三维城市在城市规划管理中的应用

李莉 程远明 李伟兰

（南昌市测绘勘察研究院江西南昌 330042）

三维城市在城市规划管理中的应用

李莉 程远明 李伟兰

（南昌市测绘勘察研究院江西南昌 330042）

近年来，随着三维城市技术的不断成熟，它在城市规划管理中被逐步推广应用，在一定程度上弥补了二维数据空间数据分析能力弱、可视化程度低等缺陷，但三维辅助系统在规划管理辅助系统中仍存在一定的局限性。本文结合南昌市测绘勘察研究院建设的南昌市红谷滩新区精细化三维建模成果，以及在城市规划辅助管理中的应用情况，浅析三维城市在辅助城市规划管理的几点应用。

三维建模；系统平台；规划管理；思考

1 引言

中共南昌市委、南昌市政府为拓展城市规模，构建“一江两岸”城市发展格局而设立红谷滩新区，正成为南昌的新行政中心、新商务中心、新文化中心、新生活中心、新商业中心和新休闲中心。因此，在国家测绘地理信息局启动的“数字南昌地理空间框架试点建设”项目背景下，南昌市测绘勘察研究院选定红谷滩中心城区作为建模试点区域，建模面积约5平方公里，其中约1.4平方公里的为一级模型区（即精细化建模区，细节和纹理表达较为细腻，且地物要素较为丰富），其余的为三级模型区（即普通建模区，细节和纹理表达相对笼统，且部分地物要素不做表达），包括所有建筑物，实体地面，雕塑，小品部件（公交站台，路灯，道路指示牌等），以及植被等。并将该建模区域在城市规划管理中进行初步应用，进而提升城市规划管理工作的时效性、便捷性和科学性。

笔者将从数据获取、数据建模、平台发布三个方面阐述实验区三维建模过程，结合城市规划管理中的应用情况，对三维城市辅助规划管理系统中存在的不足进行浅析。

2 三维建模过程

基于航空遥感影像和野外获取人工像控点资料进行空三加密，其成果不但能够进行DEM和DOM的制作，同时也能够获取影像中地物的立体像对。我们即可通过立体像对得知现有地物的高度，通过DOM或地形图得到现有地物的平面轮廓，可提取地物的白模，与此同时进行的现状地物的实际外立面纹理拍摄工作可获取地物的纹理，最后在3DMAX软件中进行模型的精细化处理以及纹理贴图。三维建模过程如图1所示。

图1 三维建模工艺流程

2.1 数据的获取

结合测区范围、测区地物、地形变化等相关因素，进行各类地物实际纹理的拍摄工作，以获取所有建设三维城市所需地物各个角度的实际外立面纹理。

2.2 数据建模

本文对实验区现有地物进行建模，从而可视化展现该区域的三维真实场景。对规划的建筑物及配套设施建设方案进行三维建模，从而实现在三维场景中对方案的审批管理工作。具体如下。

（1）地形模型建立。利用航空摄影测量技术，可以通过立体影像匹配技术获取DEM，并基于DEM成果数据的起伏状态建立地形模型。需要注意的是，由于DEM和地形模型存在较多平行的面，导致模型存在闪面的现象，严重影像视觉效果，因此需要查DEM下陷以保证地形模型的视觉效果。

（2）现状地物建模。利用立体模型和DEM三维数据，提取建筑物的高度信息，再从地形图或者正射DOM影像图获取建筑物的平面轮廓图，进而构建建筑物的初始白模(没有纹理的三维模型)，再通过人工数码拍照的方式采集建筑的实际外立面纹理，最后通过三维建模软件（3DMAX软件）对白模进行精细化处理和贴膜等相应的人机交互过程，得到精细的、逼真的建筑模型。图2是红谷滩实验区三维数字城市场景图。

图2 红谷滩实验区三维城市成果图

（3）规划方案建模。即通过CAD总平图和剖面图获取建筑平面轮廓和高度，通过方案效果图提取外立面纹理。制作方案的三维模型可根据需要完全按照方案模型特别精细化制作，但这样的模型往往面片数量巨大，不适合发布载入虚拟机。因此，方案模型的精细度适当即可（忽略面片厚度小于0.5米的细节）。图3(a)图为规划方案效果图，图3(b)为该规划方案的三维模型。

图3 规划方案效果图与三维模型

2.3 系统平台

在模型制作完成后，将其编译并发布至uniscope平台中，即可进行三维数据浏览、搜索定位、场景控制和图层控制。uniscope作为三维数据承载平台，是基于linux系统开发的基于网络基层平台，它具有高安全性、高性能、高可用性，采用多级金字塔结构对空间数据进行组织，能够承载海量空间数据的三维数字城市（包括DEM和DOM）。

城市规划三维辅助审批系统软件直接调用uniscope中的三维数据库，同时导入方案模型、建立工程，实现对三维数字城市进行规划分析、条件查询、规划审批、定位查询、拆迁分析等城市规划管理的工作，进而提供一定的分析和辅助决策功能。

3 应用

三维城市可辅助进行城市规划设计、城市规划的审批、城市规划批后管理工作。管理人员可以按照相关工作需要，直接利用系统中的海量三维数据信息进行统计、分析辅助决策，进而避免了繁重的数据调查和资料搜集的工作。同时系统可将分析的结果可视化的展示出来，其直观性远优于原始的管理手段，使得规划审批的成果更接近于建设后真实效果。

3.1 规划审批方面

在规划申请阶段，需要相关单位提供建设用地需求申请、目标地块要求以及建设方案的电子化数据，管理工作人员可以在系统中通过查询规划条件（如地块位置，区域控高等）快速完成规划选址工作。

在规划方案审批阶段，可在三维系统环境中导入申请单位提供的电子化方案数据、规划红线以及建筑退距线等矢量数据，从而进行建筑定位图的校核（如图4），以及建筑初复验的对比（如图5），确定该方案或该建筑与周边的各类要素之间的间距是否满足规划审批的要求，以及方案与周边环境的融合效果是否满足城市规划整体性的需要。还可以实现多个不同的设计方案同时对比，从而为规划审批工作提供更加直观的参考依据（如图6）。

图4 建筑定位图校核效果图

图5 建筑初复验对比效果图

图6 方案对比效果图

3.2 其他规划管理方面

城市规划三维辅助审批系统提供了其他相关的规划管理辅助工具、日照分析、城市拆迁辅助分析、街道剖面图等功能。规划管理辅助工具可以满足建筑或者地形任意空间的量测；日照分析帮助查看任意时段建筑物之间的阳光遮挡情况；城市拆迁辅助分析提供的建筑属性可以辅助管理人员快速的计算出某个范围内概略的拆迁成本；街道剖面图（如图7）提供了更为直观的某条街道上所有建筑物某个方向上的外立面情况以及建筑之间的位置关系。这些功能和应用都为城市规划工程、市政楼体美化工程等提供了快速而准确的参考资料。

图7 三维街道剖面图

除了上述规划审批管理之外，三维数字城市也逐步广泛应用到公安、消防、医疗等城市应急指挥工作中，以及国土资源管理、数字旅游、旧城改造、交通管理、环境保护等其他城市管理工作中。

4 三维城市辅助规划思考

江西省国土资源勘测规划院建设的三维城市系统在城市规划管理工作中初见成效，以其可视化、仿真度高、时效性强等特点，在很大程度上提高了规划管理工作的科学性和工作效率。但目前的三维城市辅助规划系统也存在着一定的局限。具体情况如下：

(1)三维建模生产自动化程度仍需提高。目前精细化三维建模数据的生产主要以人工处理为主，其生产效率相对较低，需投入大量人力才能满足大规模的三维城市快速建模及动态更新的生产要求。虽然国内外已研制出基于倾斜摄影测量技术的街景工厂处理系统，能够提高粗略建模的生产效率，但其模型的精细化程度还有待提高。因此，如何提高三维建模自动化程度并满足模型精细化需要将成为主要解决的问题。

(2)二维地理信息数据库管理系统与三维辅助规划管理系统结合紧密度不高。数据库管理系统是城市相关基础地理信息数据的核心，基础地理信息数据是三维辅助规划管理系统主要数据来源，其存储内容包括矢量数据、空间数据、属性数据、地名地址等。因此，应实现地理信息数据库管理系统与三维辅助规划系统的互联互通，可利用数据库管理系统进行实体框架要素提取、快速建模、自动转换发布，从而提高规划参考数据生产效率；可利用数据库管理系统中的属性信息，进行人口密度、居民区配套设施分布、交通便利情况等多种重要数据的统计分析，辅助进行规划决策；可利用数据库管理系统实现动态的展现一定时期内城市建设的发展历程，便于统计、分析城市规划工作成果。

(3)城市规划管理可以辅助动态监测及智能预警。城市规划管理不仅仅局限于用地申请、方案审批等工作，也包括审批后的建设用地使用状态、建设方案执行情况等，从而实现对规划用地从申请、审批到使用等的动态监测，并对使用过程中存在逾期未开发、建设违规等情况建立智能预警机制，从而加强城市规划管理工作。

5 结束语

通过江西省国土资源勘测规划院实验区三维城市建设项目的探索，充分验证了三维数据在城市管理工作中的应用效果，其可视化、高仿真和精确性的特点，提升了城市管理工作中的直观性、科学性和严谨性。但是，它也存在诸如三维建模的自动化程度不高、生产效率低的问题，极大地影响着三维城市的建设速度，所以仍需建立一套完善的城市规划数据管理体系，在与城市基础地理信息数据库、三维城市辅助城市规划管理系统实现互联互通方面，需要进一步探索研究。

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