3DCity-Engine平台在智慧城市管理中的应用

2013-12-22

中国公共安全 2013年7期

随着智慧城市建设的不断扩展和深入，3DGIS技术逐渐登上历史舞台，它可以应用在数字城市、城市综合管线管理、数字矿山、电力、水力、应急、海洋、军事等多个行业。基于3DCity-Engine形成的三维软件平台是新一代大型三维空间地理信息软件平台，在智慧城市管理中得到了很好的应用。

随着智慧城市建设的不断扩展和深入，3DGIS技术逐渐登上历史舞台。从二维向三维升级是城市化的要求。测绘地理信息发展“十二五”总体规划纲要提出“构建数字中国，监测地理国情，发展壮大产业，建设测绘强国”总体战略。到2015年，全国所有的地级城市和县级城市都将完成地理信息公共平台的建设，推进数字中国的建设，为智慧城市的发展打下坚实的基础。

地理信息涉及广泛的空间相关信息，如高程、卫星遥感、道路交通、POI（餐饮商店等兴趣点）、城市部件、地下管网以及各种与地理位置相关的社会事件等。在大规模城市三维建模完成的基础之上，二维电子地图向三维电子地图升级，最终实现城市的三维可视化管理就是必然的大趋势，也是城市智能交通发展的必然选择。贝尔信的3DCity-Engine的软件平台正是在此背景下应运而生的。

3DCity-Engine的软件平台

3DCity-Engine三维引擎是贝尔信软件公司所有三维软件系统的的三维渲染核心部分，基于Direct3D和C++开发，高效稳定。采用可编程Vertex顶点和Pixel像素的Shaders着色技术实现实时反射、实时折射、动态阴影等高品质、逼真的实时渲染3D图像，支持HDR（高动态光照渲染）。模型数据使用贝尔信软件公司自主知识产权的CGM文件格式，该文件格式以地址索引可快速定位和加载有关数据资源，为动态加载模型资源提供高效支持，通过动态加载和管理模型资源以及LOD等技术，3DCity-Engine实现了在PC机上进行城市级的海量模型场景的加载和渲染，以保持运行流畅。

基于3DCity-Engine三维引擎形成的三维软件平台是新一代大型三维空间地理信息软件平台，其功能强大、三维表达尺度全面，实现了地上、地表、地下、水下信息一体化集成表达，可以在国防军事信息化、石油石化、电力、数字海洋、安全应急、林业、地矿、地理教学等领域广泛应用。具有大范围、海量、多源（包括DEM、DOM、DLG、三维模型等）数据一体化管理和快速三维实时漫游功能，支持三维空间查询、分析和运算。可叠加常规二维GIS软件、CAD等数据，可方便快速完成由二维GIS系统向三维的扩展，建立三维空间地理信息系统。

经过不断的探索和实践，该软件平台在众多行业和领域得到了重要的应用，如数字城市、城市综合管线管理、矿山、智能电力、智能水力，应急系统等，并且实地应用到了天津智慧和平区、数字矿山、深圳机场、株洲神农城等落地项目中，得到了实践的肯定和证明。

3DCity-Engine的行业应用

1、数字城市

“数字城市”以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用遥感、全球定位系统、地理信息系统、遥测、仿真-虚拟等技术，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现。随着GIS技术、三维技术、数据库技术、物联网技术和其它信息技术的高速发展，“数字城市”和“智慧城市”建设将会在中国越来越多的开展起来。

2、城市综合管线管理

地下管线历来是城市的“血管”和“神经”，地下管线涉及给水、雨水、污水、燃气、电力、路灯、有线电视、工业等十多种地下管线，形成了一张错综复杂的地下管线网络，传统的二维管理方式难以准确、直观地显示地下电力管线交叉排列的空间位置关系。

3、数字矿山

利用三维可视化信息技术，建立矿综合管理与展示三维可视化信息系统。运用强大的三维GIS技术、数据处理及多媒体综合信息查询等多项功能，将矿井复杂的井巷工程、生产系统、瓦斯与设备监测及生产与地测信息通过三维图形逼真地表现出来，对于相关的过程进行三维模拟展示，使公司和生产矿井的安全生产管理者和各职能部门能够直观、快速、全面地了解矿井安全生产状况和相关信息，为矿井的安全生产管理、监督检查以及应急响应提供决策支持。

4、电力

运用三维可视化技术和空间信息技术构筑一个“数字电网”，能够实时、直观地了解电网的各类信息，辅助工作人员进行业务管理和决策，从而实现对电网科学、有效的管理，提高电网管理质量和运行效率、降低运营成本，实现了电力工程的智能化管理。

5、水力

“数字水利”是一个以空间信息为基础，融合各种水文模型和水利业务的专业化系统平台，是对真实水文水利过程的数字化重现。运用数学模型和计算机技术对自然系统进行仿真模拟的技术，对天气系统、水流运动、水环境变化都能进行各种尺度的实时模拟，为准确揭示和把握水资源运动规律提供了先进的技术手段。

6、应急

在洪水、台风、地震、火灾、爆炸、化学品泄露、交通事故、恐怖袭击等重大突发公共事件面前，如何实现全面检测监控，并快速、动态的全面了解现场，如何根据现场实时情况疏散人群、组织救援、协调各方资源提供应急保障。一般来说，突发事件都发生在一个特定空间环境内，应急指挥救援也依赖于这一空间环境，所以引入空间信息理论和计算机应用技术相结合的地理信息系统（GIS）来解决这一矛盾就势在必行。

7、海洋

“数字海洋”是对海洋进行的虚拟现实展示，它由海量、多分辨率、多时相、多类型海洋空间数据构建，在充分利用遥感、地理信息系统和全球定位系统技术，并与评价和应用模型相结合的基础上，运用数字化、可视化、网络化的信息表达方式，将海洋自然形态、海洋相关社会和经济活动状态以及发展趋势进行展现。传统地理信息软件缺乏海面及水下纵深描述与展示的功能，3DCity-CUBEGIS可以结合卫星遥感影像数据能够实现对海底三维地形的起伏和结构进行准确快速的浏览展示，并以VR技术对海面光照与海水流动效果进行真实模拟，从而达到模拟真实海水的视觉效果，实现了地面、海上、海底、空中的四维一体化管理。

8、军事

三维战场环境仿真，就是利用计算机三维视景仿真技术和虚拟现实技术，根据现实或想象构造一个生动的、效果真实、直观的三维虚拟场景，用户可以在其中任意漫游，甚至根据仿真需要改变场景。结合运用数据库技术、多媒体技术，还可以将战场信息数据库融合于三维虚拟场景中，用户可以在三维可视化环境中进行构建复杂的战场环境，可将无形的作战能力可视化，将有形的实体装备形象化，对目标物进行交互操作，查询、分析、统计和辅助决策工作。