.cnki.issn.1671-7880.2017.02.013

P 208

A

1671-7880(2017)02-0050-04