城市三維模型及其在城市規劃中的應用

曹京波

正元地理信息有限責任公司山東分公司，山東濟南 250101

技術發展使各方面工作發生了巨大變化，比如城市規劃工作利用三維模型，工作人員通過模型能夠直觀地了解到規劃后城市效果，同進能夠隨時進行修改，對規劃工作前后效果進行比較與分析。通過三維模型應用使規劃工作水平提升，后期實際建設過程中能夠有參照依據，避免了建設工作的盲目性，能夠對建設成本與資源進行合理控制分配。

1 三維城市規劃

三維城市規劃有益于地理信息技術的發展，隨著技術應用與完善，三維模型應用在城市規劃工作中，更廣而效果更好。利用三維模型對城市進行規劃，能夠對不同區域與階段進行展示，相比于傳統平面設計與規劃工作，三維規模應用能夠更加直觀地展現規劃工作的效果，便于理解。同時也能夠方便及時的找出規劃工作中存在的問題，能夠靈活的對模型進行修改。

城市規劃系統建立方面，可以將虛擬技術與地理信息技術二者有效地結合到一起，應用三維空間分析方法，開發管理與規劃系統。在規劃者與決策者溝通方面，可以將地理技術與虛擬技術應用于輔助審批、決策系統，為決策工作的進行提供一定的支撐與參考。三維模型其實質是真實的數據，因此溝通工作會更加的方便與直觀。

城市規劃與管理方面，為了解決規劃工作無法解決或者是解決難度比較大的問題，可以利用模型解決。比如對城市環境噪音進行模擬及分析，模擬解決措施獲得的效果。模擬研究地面風場環境，模擬城市突發性事件等。比如在地域災害發生后，通過模擬災后環境，能夠為后期規劃重建工作提供幫助。

2 城市三維模型構建

2.1 前期數據準備與處理

準備相應數據，原始數據是構建城市三維模型的前提，因為這些數據和信息能有效地處理模型構建過程中遇到的問題。另一方面，模型構建，數據是模型構建的基礎，需要的數據包括CAD數據、遙感數據、點云數據、建筑物體屬性、街景地圖和文理照片等。其中最突出的是CAD數據和遙感影像，這一類數據和其他數據的不同點就在于其在使用前必須要向相關部門獲得一定比例尺DLG數據，為后續工作的順利開展作保障。除此之外，還可以通過網絡在線的方式獲得街景地圖。由于屬性類數據和建筑物體文理類數據動態性較強，所以在采集數據時一般都是工作人員實地采集。眾所周知，城市在建設和發展過程中是絕對變化的，因此相關工作人員在施工過程中要考慮數據的重合問題，將其重合率降到最低。

2.2 數據處理環節

在數據處理這一環節中，城市的空間建構是第一時間需要獲取的步驟，其次，相關工作人員要通過建立三維模型來獲取城市空間架構。在此環節中，建筑物體的基底數據可以結合到CAD數據，通過對LiDAR數據進行測量而獲得。從街景數據中獲得建筑物體的細節特征。面部特征大于0.2是用這一特征表示的前提，也就是說，如果面部數據小于或是等于0.2，就不能用面部特征進行表示，因此只能用實地采集資料來研究側面文理。城市部件或者是某些小的外部特征可以通過實地數據采集與街景獲取，從CAD數據中獲得位置信息。不同數據處理的流程會存在差異，數據在處理的過程中會使用比例尺，城市三維模型在建立過程中應用的比例尺通常比較大，而在實際工作中則需要結合到工作具體情況來考慮。

2.3 構建模型

城市三維模型在構建的過程中需要結合不同的需求，因此在內容方面也會體現出一定的差異。模型構建工作可以分為以下幾個步驟。首先是地形模型構建，地形模型構建主要依據的是地面測量數據或者是依據設計資料制作而成的模型，主要表達的是人工修工地面或者是自然物體的空間位置、外觀效果或者是幾何形態。地面模型建立方法可以分為三種，從CAD提取相應的數據從而構建規則的網格，利用地形圖等高線，也就是說，地形模型是通過對地形圖高線的轉化而獲得的，再此基礎上，相關工作人員還要對云數據進行分類研究，剔除植物或者建筑物體，最終通過這一系列步驟獲得地形模型。

另一方面，結合設計數據和設計資料制作三維模型是建筑物體模型的主要獲得方式，其主要表達的是建筑物體的外觀效果、空間位置和幾何形態等。而建筑物體的基底構建則與此完全不同，它首先要測量建筑物的實際尺寸，再根據比例尺的大小來確定整個模型。工作人員還可以利用另外一種方式來確定模型，如根據地形圖提供的數據、影像折射方式等，這兩種方法都可以確定勾勒建筑物基底，確定建筑模型。為了保證建筑物測量平均值的準確率，疊加正射影像時，要以云數據生成表面模型為基礎，從而獲得建筑物體的真實高度，使模型建立的準確性獲得提升。城市部件模型構建，城市部件模型構建主要是結合到所測量的部件數據或者是結合到相關設計資料從而構建模型。此模型主要體現的對象是城市內部的交通、水系、植被情況等內容。包括了其空間形態、物理位置、外觀效果等，因此自然也就包括了植被模型，水系模型，交通模型。模型建立還需要對質量進行控制，三維模型質量控制工作貫穿于模型建立的各個環節，模型在建立完成后需要對其進行認真檢查，發現其中存在的問題。此流程在模型建立的過程中十分重要，如果沒有此項流程，就無法確定模型建立工作是否正常，模型質量是否能夠為城市規劃工作開展提供正常的幫助與保障，將會直接影響到城市規劃工作的開展。

三維城市模型在建立的過程中為了使最終效果更加的真實，在模型建立的過程中可以考慮將材質、陰影、燈光等疊加于模型之上，對模型進行渲染與烘焙處理。此項操作的好處在于后期應用模型與某些場景時，無需對燈光等進行計算，計算環節考慮的內容只有材質，因此，能夠場景處理的速度獲得提升。

3 基于三維模型的城市規劃工作

城市規劃工作需要利用各種設備對空間三維環境進行測量與分析，還需要結合日常生活對建筑物體進行多個方面分析。比如日照分析、控高分析、可視域分析、通視分析。三維測量工作進行過程中需要滿足城市規劃設計工作相關要求，居民建筑設計相關要求。三維測量工作的內容包括了空間距離測量、住宅距離測量、地塊面積測量、工程建設需要的挖土量計算、建筑面積測量等。三維測量工作的目的就在于為后期設計工作提供相關依據，確保設計工作能夠正常合理，不會對實際規劃工作開展造成嚴重的影響。

日照分析主要是考慮到建筑室內采光與收暖等方面因素，需要確保建筑間距與容積等方面內容滿足要求，盡量避免正常光照受到一些影響，如光照被遮擋、光污染等情況。從日照分析層面可以將其分為四個方面，分別為日照分析、遮擋分析、單點分析和窗洞分析等。這一方面首先要考慮因該如何獲取日照時間與陰影面積等相關數據，其實仔細研究就會發現，這些數據可以通過計算來獲取，然后在展示其效果時合理地借助模型。對建筑物體的高度進行合理的控制是通事分析的主要目的，由此可見，城市中建筑物體與景點在高度方面合理，最終確保其有一個良好的視覺效果。通視分析可以采用兩種方法，兩點或者多點之間可視分析，或者是可視域分析。

控高分析是城市規劃分析工作的重要組成部分，尤其是對于某些風景旅游城市而言，需要對城市內部的超高建筑面積進行控制，避免其對城市整體的景觀美觀造成影響，而控高分析就是檢測某區域內是否存在過高建筑物體的重要方法。

城市三維模型是基于實際城市數據的計算機再現，規劃數據與三維模型相關數據具有相同空間參考，因此各項數據可以結合到不同應用進行相互疊加，參考規劃人員知識儲備情況，利用城市規劃工作方法與技術從而獲得與規劃工作相關結果。基于三維平臺能夠再現城市真實世界，使規劃工作成果得到良好的展示，與真實的世界共存。考慮到城市規劃三維模型數據量、三維軟件平臺的性能、空間分析能力、需要利用不同的軟件對城市規劃進行分析，使規劃工作效果能夠良好的展示，同時具備強大的分析功能。

城市規劃工作三維模型的應用，能夠為城市規劃系統建立提供支持，通過一系列方法獲得與城市規劃工作相關的數據，建立與規劃工作相關的應用程序，從不同的角對規劃工作進行分析。三維模型建立與應用能夠為規劃決策與溝通提供幫助，在建立三維模型的基礎上可以將虛擬技術應用于其中，從而使城市規劃與建設工作能夠達成更好的效果。傳統的二維規劃管理技術應用于城市管理工作已經表現出不足之處，城市化進程快速發展，建筑物體在向著高層化與復雜化方向發展。為了使城市在發展的過程中能夠實現對資源的合理利用，在促進社會發展的同時使環境得到保護，就需要對城市發展進行合理的規劃，從而構建資源節約與環境和諧友好型社會。城市規劃工作三維模型的應用能夠服務于社會活動開展，比如城市突發性事件模擬與處理，城市環境染污問題研究，城市環境變化研究及應對措施探索等。城市規劃工作應用三維模型可以以此為平臺將多項技術有機的結合到一起，從而使各項技術在實踐過程中更加的完善，同時三維模型應用于城市規劃工作的效果也會更加的明顯，有助于促進城市合理科學發展。

4 結語

城市規劃工作在城市建設與發展過程中十分重要，通過前期規劃工作的開展能夠避免后期盲目隨意建設，使有限的資源能夠得到合理的配置，發揮其最大的作用。傳統的城市規劃工作受到技術以及其它方面因素的影響，在某些方面可能會受到限制，而利用三維模型進行城市規劃，能夠更加直觀，便于找出規劃工作存在的問題，提升規劃工作的效果，促進城市更好的發展。

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[3] 李宇新.探究城市三維模型及其在城市規劃中的應用[J].地球，2016（10）.