三维城市建模在数字城市建设中的运用研究

三维城市建模在数字城市建设中的运用研究

李亚轩

（北京信息科技大学，北京100078）

摘要：在城市数字化技术日益成熟的发展趋势下，城市数字化被看作是城市现代化发展的重要参照。城市三维信息系统依托城市已有的空间地理资料、通信设备等，以三维景观可视化技术与城市建模技术，让城市面貌以三维景观模式呈现出来。文章通过对数字城市建设现状和基本框架的具体阐述，对三维城市建模在数字城市建设中的应用展开了研究。

关键词：数字城市；三维模型；城市建设；信息系统

伴随着城市建设高速发展，数字城市建设也得到了有效改善与健全，城市数字化发展水平是衡量城市现代化发展的重要参照之一，也是城市未来发展建设的主流方向。城市三维模型建设属于城市数字化建设的重点内容，同时也是城市建设的关键内容。三维城市模型利用三维技术模拟城市面貌，使得城市面貌真实呈现出来，同时三维城市模型还可以实现空间数据库管理和分析应用等操作，共享社会经济信息资源，现阶段，三维城市模型技术在社会上引起了强烈反响，受到了人们高度重视。

1数字城市建设的现状及基本框架

1.1数字城市建设现状

现阶段，在国内数字城市建设得到了前所未有的重视，并且成为城市未来建设的主流方向，根据统计资料显示，国内超过680个大中城市和3万多个小城镇关于“数字城市”建设拉开了帷幕。“数字城市”是城市信息化发展与建设的核心内容，主要包括城市发展与规划、城市管理、城市经济等工作。

1.2数字城市建设的内容及方法

1)数字城市建设的核心构成部分为城市电信基础信息系统、城市空间基础信息系统以及城市综合信息系统，通过这些系统的有效运营完成信息共享；构建应用平台、构建网络和信息接入平台，利用这些平台实现为终端用户的一对一服务；

为了保证数字城市在建设和发展过程中的法律、经济、组织等服务，还需要构建政策制度和保障系统。

2)数字城市建设的核心技术通常涉及到遥感技术、全球定位技术（GPS）、城市综合功能技术（GIS）、虚拟技术、元数据与宽带网络技术等，并且还可以在运用过程中将上述技术进行整合。

3)数字城市的服务对象通常由政府、企事业单位、社会和人民群众构成。

2三维数字城市模型的构成及分类

三维数字城市模型通常包括三维模型、基础数据、三维投影硬件以及应用环境等。

2.1模型的系统构成

城市三维地理信息服务平台一般采用B/S框架，通过Web服务器就可以实现数据发布操作，同时实现服务器和终端用户的有效对接，用户只要通过浏览器就可以实现对数据的查找和浏览等操作。城市三维地理信息服务平台主要包括数据层、功能操作层和应用服务层。

2.1.1数据层

数据层通常借助地形数据融合系统，实现遥感影像数据与高程数据的相互交错，从而实现三维场景再现，然后利用压缩处理技术形成地形文件，最终通过数据流的模式进行结果显示。WFS(WebFeatureService)与WMS(WebMapService)通过OpenGIS数据服务接口实现标准化操作，以此形成二维数据服务功能。

2.2模型分类

2.2.1地形地貌三维模型

为了让模拟出来的地形地貌更加贴近现实情况，往往借助基础测绘数据方法，比如具备高程值的数字线划图，构建地面高程模型(DEM)，然后按照详细的操作标准构建相应的高程模型。通常条件下，正射影像（DOM）的数据可以借助部分影像的数据分析来获取，这些影像的分辨率主要包含近景摄影、遥感影像和高分辨率的航空影像等。可以按照需要选取相应的影像数据，然后按照标准的空间参考系，让正射影像累积到地面高程模型中，如此一来获取的三维模型就可以有效体现出地形地貌来。

2.3规划设计三维模型

三维模型的研发设计在很大程度上达到了城乡规划管理的发展需求标准，研发设计人员在三维软件中开展设计务必和现状三维模型充分融合，同时结合现状三维模型的实际条件对相关模型展开修订、调整等操作，或者通过三维仿真软件重新生成新模型，主要涉及到纹理、高度、设计、朝向等内容，而这些修订都需要在统一的空间参考系统中根据标准比例来展开。

3三维城市模型的建模方法

三维城市模型的核心操作为首先关于城市的三维环境实施数字化展示，接下来开展可视化操作，与此同时，可以提供有效的操作和分析功能。现阶段，城市三维景观的构建手段多种多样，典型的有下述几种模式：

1)仅仅借助3D和GIS的数据模型与虚拟城市景观模型重建法。可以关于城市的实体模型根据维数分类成0维、1维、2维和3维，并且0、1、2、3仅仅表示相对应的模型构建。与此同时，把地形物看作是城市各种建筑物的承担体，以TIN来表达，称其为2.5维，以2DGIS矢量划线数据来明确建筑物的平面方位，其属性利用数字相机来获得，比如高度、建筑物的侧面纹理，而顶部纹理通过航空遥感数据来获取，从而形成景观模型；

2)借助航空影像来生成城市三维城市景观。建筑物根据外形特点来分类，主要划分成复杂房屋、“人”字形房屋以及平屋顶房屋，并且不同类型的房屋以相应的几何数据模型来构建。

3)TIN表达地形法，利用点、线、面等形式存在的空间实体城市三维UIS数据模型主要通过BP、CSG等技术来表示，同时在立体空间中分别引进空间信息，与此同时，为所有对象制定属性特点与空间关系。

4三维建模技术应用

4.1三维建模技术应用

当前，依托三维城市模型的三维数字技术受到了海内外科学研究领域的高度重视，在明确三维数据模型的统一性、实用性的情况下，应该保证数据的维护、调整以及共享更加方便、快捷，从而有效推进三维数字技术在城乡发展、规划、应急指挥以及招商引资等领域的有效应用与推广。

4.1.1用于城市规划

关于城市的将来发展形势展开预先演示，消失的城市形态也可以通过模拟手段情景再现，并结合规划发展对其展开实时修订，进而为城市发展规划方案的修订提供科学、有效参考，保证城市未来发展规划的科学性与有效性。

4.1.2用于城市管理

利用三维模拟技术可以对城市灾害性事件以及突发事件进行真实、全程动态模拟，保证城市各个信息的可视化查看，为政府部门关于城市管理制定决策提供提供科学参考。

5结语

城市现代化建设作为城市信息化建设与发展的核心构成，在城镇化、信息化发展趋势下，数字城市作为城市将来发展走向。三维城市模型依托三维数字技术，在城市建设与发展上注入了数字化思维与设计理念，让城市的未来发展规划与管理更加快捷、方便。尤其是当今科学技术高速发展，有助于三维技术的可持续发展，其影响力也将越来越明显，其未来发展较为乐观。

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作者简介：李亚轩（1997.02-），男，北京人，本科，北京信息科技大学，研究方向：工业设计。