三维测绘(三维地理信息系统)在数字城市规划中的作用

三维测绘(三维地理信息系统)在数字城市规划中的作用

作者：靳海川 颜辉

来源：《城市建设理论研究》2013年第35期

摘要：“数字济宁地理空间框架” 系统建设是当前济宁市正在推进的项目 ,它将计算机技术、 通信技术、 “3S” 技术、数据库技术等引入到城市管理工作中 ,大大提高了城市管理的数字化、信息化和网络化水平。城市三维测绘和建库为“数字济宁 ” 系统建设提供基础数据 ,数据的质量及可靠性是系统建设成败的关键。 关键词：测绘；城市规划；作用 中图分类号： O343.2文献标识码：A

城市三维数据库是济宁市“数字济宁地理空间框架”管理系统（以下简称数字空间系统）工作的基础，建设规范标准的城市三维数据库可直接为城市“数字空间系统”相关的各部门提供准确实时的基础地理信息，保证了“数字济宁地理空间框架”平台对基础地理信息的需求，大大提高了城市管理工作的效率。

【关键词】三维测绘；数字测绘；数字城市规划 引言

在信息化和工业化融合的潮流下，数字城市的建设与应用推动了社会的跨越式发展，尤其在互联网深层次应用推广的背景下，基于空间的综合信息管理成为各行业的交叉融合点。空间信息被应用与城市规划职能部门的管理、决策的各个层面，这些应用对于提高城市规划及工程建设的效率和提高规划、投资等管理工作的水平起到关键作用。

城市规划包括城市规划管理、城市地下管线管理、城市勘测、城市环境保护、城镇地籍管理、水环境状况、城市供水与地下水资源管理、城市土地管理、电力电信设施管理、有线电视信息管理、城市、城市交通、旅游规划等领域。要建设好城市，节约社会资源，提高城市的管理效率，对各领域的城市管理项目必须有一个统一的、科学的城市规划，并严格按照规划来进行建设。而数字城市规划是一项系统性、科学性、性和区域性很强的工作。它要预见并合理的确定城市的发展方向、规模和布局，作好环境预测和评价，协调各方面在发展中的关系，系统安排各项建设，使整个城市的建设和发展，达到技术先进、经济合理、“骨、肉”协调、环境优美的综合效果。 2 三维地理信息系统（3D-GIS）

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

三维地理信息系统（3D-GIS）是城市地理信息系统向动态、和网络化方向发展的产物，是虚拟现实技术和地理信息系统的结合体。虚拟现实(VR) 技术是利用计算机技术生成一个逼真的，具有视、听、触等多种感知的虚拟环境。用户通过各种交互设备，与虚拟环境中的实体相互作用，产生身临其境的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。我们利用地理信息系统（GIS）采集、存储、管理、分析和描述各类型空间地理数据，并将此信息属性赋予基于VR 技术构建三维模型，使之能就特定目标进行分析、处理，实现对城市规划的辅助决策。

三维GIS功能丰富，系统提供空间数据、属性信息搜索、距离量测、面积量测、挖填方分析、水淹分析、最短路径分析、剖面分析、日照分析、通视分析、控高分析、定点观察方案对比选择等分析功能，提供路径游览、车行、人行、飞行模式等漫游功能，支持将外部制作的规划设计方案进行导入等功能。

3三维测绘（三维地理信息系统）在数字城市规划中的重要性

目前的测绘都是基于 2+1 维理论而建立起来的测量体系：二维确定目标的平面位置，一维确定目标的高程。2+1 维测绘技术经过几百年的发展，已达到了比较完善的程度；但随着社会和科技的发展，2+1维测绘的成果已不能完全满足社会发展和经济建设的需要。2+1 维地图实际上是从空中俯瞰地面的情况，而人们绝大多数时间都生活在地面，人们在街上行走，看到的都是周围的三维景象，这些景象在 2+1维地图上无法表达。数字城市规划的属性要求其有一个可靠的对与城市了解的基础，而城市三维测绘能够在地形、地籍、房产等几个重要的方面为数字城市规划提供所需要的数据。

三维GIS与二维GIS一样，需要具备最基本的空间数据处理功能，如数据获取、数据组织、数据操纵、数据分析和数据表现等。相比于二维GIS，三维GIS具有以下优势。 空间信息的展示更为直观。从人们懂得通过空间信息来认识和改造世界开始，空间信息主要是以图形化的形式存在的。然而，用二维的图形界面展示空间信息是非常抽象的，只有专业的人士才懂得使用。相比二维GIS，三维GIS为空间信息的展示提供了更丰富、逼真的平台，使人们将抽象难懂的空间信息可视化和直观化，人们结合自己相关的经验就可以理解，从而做出准确而快速的判断。毫无疑问，三维GIS在可视化方面有着得天独厚的优势。

度空间分析功能更加强大。空间信息的分析过程，往往是复杂、动态和抽象的，在数量繁多、关系复杂的空间信息面前，二维GIS的空间分析功能常具有一定的局限性，如淹没分析、地质分析、日照分析、空间扩散分析、通视性分析等高级空间分析功能，二维GIS是无法实现的。由于三维数据本身可以降维到二维，因此三维GIS自然也能包容二维GIS的空间分析功能。三维GIS强大的度空间分析功能，不仅是GIS空间分析功能的一次跨越，在更大程度上也充分体现了GIS的特点和优越性。为数字城市规划提供了强大的三维空间分析功能。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

数字城市三维测绘就是测量目标的空间三维坐标，确定三维目标的几何形状空间位置和空间姿态，对目标进行三维重建并尽可能真实地在计算机上再现目标的技术。城市三维测绘内容包括三维地形、三维房产、三维场景、三维基础设施、三维绿化等。

三维测绘的需求是迫切的，城市规划，特别是旧城改造规划，已经开始三维规划，为城市规划和工程规划服务是工程测量的一个重要应用领域，三维测绘应及时跟上。现在三维工程设计已经出现，三维 CAD 的软件已经普及。工程设计要再现状图的基础上进行，所以现状图也应是三维图，这也要求我们必须实现三维测绘。三维地理信息系统在三维测绘的基础上，才能更好的为数字城市规划服务。

三维测绘（三维地理信息系统）在数字城市规划中的意义 4. 1为规划提供直观完整的城市基础地理信息数据资料

城市三维测绘（三维GIS）资料能直观的反应城市面貌，数字城市规划需要城市三维测绘提供基础资料，三维测绘资料的完整性、直观性和准确性影响和决定数字城市规划的制定和城市建设的实施。从城市三维测绘包括的内容可以看出，城市三维测绘涵盖了城市中关于地理地貌、地籍房产等的几乎全部信息，这些信息是一个数字城市进行建设的基础，城市三维测绘是数字城市规划、建设重要的前期和基础性工作，数字城市建设和管理需要精确的三维测绘成果来保证数字规划设计的正确实施，要有地区统一的三维测绘基准，保证为数字城市规划建设和各项城市建设工程以及数字城市信息化管理工作提供及时和准确的保障服务。城市三维测绘是城市建设重要的前期、中期、后期和基础性工作，随着城市建设的快速发展，城市建设工程日趋增多，建设具有地上、地下、空间全方位、多元化发展的现代化大都市，需要三维测绘成果来保证数字城市规划的正确性实施。

因此重视和促进发展三维测绘才能确保城市规划的连续性、完整性和统一性。城市三维测绘在城市的规划中的重要作用不容小觑，建立三维数字城市可形象、精确表达城市现状和景观，为城市规划、市政管理提供完整的信息管理、信息分析服务。数字城市规划恰如上层建筑，而城市三维测绘就是城市规划这个上层建筑的基础，三维竣工测绘是三维测绘成果的重要来源。没有城市三维测绘数字城市规划无从谈起，而数字城市规划所为的数字城市建设就根本没有实施的可能。城市三维测绘（三维GIS）在数字城市规划的作用是显而易见和毋庸置疑的。

4. 2 为城市规划设计提供决策支持

三维测绘（三维GIS）为管理部门和相关领导对城市规划、建设、管理的重大问题论证和决策提供详实、准确的分析数据和优化方案。城市总体规划、详细规划、重点工程选址、规划委员会进行规划设 计方案评审、棚户区改造、城市建设项目动态管理等都可以利用系统进行整体分析决策，而不需要实地勘察而且能从三维GIS系统中获取实地勘察不能获取的信息。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

5 三维测绘（三维地理信息系统）在数字城市规划中的作用

城市规划研究城市的未来发展、城市的合理布局和综合安排城市各项工程建设的部署。它要预见并合理地确定城市的发展方向、规模和布局，作好环境预测和评价，协调各方面在发展中的关系，统筹安排各项建设。三维基础地理信息系统辅助城市规划设计与管理的主要 特点在于系统以三维为展示方式，对各种城市空间信息进行有效地管理与集成，充分地利用地理信息资源，将现实城市与城市规划方案以动态的形式展示给用户，用户可以非常直观地站在整个城市的角度对不同的规划方案进行客观比较，降低了原有规划方案与整个城市相 融合时出现的狭隘性，从而在施工建设前发现设计方案不易发现的缺陷，避免了经济损失 同 时，基于网络的共享型城市级三维基础地理信息平台，有利于各部门实现信息共享和综合应用，为其他相关部门提供以及展示规划成果，提高工作效率，减少重复建设带来的资金浪费。 5. 1现状调查与资料收集

三维基础地理信息系统可以集成各种来源的城市规划数据，同时三维场景中三维模型纹理航摄影像涵盖的信息量非常大，可以拥有二维地形图无法提供的视角，从中获取实地勘察不能获取的信息。三维分析的功能可以辅助设计者进行场地分析、地形改造和土方计算等工作，足不出户就可以进行踏勘工作，从一定程度上减少实地调查的工作量和成本，提高了工作效率。 5. 2规划管理中的应用

城市规划管理是规划部门对城市规划的编制、审批、实施及有关工作的管理。城市规划编制管理中需要组织城市规划的编制，征求并综合协调各方面的意见，进行规划成果的质量把关、申报和管理; 城市规划审批管理要对城市规划文件实行分级审批制度; 城市规划实施管理要进行建设用地规划管理、建设工程规划管理和规划实施的监督检查管理等三维基础地理信息平台在规划管理阶段，可以辅助管理者方便的获取各方面规划信息，方案审查中，可以更全面、迅速、直观地了解规划设计、审查设计理念及指标的合理性。 5. 3基础地理信息服务

三维基础地理信息系统采用面向服务架构体系，数据以服务的形式提供，仅需要简单的插件，既可将数据方便地加入各专业子系统，利于数据共享。通过局域网连接信息中心三维地理信息数据库和二维基础地理信息数据库和综合管线数据库，进行二三维数据的叠加显示和查询分析。一方面，城市三维模型及城市影像可以直观生动地再现城市面貌，便于总体浏览、研究城市格局；另一方面，实现二三维数据联动，与总体规划详细规划数据叠加显示分析，管理者可以对三维场景中的城市地物进行属性查询和叠置分析，方便审批和管理，提高工作效率。 5. 4三维辅助决策支持

三维地理信息系统集成了丰富的规划信息(矢量图文字图片视频) ，运用虚拟现实技术 展示规划设计成果，实现传统设计手段难以达到的形象直观的视觉效果，降低了专业门槛，为非

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

规划专业的人员了解和品评规划成果提供了平台，在方案审批过程中，使各方面领导能 够全面迅速直观地了解规划设计，提高规划决策的效率以及科学性，特别是在信息技术快速 发展的今天，三维可视化平台的使用，更是为事务繁忙把握宏观大局的各级领导提供了一个 直观便捷简单实用功能丰富的操作平台，利用这个平台，他们对自己的辖区一目了然，可随意浏览感兴趣的地区，从不同的角度欣赏城市的建设与发展，从中发现可能存在的问题，如城市布局的合理性不同建筑风格的协调性等。就像在现场，他们随时可提出自己的建议与想 法，供设计与施工部门参考。

6 三维测绘在数字城市规划中的相关问题思考及发展展望

三维地理信息技术（三维测绘）应用条件下的城市规划管理仍是一项非常复杂的基础性信息管理建设项目，其不仅改变着城市规划所需要数据的采集、分析、利用及处理工作，更改变着城市规划的部门信息交流反馈和内部信息流程等机制。通过三维地理信息技术在该城市规划区域的成果应用，其优势贯穿到了城市规划的编制及其研究、规划选址、规划报建及方案评审批后管理等整个规划管理的全过程之中，通过分析对比规划成果和设计方案最终选用最优的方案进行建设，在建设过程中仍旧以该技术进行监督管理和，实现了城市规划管理水平跨越式的提高。尽管近些年来三维地理信息技术应用很大程度上的促进了城市规划管理工作的发展，但是因为实际应用过程中高度的复杂性，当前仍缺乏通用的系统建设标准以适应城市规划管理工作各方面的应用需求，还存在多方面的理论及技术难题亟待分析和解决。随着计算机硬件技术的高速发展和遥感及虚拟现实技术的提高，三维空间地理信息技术正在不断的发展及完善，其更全方位、更直观的展示着整个城市的真实情况给决策者甚至每个群众，其在城市规划管理领域的发展前景将更加广阔。 参考文献

[1] 叶 飞 《浅谈工程测量与三维测绘技术的发展》，《沿海企业与科技》2010年第02期（总第117期）

叶 飞海南省农垦设计院 海南，海口 570226 [文章编号] 1007-7723（2010）02-0059-0003 [2] 杨秋生 潘胜军 秦楠 《三维地理信息系统在城市规划中的应用形式及要点》，《城镇化与城市发展》，中国科技信息2009年第9期，杨秋生 潘胜军 秦楠聊城市勘察规划设计院 [3] 互联网络