丁愛民 （安慶市勘察測繪院，安徽 安慶 246000）

1 引言

長期以來，二維地圖是我們獲取地理信息的主要方式，隨著測繪技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，三維地理信息已然突破二維平面單調(diào)展示的束縛，平面拓展為立體，將地理空間現(xiàn)象以立體造型展現(xiàn)給用戶，清晰表達(dá)了自然資源空間及人類開發(fā)利用活動的空間位置關(guān)系，提供三維立體時空感受，更直觀、更真實、更能滿足復(fù)雜空間分析、關(guān)系管理和快速信息判讀的需要。

建設(shè)三維基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)及其展示分析能力，開發(fā)三維輔助規(guī)劃評審系統(tǒng)，旨在滿足規(guī)劃業(yè)務(wù)的相關(guān)需求，基于地理信息系統(tǒng)、遙感與虛擬現(xiàn)實等技術(shù)集成，將實景建筑運(yùn)用三維傾斜攝影技術(shù)建立三維實景模型，并集成地理信息底圖數(shù)據(jù)和規(guī)劃專題數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維地理信息場景，實現(xiàn)與規(guī)劃業(yè)務(wù)相關(guān)的GIS功能，從而為城市管理提供三維可視化的決策手段。

基于空間地理信息數(shù)據(jù)的三維輔助規(guī)劃評審系統(tǒng)，可實現(xiàn)包括日照分析、通視分析、剖面分析、可視域分析、天際線分析、限高分析、坡度坡向分析、淹沒分析等深入的空間分析服務(wù)，進(jìn)一步拓展自然資源空間一體化展示和分析能力。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)總體設(shè)計以一標(biāo)準(zhǔn)、一庫、一平臺建設(shè)為基本技術(shù)路線。一套標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)既包含二維、三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)和建庫，也包含業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定；一庫建設(shè)包含二維數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的建設(shè)，數(shù)據(jù)直接可實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫層級的互聯(lián)互通；一平臺建設(shè)基于底層數(shù)據(jù)支持完成二維、三維數(shù)據(jù)的發(fā)布共享，實現(xiàn)二、三維一體化集成應(yīng)用。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范制定

依據(jù)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，制定相應(yīng)的測繪數(shù)據(jù)生產(chǎn)、三維建模、建庫規(guī)范以及規(guī)劃成果提交標(biāo)準(zhǔn)，可以有效保證在整個空間地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)入庫、三維城市建模建庫以及規(guī)劃指標(biāo)審核過程中的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范性。主要內(nèi)容如下：

①空間地理信息數(shù)據(jù)規(guī)范；

②空間地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)規(guī)程；

③三維建模技術(shù)規(guī)程；

④三維數(shù)據(jù)建庫規(guī)范；

⑤總平面圖、建筑單體圖成果提交標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫采用基于Oracle和ESRI ArcGIS的應(yīng)用模式，實現(xiàn)對二、三維地理信息數(shù)據(jù)的存儲和管理?；A(chǔ)數(shù)據(jù)層采用Oracle+Arc SDE實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲；采用Arc SDE作為數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)成數(shù)據(jù)管理層；在數(shù)據(jù)應(yīng)用層則采用ArcEngine作為中間件建立的平臺，通過ArcSDE和ADO.NET訪問底層數(shù)據(jù)。

運(yùn)用分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)把數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用統(tǒng)一起來。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是一種抽象的集中數(shù)據(jù)管理方法，它通過集中實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，通過抽象達(dá)到數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。它向用戶提供一個聚合的、唯一的數(shù)據(jù)集合及其統(tǒng)一的管理方法，以適應(yīng)政府組織地域分散的需要，也是系統(tǒng)本身可靠性的保證。

數(shù)據(jù)庫主要內(nèi)容為現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫及規(guī)劃專題數(shù)據(jù)庫，如圖1所示。

現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫：包括影像數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀模型、紋理等。

規(guī)劃專題庫：包括規(guī)劃方案數(shù)據(jù)和紋理以及規(guī)劃專題數(shù)據(jù)等。

圖1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖

通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)方便、高效的管理，滿足查詢檢索、基本分析等功能。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)入庫與更新子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、地名數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)理子系統(tǒng)、元數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)和系統(tǒng)維護(hù)子系統(tǒng)等組成。

2.3 三維地理信息平臺設(shè)計

3DVP三維地理信息平臺采用工業(yè)圖形標(biāo)準(zhǔn)OpenGL為底層，基于3DVP Engine三維驅(qū)動，系統(tǒng)采用B/S和C/S混合架構(gòu)，包括基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、支撐層、服務(wù)層和應(yīng)用層。系統(tǒng)不僅支持桌面應(yīng)用，還支持C/S或B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，各類行業(yè)用戶可按照設(shè)定權(quán)限共享和使用數(shù)據(jù)。支持DEM、DOM、3DCM、矢量等多類數(shù)據(jù)融合顯示，具有沉浸式三維漫游、空間分析、效果展示等技術(shù)特性。支持開放底層SDKAPI接口，滿足二次開發(fā)應(yīng)用。

三維平臺采用組件式技術(shù)，瀏覽端采用Windows控件集成技術(shù)，使得平臺在C/S和B/S的核心框架得到統(tǒng)一，保障了平臺效率。另一方面，雖然windows操作系統(tǒng)本身基于安全原因針對IE瀏覽器有著一定的安全訪問限制，三維平臺采用緩存技術(shù)，并針對操作系統(tǒng)安全管理進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，使得因安全限制原因下降的效率降至最低。

基于松耦合的模塊組裝架構(gòu)設(shè)計，使系統(tǒng)的部署變得更加靈活，可以根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求對功能模塊進(jìn)行合理的拆分重組，形成滿足不同應(yīng)用需求的子系統(tǒng)。用戶還可以根據(jù)自身的需要，開發(fā)個性化的插件組件，該插件只需滿足系統(tǒng)接口即可，以插件的方式進(jìn)行開發(fā)，可以使系統(tǒng)如計算機(jī)硬件一樣做到“即插即用”。

此外，針對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，三維地形影像采用金字塔技術(shù)，滿足分級分區(qū)域快速網(wǎng)絡(luò)抽取加載，三維模型采用高效壓縮技術(shù)及紋理漸進(jìn)技術(shù)，同時結(jié)合客戶端的高效調(diào)度機(jī)制保障數(shù)據(jù)的快速傳輸。

基于以上技術(shù)手段，實現(xiàn)三維平臺可以滿足在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行三維數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)布影像、地形、三維模型、矢量等場景數(shù)據(jù)，并支持?jǐn)?shù)據(jù)多任務(wù)快速發(fā)布，提供支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)發(fā)功能，支持基于Windows系統(tǒng)IE 6.0（及其以上版本）瀏覽器。系統(tǒng)既能夠在政府100/1000Mbps專網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)布，也能夠支持互聯(lián)網(wǎng)條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。3DVP三維地理信息服務(wù)平臺架構(gòu)如圖2所示。

圖2 3DVP三維地理信息服務(wù)平臺架構(gòu)圖

3 三維輔助規(guī)劃評審系統(tǒng)功能實現(xiàn)

基于3DVP三維地理信息服務(wù)平臺開發(fā)的城市三維輔助規(guī)劃評審系統(tǒng)，針對規(guī)劃設(shè)計以及決策管理等對象需求，設(shè)計功能包括：基礎(chǔ)功能模塊、三維輔助規(guī)劃評審系統(tǒng)（規(guī)劃空間分析模塊、規(guī)劃方案管理模塊）和規(guī)劃核實系統(tǒng)。

3.1 基礎(chǔ)功能模塊

系統(tǒng)基礎(chǔ)功能主要包含場景瀏覽、路徑繪制、空間量算、標(biāo)注標(biāo)繪、圖層控制、特效模擬、場景輸出等功能，滿足城市級場景快速展示與漫游，能夠承載城市級精細(xì)模型的展示，包括靈活的、交互式的瀏覽漫游，信息查詢等。

3.2 三維輔助規(guī)劃評審系統(tǒng)

輔助規(guī)劃評審系統(tǒng)可以為決策管理者、設(shè)計師和專家等提供一個非常直觀、簡單易懂的業(yè)務(wù)操作平臺，系統(tǒng)以規(guī)劃設(shè)計方案及評審的真實城市為背景，在對方案中涉及的建筑和環(huán)境進(jìn)行建模后，可以對場景模型進(jìn)行由單個物體到整個場景、從點(diǎn)到面的準(zhǔn)確有效的分析。方便大型復(fù)雜工程項目的規(guī)劃、設(shè)計、報批與管理，三維場景的真實再現(xiàn)，有利于設(shè)計人員、領(lǐng)導(dǎo)決策者和其他參與者對各種規(guī)劃設(shè)計方案進(jìn)行輔助設(shè)計或最終的審定。三維輔助規(guī)劃評審功能結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 輔助規(guī)劃評審功能結(jié)構(gòu)圖

①規(guī)劃空間分析模塊，以豐富、真實的城市空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，進(jìn)行準(zhǔn)確、快速、有效的互動編輯、空間分析、協(xié)同設(shè)計、協(xié)同評審等操作，具體功能包括通視分析、視域分析、控高分析、退讓分析、斷面（天際線）分析和日照分析等如圖4、5、6、7、8、9 所示。

通視分析：檢測場景中兩點(diǎn)之間在直線方向上的可視性。

圖4 通視分析界面

視域分析：分析判斷當(dāng)前視點(diǎn)朝向一定位置的可視范圍內(nèi)的對象數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計。

圖5 視域分析界面

圖6 控高分析界面

圖7 退讓線分析界面

控高分析：判斷任一范圍內(nèi)的建筑對象是否滿足控制性高度規(guī)劃要求，對不滿足條件的建筑進(jìn)行統(tǒng)計。

退讓分析：對規(guī)劃控制線(紅線、綠線、紫線、橙線、藍(lán)線、黃線等)的退讓距離進(jìn)行分析統(tǒng)計，是否滿足規(guī)劃需求。

斷面分析：通過繪制起始點(diǎn)間的線段范圍，生成該線路沿線的建筑天際線，用于輔助城市設(shè)計、控制沿街（江、海岸線）景觀等。

圖8 斷面分析界面

日照分析（日照模擬）：設(shè)定場景中某幢建筑的某個窗戶，系統(tǒng)模擬日照陰影效果，通過計算指定時刻太陽的高度角，計算太陽入射角，顯示建筑的陰影。支持實時定點(diǎn)日照時長分析。

②規(guī)劃方案管理模塊實現(xiàn)在三維場景中，能任意提取對象或建立方案管理對象，對多方案進(jìn)行有效的管理，功能包括方案導(dǎo)入定位、方案調(diào)整和多方案對比分析。其業(yè)務(wù)流程與功能如圖10、11、12、13所示。

圖9 日照分析界面

圖10 業(yè)務(wù)流程圖

方案導(dǎo)入定位：對新提交的單體建筑模型數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，對不符合要求的數(shù)據(jù)提供修改手段和方法，將符合系統(tǒng)要求的方案數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入到三維場景中，進(jìn)行審批前期處理。支持同一位置多個方案的導(dǎo)入。對于場景中已經(jīng)存在的方案，能夠通過快速定位的方式找到選定的方案，方便決策者在多個方案之間進(jìn)行定位切換。

圖11 方案導(dǎo)入定位界面

方案調(diào)整：系統(tǒng)除了增加、刪除方案外，可對當(dāng)前方案進(jìn)行體量、朝向、材質(zhì)、棟數(shù)、高度等信息進(jìn)行調(diào)整。

圖12 方案調(diào)整界面

多方案對比分析：通過雙屏方式，左右屏分別展示不同方案，進(jìn)行比較分析。

圖13 分屏對比界面

3.3 規(guī)劃核實系統(tǒng)

規(guī)劃核實模塊是對規(guī)劃方案直接提取相關(guān)圖形和屬性數(shù)據(jù)、自動計算方案各種指標(biāo)的工具，并生成各種指標(biāo)表格，最終導(dǎo)出審查報告。系統(tǒng)通過接口開放以及參數(shù)傳遞等方式，實現(xiàn)圖形與數(shù)據(jù)的二、三維聯(lián)動展現(xiàn)。該工具包括：總平面方案審查計算、建筑單體面積復(fù)核計算等功能。

①總平面方案審查計算

總平面方案審查計算工具按照國家相關(guān)設(shè)計規(guī)范開發(fā)，相關(guān)參數(shù)可按地方標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整，實現(xiàn)對規(guī)劃方案指標(biāo)自動計算，并生成相應(yīng)的指標(biāo)表格。功能包括系統(tǒng)設(shè)置、輪廓轉(zhuǎn)換與屬性參數(shù)讀取、檢測工具、指標(biāo)統(tǒng)計如圖14所示。

圖14 計算面域自動生成界面

②建筑單體面積復(fù)核工具

建筑單體面積復(fù)核工具是建筑面積計算輔助工具，通過設(shè)置審核圖層、按幢號、樓層、單元分別勾繪輪廓圖，然后自動計算、匯總統(tǒng)計面積，生成匯總報表。主要功能有參數(shù)設(shè)置、面積計算、計算檢測、指標(biāo)報告生成等?？赏瓿筛黝惤ㄖ娣e統(tǒng)計，包括：標(biāo)準(zhǔn)層面積、坡屋頂樓層面積、住宅面積、公建面積、地表占地面積、地下空間面積、計容積率面積和不計容積率面積等如圖15、16所示。

圖15 按幢、層自動計算建筑面積界面

圖16 面積計算表格和報告界面

4 結(jié)語

建設(shè)空間三維地理信息數(shù)據(jù)庫，是實現(xiàn)三維空間的空間分析、效果模擬和變化對比等功能，形成基于三維空間的數(shù)據(jù)一體化展示和分析能力的基礎(chǔ)。城市三維輔助規(guī)劃評審系統(tǒng)的應(yīng)用，為規(guī)劃編制與設(shè)計單位提供更為直觀的科學(xué)設(shè)計手段。三維輔助規(guī)劃評審系統(tǒng)與規(guī)劃業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)相融合，可以疊加顯示二維數(shù)據(jù)及相關(guān)的規(guī)劃成果數(shù)據(jù)，實現(xiàn)立體和平面的系統(tǒng)互通，增強(qiáng)了規(guī)劃管理部門對現(xiàn)實場景和規(guī)劃方案的認(rèn)知。系統(tǒng)三維場景為景觀分析、方案優(yōu)化、輔助評審提供了身臨其境的感知體驗，進(jìn)一步提升了城市管理者科學(xué)決策能力。