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三维GIS在智慧城市建设中的应用

发表时间：2021/9/3 来源：《建筑科技》2021年9月中作者：刘志勇1, 朱淑芹2

[导读] 地理信息系统GIS技术在智慧城市建设中的优势迅速展现出来，相较于传统的二维建设城市规划，实景三维技术已经在测绘等方面具备极大优势，使得数字城市建设更加依赖于使劲三维技术。实景三维技术通过将市政信息、城市的空间构造信息等奖励了数字化城市，在虚拟的网络中创造了虚拟的数字城市，衍生出更多依托于实景三维技术所发展起来的新兴行业。

1.惠民县自然资源和规划局刘志勇1, 山东惠民 251700
2.滨州市自然资源和规划局不动产交易登记中心朱淑芹2 山东滨州 256600

摘要：地理信息系统GIS技术在智慧城市建设中的优势迅速展现出来，相较于传统的二维建设城市规划，实景三维技术已经在测绘等方面具备极大优势，使得数字城市建设更加依赖于使劲三维技术。实景三维技术通过将市政信息、城市的空间构造信息等奖励了数字化城市，在虚拟的网络中创造了虚拟的数字城市，衍生出更多依托于实景三维技术所发展起来的新兴行业。
关键词：智慧城市；地理信息系统；三维数据管理；城市规划分析
        智慧城市，是城市进入全面数字化构建下的一个必然的升级趋势，在整个城市数字化和信息化的基础之上，对整个城市进行具体范围下的可视化以及对应的可测量智能化管理和运行。这些运行的前提就是对需要对整个城市本身的信息及数据基础设施进行全面的完善，并在这个的基础之上进行更进一步的网络化城市管理平台和综合决策支撑平台的深化设计。智慧城市是新信息技术在知识型社会基础之上的发展与创新，融合了信息化、工业化和城镇化功能，显著改善了城市化发展的现状，真正实现了动态管理，提高了城市管理的综合水平。
        1智慧城市概述
        新型智慧城市的对应时空信息基础设施，首先需要解决的就是可视化以及可测量等方面，并且需要在三维建模的理论角度以及对应的工程实践方法构建下，进行更深层次的要求满足，其建设是对城市过去、现在、未来的描述过程，主要集结了大规模储存、计算机、多媒体等技术，在宽带网络与GPS、GIS、遥感、仿真-虚拟等技术对城市进行三维描述且是多分辨率、多时空、多尺度与多种类的数字化虚拟实现。前的数字化城市设计中所应用的三维GIS关键技术，已经实现了系统化的平台运作，因而能够提供各类信息的查询、各类数据的运算，以及各种关系的判定。
        2智慧城市与三维实体数据的关联内容
        面向数字化城市设计的三维GIS关键技术，以空间数据模型为基础，也就是在城市设计中，按照空间形式的表达需求，借助构成立体空间的点、线、面表现模型实现技术，与网络系统中的几何体模型，共同完成三维实体城市建模。从技术角度分析，它具有闭合性、高精度、实例化存储与表达的比较优势。以闭合性为例，采用的主要是拓扑结构与半边结构，用拓扑结构描述各条边，用半边结构描述三角网各顶点；并运用布尔运算方法，对空间几何形式的“交、并、差”等关系进行计算，从而确保拓扑闭合，进而完成三维实体的空间表达。以高精度为例，在存储顶点坐标值方面，它主要是借助双精度型方法，极大的使整个空间分析与布尔运算达到了高精度标准。加上经典模型数据组织方案，能够从空间的结构或骨架、材料的性质，以及物体表现的纹理等实现“虚拟真实”的表达，进而使数据参数与实例存储相一致。
        数字化城市设计不仅在宏观形态方面有显著表现，也对内部结构中的各项构成要素非常注重，因而形成了一种全要素的数字化设计理念，所以，在实际的设计中，它需要借助多源异构数字融合技术支持。比如，现代城市规划中，对于城市的历史性有一定的范围界定，要求在过去与未来之间有一个较好的组织桥梁；因而历史数据与未来预期的目标设定，就使得在数据类型中，既要囊括传统影像数据、矢量数据、地形数据，也包含了二维平面的CAD数据、三维立体空间的3DMax数据；尤其是在当前地下管道、地上环境，以及针对不同区域的整体信息获取中，采用了倾斜摄影技术与激光点云技术，以及BIM技术、虚拟场技术等。所以，多源异构数据融合已经成为三维GIS关键技术中的基本支撑。另外，当前AI技术的应用，使得数字化城市设计中的三维GIS关键技术应用已经对接到了，具深度学习特征的“神经网络U-net模型”，所以从可预期的角度观察，技术资源之间的优化匹配将会走向智能化。

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        3智慧城市建设中三维实景模型获取的流程分析
        面向数字化城市设计的三维GIS关键技术，当前可以支持GPU环境，因而满足了针对城市空间的动态化分析需求，比如，具有实时性或可视化特征的在通视、可视域分析；再如，具有简化性与比较性的天际线、阴影率统计分析，以及剖面线、对比分析等。这种分析技术的应用，使城市空间设计中的空间设施分布、信号覆盖获得了统一化处理，能进行方案规划前后之间的比较，并进行实时优化。其三维数据获取、构建与创建流程如下：
        三维数据获取方式。①近景摄影测量影像，摄影测量中的近景通常指的是距离小于100m的摄影，该种影像的拍摄方法需要从同一地物的不同方向进行拍摄，进而形成一个具有重叠度的多幅影像;③建筑规划设计图纸，建筑规划设计图纸包含了建筑物的所有数据信息，是一种基础的参考数据;④城市大比例尺地形图，通过城市大比例尺地形图，能够获得城市建筑的二维平而几何信息，包括建筑物的各角点平而坐标、建筑物平而的轮廓等。
        三维模型的构建。城市三维模型的构成通常采用B/S模式，Web服务器能够实现使用终端以及数据发布服务器的无缝连接，同时能够在浏览器环境中为使用者提供查询服务以及数据浏览业务，城市三维模型的应用体系主要包括以下几个模块:①应用服务模块，该功能模块是利用空间网络三维数据信息的端口，向用户提供各种使用服务，例如，电力能源、虚拟旅游、水利、交通国土资源、公共安全等领域;②数据模块，数据模块通过利用地形数据融合软件，把高程数据以及遥感影像数据融合成三维模型，通过压缩处理之后形成MPT，其读取采用数据流的形式，WMS以及WFS会在OpenCIS数据服务端口进行规范化处理，同时还能够提供二维数据信息服务。
        创建三维场景。创建城市三维地形场景，通过采用数字高程模型、数字正射影像创建精度高的城市三维地形场景，其中DOM数据以及DEM数据要求使用im-age格式或者CEOTIFE格式，其中CEOTIFE的压缩比为1:1，以此防出现影响影像精度的现象，采用遥感处理软件进行数据的预处理与编辑，需要处理的内容包括DOM,DEM坐标以及格式的准换;DEM在Er-das或者ARCCIS里的修改，以此创建彼岸准的坐标体系，最后通过TerraBulide:软件中生成相应的三维地形场景。
        4结语
        在智慧城市的建设与规划过程中，地理信息系统的应用是十分重要的，通过对地理信息系统的合理应用，能够充分的凸显出智慧城市建设的优势，并且完成数字化城市的发展。合理的应用地理信息系统，借助地理信息系统对整个城市空间进行综合性的分析，使整个空间数据能够更加直观的显示出来，使的整个智慧城市的建设更加智能化与数字化。
参考文献
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[2]沈轩,徐元晓,陈飞.三维GIS在区县级智慧城市中的应用[J].信息技术与信息化,2021(02):39-41.
[3]郭仁忠,林浩嘉,贺彪,赵志刚.面向智慧城市的GIS框架[J].武汉大学学报(信息科学版),2020,45(12):1829-1835.
[4]曹祎楠. 融合BIM与GIS的三维空间数据可视化研究[D].北京建筑大学,2020.                                                           作者简介：刘志勇（1984.2-），男，汉族，山东汶上人，硕士研究生学历，工程师。现从事地籍测绘、调查监测等相关的研究与管理工作。