數字城市及其核心技術

范陽

摘 要：城市不僅是人類生產與生活的聚集場所也是其文明產生與發展的核心地。伴隨“數字地球”的提出，數字城市也出現在各國城市建設的議程中。介紹了數字城市的內涵以及其核心技術——三維城市建模理論。對數字城市建設有一定指導意義。

關鍵詞：數字城市；三維城市建模

數字城市的概念是在美國總統格爾于二十一世紀前期首次提出并應用，隨后，全球各個國家先后提出類似的關于本國城市的數字化理念并在經濟、法律、行政等方面得以實施。[ 1 ]數字理念快速應用于城市規劃，工程檢測，交通服務，政策決定等方面，并在應用中進一步推廣了數字應用的縱深推廣。

1 數字城市

數字城市主要利用信息手段將城市在時間領域和空間領域進行數字化的虛擬實現。它主要以計算機、多媒體和集成存儲為技術基礎以互聯網技術為紐帶，綜合應用遙感技術、GPS定位系統、仿真虛擬模擬、地理信息技術對城市建設有針對性的進行多分種類、多維度、多指標的綜合描述。國際城市發展研究院（CUDI）在描述城市信息化系統時認為，它實質上是人與城市土地關系的數值化，秉承“以人為本”的思想，通過信息化技術更快速更及時的了解城市的運行狀態和發展規律，對城市人與土地之間的關系進行協調控制，實現系統上的優化分配，最終實現人與環境、與土地的可持續發展。在此之中，它的主要表現與應用分別在地表測繪、政策決策、單位管理、企業決策、數字生活等方面。

2 三維城市建模

數字城市的關鍵技術有：三維可視化建模、數字結構、物聯網技術、云儲存技術、數據共享與互聯網操作、以及超鏈接技術等。其中，三維可視化信息是數字城市的核心基礎信息[ 4 ]。

2.1 模型數據

三維數據庫是數字城市在三維建模過程中的重要組成部分，根據來源可以分為：

2.1.1地形地貌三維模型數據

地形地貌數據的獲取可來源于遙感等途徑。基于地形地貌的數據，得到數字高程模型，可以模擬出精確的地形；無論是通過衛星遙感技術得到的不同清晰度的衛星圖，還是以航空攝影得到的高清圖像，都是數字攝影獲取圖像的多種方式之一。在圖像獲取以后，通過相同的空間參考坐標系將圖像加載到高程模型上即可獲取地形地膜在三維上的體現。

2.1.2三維模型數據構建

對構建物三維的構造是三維建模的核心，因而構建紋理庫則是三維數字城市建模中的一個重要數據庫，是其中一個重要環節。紋理庫在三維城市模型真實度評估方面體現著重要的作用。它構建的良好程度直接對3維城市模型數據庫的容量產生重要影響從而對城市虛擬現實系統的運作精準度產生一定的破壞。

2.2 研究方法

目前，國內外對于三維城市建模的研究主要分為4種：

2.2.1三維城市模型的構建（基于三維影像技術）

在三維城市模型的構建（基于三維影像技術）方面前期，人們主要利用航空取像技術及DEM技術疊成城市景觀區域圖和建筑模型景觀等。伴隨著數據獲取技術的快速推廣應用，人們可以通過衛星等快速大量獲取DEM及影像并由此建立大范圍甚至是全城區的數字模型從而一次性生成相應的城市數字景觀模型。但缺點是，這種方法構造的城區景觀會存在一定的紋理失真，真實感不足等。因此，此類地形景觀模型只是具備一定的瀏覽意義，在相應的模型上難以進行DIS分析。此類方法只能在構造簡易的城觀模型上有所意義。

2.2.2構建的三維城市模型（ 結合2DGIS技術）

伴隨互聯網技術及衛星技術的發展，2DGIS的應用逐漸成熟。當前三維數字城市可以利用現有的2DGIS的空間數據庫，進行相應的三維擴展。有學者通過將構建物的高程、紋理在2DGIS的基礎上構建三維模型，這種方法可以大面積的建立三維城市模型，具有面積大、速度快的優點，但也存在著數據不足，真實感差等缺點，因而有學者提出基于2DGIS和DEM結合構建三維城市模型的方法。這種方法不能對單獨模型進行處理。

2.2.3基于三維數據模型的方法構建三維城市模型

此類方法是利用數字攝影測量系統將空間物體轉為三維模型來。

2.2.4軟件方法

利用建模軟件來虛擬構建三維構建物，與DEM等數據疊加生產三維城市模型。國內外主流的三維建模軟件平臺有3Dmax、Multig-en Creator、SketchUp、Maya、CAD三維建模模塊、City Engine、Skyline等。

2.3 常見建模可視化平臺

目前，取得行業領先地位的三維可視化平臺軟件為以下幾類：

2.3.1 Google Earth

Google Earth是將龐大的航拍、衛星、三維圖像融合在一起，它的優點是用戶可以在不同的角度瀏覽地球，擁有豐富經驗、強大的技術實力、操作簡單和超群的用戶體驗等優勢。

2.3.2 SkylineGlobe

SkylineGlobe產品利用航空、衛星影像創建三維虛擬場景。Sk-ylineGlobe支持交互式繪圖，它的優點是具有三維空間分析能力和大數據處理能力。

2.3.3其他

其他三維可視化軟件還有：美國國家航空航天管理局發布的world wind、靈圖的VRMap、中國武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室研發的GeoGlobe等。

3 結論

目前，我國數字城市發展日趨成熟，對比于國外，仍處于探索和實踐階段。如何快速、真實、批量化地建立三維城市模型，并進行規劃分析，這需要進一步的探討。我們需要正確的對待數字城市實踐中所發現的問題，從政府、企業、市民三方面調動，健全數字城市體系，促進城市信息化，使得國家、企業、大眾享受數字城市的成果，進而向智慧城市的時代邁進。

參考文獻：

[1] 李社，宋富林，盧中正. 基于數字城市的關鍵技術應用研究[J].地理空間信息，2008，02：59-62.

[2] 高大利，吳清江，孫凌. 數字城市及其關鍵技術[J].甘肅政法成人教育學院學報，2004，01：131-132.

[3] 陳柳欽."數字城市"內涵與框架的研究綜述[J].中國市場，2010，42：51-61.

[4] 朱瑞順，彭玉艷，英自昱.臨沂市數字城市三維可視化系統研究[J].城鄉建設，2008，03：66-67.