面向城市規劃的三維GIS設計與實現

摘要：隨著計算機技術的發展，地理信息和虛擬現實技術在城市規劃中的使用產生了良好的效果。將三維地理信息系統應用于城市規劃事業中能夠對城市的規劃及發展起到積極的促進作用，三維GIS技術的應用也將成為城市規劃事業發展過程中的重要技術手段。現階段GIS技術在我國城市規劃中的使用已有很多成功案例。在本文中我們將討論構建用于城市規劃的三維地理信息系統的相關內容，并從三維模型的構建、規劃步驟、施工流程等方面的要求來描述三維場景的內容，研究三維GIS技術的功能開發，實現城市的合理規劃及三維GIS體統的發展。

關鍵詞：城市規劃;三維GIS技術;設計

三維GIS系統全稱三維立體地理信息系統，經過數十年的發展地理信息系統廣泛應用于各個領域，促進著各行業帶的發展并帶來經濟利益。隨著計算機及科學技術的進步，地理信息系統GIS技術已得到深入化的應用，在城市規劃過程中傳統二維技術的缺陷已經逐漸展現，傳統地理信息技術已無法適應現階段我國城市規劃化事業的相關要求。中國城市規劃行業對地理信息技術的使用已有數十年的歷史，已成為最具影響力、最具活力和實用性的開發和應用領域之一。三維GIS技術的開發和實施，利用了虛擬現實技術來顯示三維立體城市規劃圖，在城市規劃過程中起重要作用，已成為城市規劃設計中的關鍵力量。

一、三維GIS技術的相關內容

地理信息技術是一種能夠自然地結合現實世界對象的空間位置及其相關特征的技術。并且它不僅通過空間分析和可視化功能滿足用戶的空間數據管理需求。地理信息技術在中國城市規劃中的應用始于80年代中期，如今地理信息技術已應用于城市規劃過程中的各個領域。例如：空間劃分的研究、城市的總體布局、城鎮規劃設計細節等各類專項規劃的制定和研究，從項目的確立到建設的全過程都發揮著重要作用。然而，GIS技術研究的主要內容和城市規劃的對象均是由城市各種要素組成的多維城市空間，二維平面模型很難展示一個現實的多維環境，并且傳統的二維平面設計工具無法為多維模型中空間分析和決策提供相關設計需求。虛擬現實是一種計算機系統可以在其中創建和體驗虛擬世界，它利用計算機技術創造出具有視覺、聽覺、觸覺等多種感知能力的逼真的三維立體環境，用戶以通過交互設備的使用，與虛構下的空間及物質進行交互活動，實現可視化建模和數據交換。與虛構空間內的三維實體產生交互，創造了一種身臨其境的體驗，是一種先進的數字人機交互技術。因此，利用先進的三維GIS技術發展城市規劃事業是未來城市發展的新動力[1]。

（一）應用GIS技術進行對模型的立體構建

城市規劃階段中處理各種信息的過程較為復雜。在此過程中將土地以三維立體的形式用于城市規劃模擬時，其內容能夠清晰程度的反映城市的整體形態的同時，也具有較高的精準度。現階段，在城市規劃過程中創建可測量的三維立體化模型的方法種類繁多，例如：使用傾斜成像技術進行三維立體模型的構建、利用3D激光對數據進行掃描后構建立體化模型、將地形圖作為基礎開展3D模型的建造。此外，中國測繪行業應制定三維模型生成和分類的行業標準。

（二）應用GIS技術創建地理信息數據

城市規劃地形圖、DOM?（數字正射影像圖）相關數據、DEM?（數字高程模型）相關數據、DLG（?數字線劃地圖）相關數據構成基礎地理信息數據。在基礎地理信息數據創建的過程中要先進行前期的資料準備工作，包括DOM、DOM、DLG等數字化信息數據。在有針對性對相關數字數據進行樣本采集，在此過程中需對紋理照片、建筑物三維數據、規劃所用地形圖等開展嚴格的檢查與核對工作后進行三維立體模型的創建。在此過程中，要協調三維立體模型與場景之間的關系做到城市規劃合理化。

二、三維GIS系統的設計

三維GIS技術以完整的互聯網絡技術、計算機軟件技術以及三維GIS軟件平臺作為整體系統的強大支撐，遵循統一的標準體系，在數據、服務和應用層面進行城市規劃與設計的相關工作。

（一）三維GIS系統數據圖層的建設

大多數數據圖層由基本三維地理信息數據儲存庫、立體模型數據儲存庫和其他專題數據庫構成。地理數據庫和專業數據庫的內容和存儲方式與傳統的平面GIS技術基本相同，立體模型數據庫涵蓋了先進的體感遙控技術和數值模擬高程模型構建技術，能夠根據文件操作調整對象模型數據的大小[2]。

（二）三維GIS系統服務圖層的建設

要相對三維GIS系統的數據進行高效且科學的管理就要加強三維地理空間定位服務以及系統分析及數據查詢服務、數據提取交換服務、地圖更新服務等。

三、三維GIS功能的制定

（一）三維立體建造的預覽

三維GIS系統具有快速渲染全市場景的能力。?用戶除了可以全方位查看3D場景外，還可以通過動態導航、制定場景、導航地圖等方式進行對地點的快速進行搜索及精準定位，以此實現指定建筑的極速預覽，為工作的開展及城市的規劃建設提供便利條件。

（二）建筑信息的相關查詢

在城市規劃設計的過程中應用三維GIS技術不僅能夠輔助規劃及相關管理工作的開展還能夠準確且快速的查詢二維平面GIS數據的相關信息，還可以通過點擊模型等方式搜索模型對應的屬性數據。

（三）三維GIS系統對設計方案的管理

現階段，我國在城市規劃設計過程中效果圖查看的方式單一，只能使用固定設備及固定視角進行方案的預覽，這樣的查看方式有很大的局限性。三維GIS系統利用科先進的學學技術手段，使城市規劃過程中效果圖的查看轉變成多屏幕、多視角的查看方式。使用此功能用戶可以觀察各種規劃和設計模式，通過不同的角度和方向使用多屏比較，查看不同規劃對城市景觀和周邊建筑的影響，實現對不同設計方案直觀的體會。

總結：

三維GIS系統實現了城市規劃建設與應用的同步進行，即便三維GIS系統仍處于開發階段，但已經得到政府及城市建設相關部門的高度重視。并且在未來城市規劃建設的過程中三維GIS系統將會給予深入研究用戶的相關需求，完善系統的構建及管理制度，強化該系統與二維系統間的聯系，實現城市規劃二維向三維轉化的平穩過渡，為城市規劃及發展做出重要貢獻。

參考文獻：

[1]朱聞東.基于BIM+GIS的施工進度管理系統設計與實現[D].上海交通大學，2020.

[2]潘慕禮.路政綜合信息可視化服務系統設計與實現[D].東南大學，2018.

作者簡介：侯明豆（1994.07—），女，漢族，陜西西安，本科，助理工程師，從事工作：國土空間規劃相關編制。