面向城市规划的三维GIS设计与实现

摘要：随着计算机技术的发展，地理信息和虚拟现实技术在城市规划中的使用产生了良好的效果。将三维地理信息系统应用于城市规划事业中能够对城市的规划及发展起到积极的促进作用，三维GIS技术的应用也将成为城市规划事业发展过程中的重要技术手段。现阶段GIS技术在我国城市规划中的使用已有很多成功案例。在本文中我们将讨论构建用于城市规划的三维地理信息系统的相关内容，并从三维模型的构建、规划步骤、施工流程等方面的要求来描述三维场景的内容，研究三维GIS技术的功能开发，实现城市的合理规划及三维GIS体统的发展。

关键词：城市规划;三维GIS技术;设计

三维GIS系统全称三维立体地理信息系统，经过数十年的发展地理信息系统广泛应用于各个领域，促进着各行业带的发展并带来经济利益。随着计算机及科学技术的进步，地理信息系统GIS技术已得到深入化的应用，在城市规划过程中传统二维技术的缺陷已经逐渐展现，传统地理信息技术已无法适应现阶段我国城市规划化事业的相关要求。中国城市规划行业对地理信息技术的使用已有数十年的历史，已成为最具影响力、最具活力和实用性的开发和应用领域之一。三维GIS技术的开发和实施，利用了虚拟现实技术来显示三维立体城市规划图，在城市规划过程中起重要作用，已成为城市规划设计中的关键力量。

一、三维GIS技術的相关内容

地理信息技术是一种能够自然地结合现实世界对象的空间位置及其相关特征的技术。并且它不仅通过空间分析和可视化功能满足用户的空间数据管理需求。地理信息技术在中国城市规划中的应用始于80年代中期，如今地理信息技术已应用于城市规划过程中的各个领域。例如：空间划分的研究、城市的总体布局、城镇规划设计细节等各类专项规划的制定和研究，从项目的确立到建设的全过程都发挥着重要作用。然而，GIS技术研究的主要内容和城市规划的对象均是由城市各种要素组成的多维城市空间，二维平面模型很难展示一个现实的多维环境，并且传统的二维平面设计工具无法为多维模型中空间分析和决策提供相关设计需求。虚拟现实是一种计算机系统可以在其中创建和体验虚拟世界，它利用计算机技术创造出具有视觉、听觉、触觉等多种感知能力的逼真的三维立体环境，用户以通过交互设备的使用，与虚构下的空间及物质进行交互活动，实现可视化建模和数据交换。与虚构空间内的三维实体产生交互，创造了一种身临其境的体验，是一种先进的数字人机交互技术。因此，利用先进的三维GIS技术发展城市规划事业是未来城市发展的新动力[1]。

（一）应用GIS技术进行对模型的立体构建

城市规划阶段中处理各种信息的过程较为复杂。在此过程中将土地以三维立体的形式用于城市规划模拟时，其内容能够清晰程度的反映城市的整体形态的同时，也具有较高的精准度。现阶段，在城市规划过程中创建可测量的三维立体化模型的方法种类繁多，例如：使用倾斜成像技术进行三维立体模型的构建、利用3D激光对数据进行扫描后构建立体化模型、将地形图作为基础开展3D模型的建造。此外，中国测绘行业应制定三维模型生成和分类的行业标准。

（二）应用GIS技术创建地理信息数据

城市规划地形图、DOM （数字正射影像图）相关数据、DEM （数字高程模型）相关数据、DLG（ 数字线划地图）相关数据构成基础地理信息数据。在基础地理信息数据创建的过程中要先进行前期的资料准备工作，包括DOM、DOM、DLG等数字化信息数据。在有针对性对相关数字数据进行样本采集，在此过程中需对纹理照片、建筑物三维数据、规划所用地形图等开展严格的检查与核对工作后进行三维立体模型的创建。在此过程中，要协调三维立体模型与场景之间的关系做到城市规划合理化。

二、三维GIS系统的设计

三维GIS技术以完整的互联网络技术、计算机软件技术以及三维GIS软件平台作为整体系统的强大支撑，遵循统一的标准体系，在数据、服务和应用层面进行城市规划与设计的相关工作。

（一）三维GIS系统数据图层的建设

大多数数据图层由基本三维地理信息数据储存库、立体模型数据储存库和其他专题数据库构成。地理数据库和专业数据库的内容和存储方式与传统的平面GIS技术基本相同，立体模型数据库涵盖了先进的体感遥控技术和数值模拟高程模型构建技术，能够根据文件操作调整对象模型数据的大小[2]。

（二）三维GIS系统服务图层的建设

要相对三维GIS系统的数据进行高效且科学的管理就要加强三维地理空间定位服务以及系统分析及数据查询服务、数据提取交换服务、地图更新服务等。

三、三维GIS功能的制定

（一）三维立体建造的预览

三维GIS系统具有快速渲染全市场景的能力。 用户除了可以全方位查看3D场景外，还可以通过动态导航、制定场景、导航地图等方式进行对地点的快速进行搜索及精准定位，以此实现指定建筑的极速预览，为工作的开展及城市的规划建设提供便利条件。

（二）建筑信息的相关查询

在城市规划设计的过程中应用三维GIS技术不仅能够辅助规划及相关管理工作的开展还能够准确且快速的查询二维平面GIS数据的相关信息，还可以通过点击模型等方式搜索模型对应的属性数据。

（三）三维GIS系统对设计方案的管理

现阶段，我国在城市规划设计过程中效果图查看的方式单一，只能使用固定设备及固定视角进行方案的预览，这样的查看方式有很大的局限性。三维GIS系统利用科先进的学学技术手段，使城市规划过程中效果图的查看转变成多屏幕、多视角的查看方式。使用此功能用户可以观察各种规划和设计模式，通过不同的角度和方向使用多屏比较，查看不同规划对城市景观和周边建筑的影响，实现对不同设计方案直观的体会。

总结：

三维GIS系统实现了城市规划建设与应用的同步进行，即便三维GIS系统仍处于开发阶段，但已经得到政府及城市建设相关部门的高度重视。并且在未来城市规划建设的过程中三维GIS系统将会给予深入研究用户的相关需求，完善系统的构建及管理制度，强化该系统与二维系统间的联系，实现城市规划二维向三维转化的平稳过渡，为城市规划及发展做出重要贡献。

参考文献：

[1]朱闻东.基于BIM+GIS的施工进度管理系统设计与实现[D].上海交通大学，2020.

[2]潘慕礼.路政综合信息可视化服务系统设计与实现[D].东南大学，2018.

作者简介：侯明豆（1994.07—），女，汉族，陕西西安，本科，助理工程师，从事工作：国土空间规划相关编制。