林金雙

(臺(tái)州市地理信息測(cè)繪中心有限公司，浙江 臺(tái)州 318000)

城市規(guī)劃管理工作是城市建設(shè)和發(fā)展的重要工作之一。近年來，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市中的建設(shè)工程項(xiàng)目呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，傳統(tǒng)二維規(guī)劃管理模式已無法滿足城市發(fā)展的需求[1]，越來越多的城市管理者開始研究利用三維可視化、GIS、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于城市規(guī)劃管理工作中[2]。本文在深入基層規(guī)劃管理工作之后，結(jié)合城市三維模型，搭建了城市三維輔助決策分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)工程項(xiàng)目在全過程動(dòng)態(tài)管理、建設(shè)工程項(xiàng)目會(huì)商管理、規(guī)劃輔助決策分析管理等功能，讓城市規(guī)劃管理的決策者能夠更為直觀、準(zhǔn)確地了解城市建設(shè)工程項(xiàng)目的申報(bào)、審批和建設(shè)，做出及時(shí)和準(zhǔn)確的決策，使規(guī)劃管理工作更加高效和科學(xué)化。

1 總體設(shè)計(jì)思路

1.1 構(gòu)建了三維建設(shè)工程項(xiàng)目全過程管理模式

本文深入自然資源局及直屬單位等相關(guān)部門進(jìn)行調(diào)研，圍繞規(guī)劃用地審批、建設(shè)工程過程監(jiān)督、建設(shè)工程規(guī)劃條件核實(shí)等階段構(gòu)建了三維建設(shè)工程項(xiàng)目全過程管理模式，可實(shí)時(shí)查看建設(shè)工程項(xiàng)目的建設(shè)用地規(guī)劃許可證、建設(shè)工程用地紅線檢驗(yàn)、建設(shè)工程規(guī)劃許可證、建設(shè)工程放線、施工和驗(yàn)線檢驗(yàn)、建設(shè)工程規(guī)劃條件核實(shí)等階段的詳細(xì)信息[3]。

1.2 構(gòu)建了城市三維模型數(shù)據(jù)庫

目前城市三維模型建模的方式有傳統(tǒng)手工建模、傾斜攝影建模、機(jī)載LiDAR結(jié)合高分辨率航空影像建模等方法。本文采用機(jī)載LiDAR結(jié)合高分辨率航空影像進(jìn)行三維建模，制作的三維模型美觀且精度高，適用于城市規(guī)劃管理工作。

1.3 搭建了城市三維輔助決策分析平臺(tái)

基于城市三維模型數(shù)據(jù)庫，搭建城市三維輔助決策分析平臺(tái)，將城市的建設(shè)工程項(xiàng)目業(yè)務(wù)全部納入城市三維輔助決策分析平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)二維向三維管理的升級(jí)。

2 平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)框架選擇

城市三維輔助決策分析平臺(tái)選擇北京偉景行數(shù)字城市科技有限公司自主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)CityMaker平臺(tái)作為基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)[4]。在CityMaker基礎(chǔ)平臺(tái)基礎(chǔ)上，以CityMaker SDK COM庫為底層庫，以VS 2010為集成開發(fā)環(huán)境，以C#語言為開發(fā)語言，采用C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)[5]。CityMaker產(chǎn)品體系覆蓋了三維信息系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用的整個(gè)流程，從資源整合、場(chǎng)景構(gòu)建、數(shù)據(jù)管理到輔助決策、信息共享發(fā)布等，包括CityMaker Builder、CityMaker Server、CityMaker Explorer、CityMaker SDK和CityMaker Network等產(chǎn)品[6]。

2.2 總體框架

城市三維輔助決策分析平臺(tái)采用“安全-豐富-高效”的框架設(shè)計(jì)，包括軟硬件支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層五層。平臺(tái)總體框架示意圖如圖1所示。

圖1 平臺(tái)總體框架示意圖

軟硬件支撐層包括PC端、移動(dòng)端、服務(wù)器端設(shè)備、核心交換機(jī)、GIS軟件、CityMaker軟件、虛擬化軟件等，為整個(gè)平臺(tái)提供軟硬件的安全保障；數(shù)據(jù)層包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、城市三維模型數(shù)據(jù)、規(guī)劃建設(shè)工程項(xiàng)目專題數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)和運(yùn)維管理數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)構(gòu)成了城市三維規(guī)劃輔助決策數(shù)據(jù)庫，為平臺(tái)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐；服務(wù)層包括GIS服務(wù)、三維服務(wù)、查詢統(tǒng)計(jì)和分析服務(wù)、數(shù)據(jù)共享服務(wù)、項(xiàng)目管理服務(wù)以及運(yùn)維服務(wù)；應(yīng)用層是基于CityMaker基礎(chǔ)平臺(tái)，搭建了城市三維輔助決策分析平臺(tái)，對(duì)城市規(guī)劃管理工作提供建設(shè)工程項(xiàng)目全過程管理、建設(shè)工程審批管理、建設(shè)工程會(huì)商管理、規(guī)劃輔助決策分析管理、地圖管理和運(yùn)維管理等功能；用戶層是指平臺(tái)的管理或者使用用戶，包括城市管理部門、規(guī)劃部門、測(cè)繪部門、地產(chǎn)公司和有需求的公眾。

3 城市三維模型建設(shè)

3.1 城市三維模型建設(shè)流程

本文城市三維模型建設(shè)采用的方法是利用機(jī)載LiDAR和ADS 80航空攝影進(jìn)行三維建模。建模大體思路如下：一是建模準(zhǔn)備階段，對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行收集、整理和分析，形成工作方案；二是數(shù)據(jù)采集處理階段，通過機(jī)載LiDAR獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后的數(shù)字高程模型(DEM)、建筑物體框模型(DBM)，ADS 80航空攝影經(jīng)過處理后獲得數(shù)字正射影像(TDOM)和空三加密成果；三是城市三維建模階段，一方面利用數(shù)據(jù)處理后的成果，建立城市三維的地形和體框模型，另一方面利用實(shí)地拍照的方式獲得地物紋理照片，利用3D Max軟件進(jìn)行三維建模；四是對(duì)城市三維模型進(jìn)行檢查，合格后，最終形成城市三維模型庫。城市三維模型建模的具體流程如圖2所示。

圖2 城市三維模型建模的具體流程示意圖

3.2 城市三維模型建設(shè)內(nèi)容

根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)城市的不同地理要素進(jìn)行建模，模型包括地形三維模型、建筑三維模型、交通設(shè)施三維模型、綠化三維模型及其它三維模型五大類[7]。對(duì)城市的地理要素添加紋理，同時(shí)對(duì)光影以及周邊環(huán)境進(jìn)行細(xì)致制作，要求能夠精確表現(xiàn)地理要素的紋理和結(jié)構(gòu)。保證城市三維模型空間關(guān)系的正確性，屬性信息的完整性，地圖風(fēng)格的統(tǒng)一與協(xié)調(diào)。數(shù)據(jù)文件命名保證規(guī)范和統(tǒng)一。城市三維模型建設(shè)內(nèi)容如圖3所示。

圖3 城市三維模型建設(shè)內(nèi)容示意圖

3.3 城市三維模型建模關(guān)鍵點(diǎn)

3.3.1 城市三維建筑體框模型建設(shè)

城市三維建筑體框模型建模，首先，利用機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)、數(shù)字正射影像以及建筑物的輪廓圖，生成粗的建筑物屋頂面片模型；其次，參考房屋的DLG數(shù)據(jù)對(duì)粗建筑物模型的形態(tài)、鄰接關(guān)系、外輪廓邊界位置等進(jìn)行詳細(xì)修改，制作出符合建筑物體框建模技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的模型產(chǎn)品；最后，在3D Max軟件中對(duì)模型進(jìn)行模型質(zhì)量的優(yōu)化編輯，完成建筑體框模型制作[8]。

3.3.2 模型紋理數(shù)據(jù)的采集與處理

模型紋理數(shù)據(jù)采集包括地表紋理、建筑立面和頂面紋理、交通設(shè)施紋理等[9]。模型紋理數(shù)據(jù)獲取的方式有影像數(shù)據(jù)、照片和軟件處理圖像三種。地形紋理和建筑頂面紋理一般通過城市數(shù)字正射影像獲得；建筑立面紋理和交通設(shè)施紋理則采用實(shí)地拍照獲得。建筑物紋理數(shù)據(jù)采集示意圖如圖4所示。

圖4 建筑物紋理數(shù)據(jù)采集示意圖

紋理數(shù)據(jù)處理應(yīng)滿足的要求有：紋理數(shù)據(jù)圖像應(yīng)色調(diào)均勻、自然美觀；紋理影像應(yīng)與實(shí)地情況相符，應(yīng)真實(shí)反映實(shí)際材質(zhì)的圖案、質(zhì)感、顏色及透明度，真實(shí)反映現(xiàn)狀情況和年代特征；紋理數(shù)據(jù)圖片尺寸應(yīng)為2的n次冪，不宜超過1 024×1 024像素，且長(zhǎng)寬比不宜過大。紋理數(shù)據(jù)圖像不應(yīng)含有建模影像以外的其他影像等[10]。

3.3.3 城市三維模型建模

城市三維模型建模包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理、模型貼圖和模型烘焙。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理是對(duì)生成的體框模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，減少數(shù)據(jù)量和對(duì)不必要的冗余面進(jìn)行剔除等；模型貼圖是將現(xiàn)狀照片制作成模型的貼圖，利用Photoshop軟件，選擇一張張合適角度的照片，進(jìn)行裁切、糾正、調(diào)整光影和飽和度等操作，形成模型貼圖；模型烘焙是根據(jù)模型要求，烘焙燈光的效果要求冷暖分明，能藝術(shù)地表達(dá)光線效果，陰影關(guān)系分明，能很好地表達(dá)模型的體積感。模型烘焙完成后導(dǎo)出osg文件，最終導(dǎo)入CityMaker軟件中。

3.3.4 城市三維模型質(zhì)量檢查

城市三維模型質(zhì)量檢查具體步驟：一是制作過程檢查，建模階段檢查模型面數(shù)、貼圖精度尺寸，模型是否依據(jù)正確的照片而做，地形路網(wǎng)高度位置正確，以數(shù)據(jù)量檢查和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性檢查為主等；二是內(nèi)部驗(yàn)收，由中標(biāo)公司質(zhì)檢部門組織公司相關(guān)人員嚴(yán)格按照相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收;三是最終檢查，數(shù)據(jù)制作承擔(dān)單位提交檢查驗(yàn)收申請(qǐng)，甲方工作組審核申請(qǐng)并組織檢查驗(yàn)收，驗(yàn)收后提出驗(yàn)收修改意見；四是最終驗(yàn)收，甲方工作組做最終驗(yàn)收并提供檢查驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。

4 城市規(guī)劃三維輔助決策平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

城市規(guī)劃三維輔助決策平臺(tái)的核心功能包括建設(shè)工程項(xiàng)目全過程管理、建設(shè)工程項(xiàng)目審批管理、建設(shè)工程項(xiàng)目會(huì)商管理、規(guī)劃輔助決策分析管理、地圖管理以及運(yùn)維管理等。

4.1 建設(shè)工程項(xiàng)目全過程管理

建設(shè)工程項(xiàng)目全過程管理實(shí)現(xiàn)了將建設(shè)工程項(xiàng)目分成規(guī)劃用地審批、建設(shè)工程過程監(jiān)督、建設(shè)工程規(guī)劃條件核實(shí)和建設(shè)項(xiàng)目違法檢查四個(gè)階段進(jìn)行管理，規(guī)劃用地審批功能是對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行控規(guī)研究、城市設(shè)計(jì)研究和項(xiàng)目選址研究之后，最終通過審批，形成建設(shè)項(xiàng)目選址意見書；建設(shè)工程過程監(jiān)督功能是對(duì)建設(shè)工程實(shí)施過程的監(jiān)督，包括建設(shè)工程放線、建設(shè)用地規(guī)劃許可和建設(shè)工程規(guī)劃許可等；建設(shè)工程規(guī)劃條件核實(shí)功能是對(duì)建設(shè)工程進(jìn)行驗(yàn)收，包括建設(shè)工程驗(yàn)線和工程規(guī)劃條件核實(shí)；建設(shè)工程違法檢查功能是對(duì)建設(shè)項(xiàng)目從審批-實(shí)施-竣工是否存在違法現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)督，確保建設(shè)項(xiàng)目有序開展。建設(shè)工程項(xiàng)目全過程管理流程如圖5所示。

圖5 建設(shè)工程項(xiàng)目全過程管理流程示意圖

4.2 建設(shè)工程項(xiàng)目審批管理

建設(shè)工程項(xiàng)目審批管理是將審批建設(shè)項(xiàng)目的方案加載到三維場(chǎng)景中，查看審批項(xiàng)目的各項(xiàng)規(guī)劃指標(biāo)是否符合規(guī)劃設(shè)計(jì)要求，如建筑面積、用地面積、綠地率、建筑高度等。如果方案存在問題，可通過該功能進(jìn)行指定方案實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，如高度調(diào)整、位置調(diào)整、角度調(diào)整、體量調(diào)整、色彩調(diào)整等。還可實(shí)現(xiàn)審批建設(shè)項(xiàng)目的多個(gè)方案多屏對(duì)比，通過不同角度、不同方位觀察各個(gè)方案，便于決策者分析和判斷最優(yōu)方案。建設(shè)工程項(xiàng)目方案多屏對(duì)比示意圖如圖6所示。

圖6 建設(shè)工程項(xiàng)目方案多屏對(duì)比示意圖

4.3 建設(shè)工程項(xiàng)目會(huì)商管理

建設(shè)工程項(xiàng)目會(huì)商管理是自然資源市局、分局和設(shè)計(jì)單位通過視頻進(jìn)行建設(shè)工程項(xiàng)目的討論，實(shí)時(shí)對(duì)項(xiàng)目提出修改意見以及最終確定項(xiàng)目方案進(jìn)行決策。

4.4 規(guī)劃輔助決策分析管理

規(guī)劃輔助決策分析管理分成空間分析和統(tǒng)計(jì)分析兩部分?？臻g分析包括通視分析、視域分析、控高分析、天際線分析、立面分析、紅線退讓分析、分類顯示分析、建筑間距分析等；統(tǒng)計(jì)分析包括指標(biāo)分析、拆遷分析、綠地分析、平衡表等?？馗叻治鼋Y(jié)果示意圖如圖7所示。

圖7 控高分析示意圖

4.5 地圖管理

地圖管理實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)疊加顯示、數(shù)據(jù)編輯、場(chǎng)景瀏覽、建設(shè)工程項(xiàng)目查詢定位和統(tǒng)計(jì)分析等功能。數(shù)據(jù)疊加顯示是在城市三維模型上疊加建設(shè)工程項(xiàng)目，直觀展示建設(shè)工程所在的位置和所處的狀態(tài)；數(shù)據(jù)編輯是實(shí)時(shí)更新建設(shè)工程狀態(tài)和添加相關(guān)信息；場(chǎng)景瀏覽可以在三維模型上快速導(dǎo)航，如特定場(chǎng)景、動(dòng)畫導(dǎo)航等；建設(shè)工程項(xiàng)目查詢定位和統(tǒng)計(jì)分析是可以查詢建設(shè)工程項(xiàng)目的詳細(xì)資料，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以報(bào)表的方式提供打印功能。

5 結(jié) 論

本文基于城市三維輔助決策分析平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了城市規(guī)劃管理二維向三維升級(jí)，規(guī)劃建設(shè)工程全過程管理，展示效果更為逼真和直觀，為領(lǐng)導(dǎo)提供更科學(xué)直觀的決策，加快推進(jìn)城市建設(shè)的步伐。與此同時(shí)，平臺(tái)部署在政務(wù)內(nèi)網(wǎng)，可提供市政府、市建委、自然資源市局和分局等部門共享應(yīng)用，充分發(fā)揮了平臺(tái)的應(yīng)用價(jià)值，取得了良好的應(yīng)用效益。但也存在一定的不足，如三維建?？咳斯ぃＶ芷诤徒３杀据^高，大場(chǎng)景三維模型展示效果較慢等。下一步，平臺(tái)一方面縮短三維模型更新周期，以滿足各部門的需要；另一方面完善功能開發(fā)，為政府提供更好的信息化服務(wù)。