長春三維數字城市的建設與應用

王雅冬

(長春市測繪院，吉林長春 130021)

三維數字城市也稱為虛擬城市，是利用計算機虛擬技術，把現實世界中的人、事、物的信息一一映射在計算機中，是現實城市的等比模型。三維數字城市不僅是我們看到的虛擬模型，或者說它的核心不是模型本身，而是存放在其中的城市信息。三維數字城市通過空間維度和時間維度持續不斷地記錄著城市的發展和變遷，能夠預演未來城市的形態,動態分析城市現狀,重現城市的歷史走向。

1 長春市三維數字城市建設概況

長春市三維數字城市建設始于2009年，以雕塑公園和新民大街為試點，開啟長春雕塑三維管理的新模式。經過2012年和2015年兩次跨越性發展，目前長春市已經形成了較為完善的三維數字城市體系，如圖1所示。

長春三維數字城市建設按照統籌規劃、需求導向的原則，建立了1000余平方公里地上、地下一體化全要

素三維信息數據庫，內容涵蓋城市的各類建(構)筑物、道路、水系、綠地、城市部件、地下管線、地鐵、人防設施等內容(圖2)，覆蓋范圍以長春市中心城區為主，兼顧長德、空港、北湖、南部新城等城市重點建設區域。建立了開放共享的三維平臺，實現跨地區、跨部門空間信息資源的互聯互通和集成應用，為城市的智能化管理提供了全新的技術和手段。

2 技術流程

長春市三維數字城市建設采用了多項高新技術手段，包括機制激光雷達點云技術、傾斜攝影測量技術和高分辨率影像采集技術等。機載激光雷達技術是主動對地觀測技術,具有全天候、作業周期短、精度高、費用低等優點，近年來被廣泛應用于測繪地理信息行業[1]。

通過ADS80航飛采集長春市地形地貌數據，機載激光雷達掃描地表物體的高度信息，基于1∶500地形圖，使用3Dmax軟件構建高精度的建筑體框模型，技術流程如圖3所示，結合外業實地采集的照片，賦予建筑真實紋理。地面及場景模型是基于DEM和DOM手工建模。模型較為美觀，結構精細，可以任意比例尺對模型應用，所有模型均為獨立對象，可點擊查詢搜索。

3 長春市三維數字城市特點

3.1 高精度還原，場景真實美觀

對長春市的每一棟建筑的所有立面逐一拍照，不留任何死角，經過建模師清除照片中電線、人、車、樹木等遮擋，還原在模型表面，虛擬的建筑就呈現在眼前，建筑色彩、結構、紋理、牌匾等信息與現實幾乎一樣。

3.2 高標準嚴要求，保證三維信息準確

三維數字城市的建立，離不開城市要素位置信息的采集。三維長春采用目前世界上最先進的信息采集技術，機載激光雷達掃描和傾斜攝影建模，經過嚴格的質量控制，保證了三維模型的尺寸、位置與現實位置偏差都不超過0.5米，包括每棟建筑的窗口位置、每條道路的邊線、每條管線的位置埋深都是準確的，為城市精細化管理的實現提供可能。

3.3 建立動態更新機制

城市每天都在變化，大到建筑的更迭，小到牌匾的更換，三維長春隨著城市的變化而不斷的更新。分別從竣工測量、舊城改造、城市重點建設區等方面，有準備有計劃地更新城市三維模型數據，以滿足各行業對三維長春的使用需求。同時建立歷史模型數據庫，記錄長春的發展變化。

3.4 高效的數據共享交換機制

為了高效便捷的共享三維長春，選取通用的*.max和*.OSGB格式作為三維數字城市的交換數據，可以兼容目前國際上主流的三維引擎。另外基于目前城市管理工作的需要，開發了單機和網絡的PC端三維平臺及支持手機、平板的移動端三維平臺。有了這些設計，即可通過不同的渠道、采用多種方式非常便捷地使用三維長春，體驗三維長春帶來的“便捷”。

4 三維數字城市輔助城市規劃設計

三維仿真虛擬現實技術在城市規劃建設中已得到廣泛應用。如2000年悉尼奧運會的場館，其在設計過程中大規模地應用了虛擬現實技術，悉尼市建立了全市三維仿真平臺用于信息服務、交通分析、智慧城市建設管理等方面，取得巨大的成功[2]。

三維長春不僅僅是具有海量的信息承載力和可視化的城市外觀，還包括強大的空間運算能力和數據分析能力，并且做出一些輔助決策，供使用者參考。三維長春具有全面的三維空間分析能力，能夠完成點、線、面、體的交、差、并運算，如圖4、圖5所示。

三維規劃平臺可以提供一個逼真的三維城市景觀模型，規劃師無需面對抽象的、雜亂的各種圖紙，不停地分析還原城市現狀情況，而是可以通過“第三者”的視角，宏觀地觀察城市，看到一切細節。規劃師還可以任意地塑造城市，三維平臺能夠把改造后的城市指標反饋給規劃師，提供科學依據，從而顯著提高規劃工作效率、促進規劃工作的科學性和透明性。

將設計師的設計方案通過虛擬現實的手段直觀地展現在平臺中，如圖6所示，通過間距分析、日照模擬、控高分析、通視分析、視域分析、立面分析等功能，從定性和定量的角度來動態論證方案的優劣，通過虛擬現實及三維可視化技術進行分析計算，并將得到的數據可視化處理，將分析結果以形象的圖形表達出來，使分析結果更易讓人(尤其是非本專業人士)理解[3]，為領導決策提供更為科學的輔助手段。

5 結語

三維長春絕不是脫離城市而獨立運行的體系，它通過動態感知城市的實時信息，運用各種模型分析城市的狀態，將輔助決策信息源源不斷地反饋給城市管理者和建設者。“三維+”的發展模式，將促進三維長春落地生根，用于城市規劃，可以使用城市大數據論證規劃方案，使城市規劃更具前瞻性；用于城市管理，實現城市各類信息的可視化查詢，為政府對城市的管理和服務提供決策工具；用于城市生態建設，可以將大量的統計數據轉換成容易理解的圖像，表現人類活動對環境事件的壓力，預測人類活動條件下的環境效應等。隨著三維數字城市技術的日益成熟，相信不久的將來，三維長春有望成為城市規劃、建設和維管的入口，為全面實現智慧長春奠定堅實的基礎。