湛江市三维数字城市规划辅助决策支持系统的开发与应用

马学峰

(湛江市规划勘测设计院，广东 湛江 524002)

湛江市三维数字城市规划辅助决策支持系统的开发与应用

马学峰*

(湛江市规划勘测设计院，广东 湛江 524002)

随着科技不断进步，三维数字城市已然成为数字城市建设的趋势。依据已有的二维GIS数据，构建三维模型，并建立应用模块，集成规划辅助决策支持系统，实现了规划决策由二维向三维的转变，提高了城市规划管理水平。本文详细阐述了湛江市辅助决策支持系统的设计思路与总体架构、数据存储管理、三维模型构建，并介绍系统的应用情况。关键词：数字城市；三维模型；规划辅助决策；城市规划管理

1 引 言

在构建数字城市的过程中，城市三维景观建模是一个重要的组成部分，是摄影测量与遥感、地理信息系统及计算机科学等学科的研究内容之一。城市三维数据模型的建立，将以全新的方式表达和处理地理空间信息，在城市规划、房地产开发、交通管理、旅游等领域起着重要的作用[1]。

湛江市城市建设的步伐日益加快，城市面貌正得到改善，但是仍有许多不尽如人意的地方，例如海滨天际线杂乱，缺乏标志性建筑与场所，城市特色不突出，建成区街道建筑风格陈旧，缺乏商业气息；城市照明仍然停留在使用功能阶段，未能体现城市特色，展现城市形象。因此，建立湛江市三维数据模型有利于编制上位规划，提高管理者的决策水平。

系统解决问题如下：①街景信息化管理；②辅助规委会方案评审；③辅助市领导科学决策；④辅助规划局相关科室业务审批管理；⑤规划局其他信息系统的一体化集成；⑥为公众参与规划提供平台，提高规划的透明度。

2 系统设计思路

湛江市三维数字城市规划辅助决策支持系统(以下简称系统)采用国内外主流的Skyline三维开发平台，建立一个由空间数据库系统(Oracle spatial，ArcSDE等)集成，利用3ds Max进行三维建模、实现在同一个三维空间中对矢量数据与影像数据叠加融合，能快速浏览大范围内的数字高程模型(DEM)、数字正射影像图(DOM)，并能以三维建模的方式形象地展现各种地物的空间形状以及各类空间关系。三维辅助决策支持系统融合了现状地形、项目设计方案以及城市规划方案三种数据，形成一个基于三维空间、虚拟现实的规划管理平台，在这个平台中，可以将同一项目的多个规划方案的三维效果模型导入到现状仿真三维模型场景中，进行项目多角度方案比较分析、天际线分析、交通影响分析、日照分析、色彩分析，电子沙盘及规划方案效果同屏比选，适时调整建筑单体的纹理、位置、形体、高度等参数，输出规划效果图，自动计算容积率、绿地率、建筑密度等规划控制指标。

2.1 系统结构

系统结构采用C/S与B/S混合模式(如图1所示)[2]，充分利用C/S模式事务处理能力强和B/S模式扩展性和分布式的特点。这种模式将各种信息资源存储于服务器中，为每个客户端提供统一数据服务，便于每个客户端对信息资源的调用，利用客户端程序存储服务器内的数据，集中在服务器上进行运算，减少数据传输量的瓶颈约束，增强了客户机应用处理和数据表述功能，提高了数据的处理与传输效率。

图1 辅助决策支持系统结构

2.2 系统总体框架

系统总体框架采用的是分层结构设计和实现方式，运用不同层次间的相互独立性，确保系统的高度稳定性、实用性和可扩展性。系统总体框架(如图2所示)，整个框架由四层结构、两大保障体系构成。即：支撑层、数据层、引擎层、应用层和信息管理制度与信息安全保障体系。支撑层主要提供网络支持和计算机硬件平台；数据层用于管理海量城市规划二三维数据信息；引擎层提供基础的分析与服务运算；应用层则为用户终端，提供三维辅助决策可视化和用户交互等功能[3]。

图2 系统总体框架

3 系统的关键技术

3.1 系统各项数据的管理与存储

系统将不同类型模型以不同的数据库表(包括属性数据、空间数据以及多媒体数据)进行管理，数据库表以统一的三维数据库引擎进行管理并通过Oracle Spatial数据库进行存储，通过场景配置文件可以快速导入编译好的场景文件。在系统中导入的外部模型也同样的通过三维数据库引擎进行存储和管理。采用Oracle Spatial存储、管理空间数据，易于解决数据共享、分布式处理、网络通信、开放式开发、并发控制、网络化集成、跨平台运行以及数据安全恢复机制等方面的难题，因而成为目前一种应用趋势[4]。

3.2 三维数据模型库建设[5]

整体数据设计分成城市精细模型库、标准模型库和地形地貌模型库。按照分批建设，逐步实施的原则，项目重点对湛江市重点区域及路段分等级进行精细建设或者标准建模，与模型相关的各类属性信息数据库，以支持三维环境下的目标信息查询。搭建三维虚拟空间框架，为后续数据更新预留接口。三维建模区包括霞山区、赤坎区、开发区、坡头区、麻章区，主要覆盖了中央商务区、海滨大道以东、城市主干道省运会主场馆、海东新区及“一湾两岸”等项目区域。

(1)精细建模及标准建模

使用测绘为成图比例尺1∶2 000的航空正射影像图与1∶500地形图，依照城市三维建模技术规范以及地理信息行业标准对湛江市重点区域进行高精度的三维模型制作，将三维模型同纹理数据相融合，并叠加DLG、DEM和DOM数据，形成三维模型数据。

结合湛江市实际情况，对重点区域内部不同种类的地理对象进行建模：地形地貌模型、建筑模型、交通模型、绿化模型、水系模型以及其他模型。对地理对象添加纹理，同事对细节、光影以及周边环境都进行精细的制作，要求能够精确表现地理对象的纹理和结构。保证空间关系的正确性，属性信息的完整性，地图风格的统一与协调。数据文件命名保证规范和统一。流程如图3所示：

图3 城市精细模型库建设流程图

(2)地形地貌建模

使用测绘精度为成图比例尺1∶10 000的航空正射影像图，采用多分辨率分级模型对数字高程模型、数字正射影像图及有关城市规划、土地利用等资料进行组织，利用这种技术在不改变源数据精度和不影响视觉效果的情况下，按照相关技术标准进行地形地貌建模，构建基础的三维地形地貌模型，反映地形起伏特征和地表影响，可以快速加载建立城市三维仿真场景。构建流程如图4所示：

图4 地形地貌模型构建流程

4 系统辅助决策的实例分析

中央商务区(CBD)是湛江市中心城区规划的核心地块，本项目应市规划局要求对该地块进行了三维仿真模型的建立，采用“虚拟现实”技术，重现湛江市中央商务区块的三维实景及规划方案，并结合GIS技术，实现景观规划方案的对比分析和建筑的日照分析，为中央商务区块规划和管理工作的深化提供了辅助决策手段。下面介绍三维辅助决策系统的主要应用：

4.1 规划设计方案数字化三维浏览和审批

利用二维规划设计方案等基础数据制作出三维空间数据模型，将其导入到城市三维现状数据模型场景中，形成规划审批三维数据模型。在三维场景中，规划管理者可以进行全方位、任意角度和高度来进行方案的审查，可以得出此规划方案与周围现状环境之间的关系，从而为方案的审批提供更加全面的辅助决策支持，进而提升了对城市景观规划的科学审批和管理的水平。具体的三维审批流程有以下4个步骤：①红线检查，将规划方案的红线数据转换为Shp格式，然后导入到辅助决策支持系统中进行叠加分析，如有冲突，将高亮显示；②色调检查，将已经制作好的规划方案的三维数据模型导入到辅助决策支持系统中去，检查该方案的色调是否与周边环境一致；③方案立体对比，将此区域设计的多套方案导入系统中进行对比择优；④指标计算，在系统中计算分析规划方案的相关指标，如：容积率、绿化率、建筑密度、控高、日照分析、视域分析等。具体项目如图5所示。

图5 规划项目三维浏览

4.2 规划设计方案对比分析

每个项目的规划方案设计一般会有几种不同的方案，因此需择优选择，方法就是将不同的规划设计方案制作成三维数据模型，并导入到城市三维仿真场景中去，生成供规划审批的三维模型，进行多屏比对，在窗口中，浏览任意一屏的方案，其他个方案的方位都会随着变动，此外还有各个方案的指标对比分析，这有助于规划管理者比较不同的设计方案，并从中择优选取审批，如图6所示某项目不同方案的对比分析：

图6 方案对比分析

4.3 城市三维数据模型的分析研究

系统可以提供很多相关的空间分析功能，通过这些功能来进行城市三维数据模型的分析研究，规划管理者可以依据相关规划要求对重点区域的规划设计方案的空间关系、布局、色彩设计，及建筑与周围场景的各项关系进行分析评价，更好地指导城市景观建设。

(1)规划空间数据叠加分析

系统直接连接规划局已建成的规划空间数据库中的总体规划、控制性详细规划等数据，并能创建各图层矢量数据的单值专题图，使用户一目了然就知道数据对象的用途。规划空间数据能以二维平面透明展示和三维立体展示相结合，如图7所示。

图7 二维显示(左)及三维显示(右)

(2)三维空间量测与分析

空间量测包括坐标量测(显示坐标系统及坐标值)、水平量测(对任意两点的距离的水平量测)、空间量测(对三维场景中任意空间位置点进行量测)、垂直量测(量测建筑物的高度)、面积量测(正投影面积、地表面积)等功能。空间量测是GIS中具有的基础功能，可以实现空间数据的矢量化处理和具体应用。

5 项目效益与前景

湛江市三维数字城市规划辅助决策支持系统建成后，将提供公共的空间数据访问、空间信息管理、分析和处理功能，在城市的规划建设与改造、业务信息系统的可视化、地址地名定位、城市变化的历史对比、业务信息的提取及动态更新、各类建筑和市政设施的规划和管理等方面具有较广阔的应用前景，为用户提供了较科学的决策依据。此系统的建设将为各级领导提供更科学直观的决策，依据加快推进城市建设的步伐。同时为规划部门提供二维、三维之间的联动与转换，让专业人员为社会大众提供更为丰富具体的信息服务，也为信息化打造“数字湛江”提供保障与基础。

系统建设有助于实现政府各部门之间高效的信息共享和业务协作，减少政府各部门在相关领域的重复建设，节约大量的人力、物力、财力，提高政府效能，带动政府整体信息化水平的提高，为市政、交通、能源、水利等各领域提供辅助决策，为公众提供了更好的信息化服务。

[1] 扈震，张欣. 基于Internet的城市规划管理信息系统应用研究[J]. 计算机工程与设计，2002，23(6)：56～58.

[2] 雷兵，刘纪平，谭海等. 空间辅助决策支持系统的应用模型及管理研究[J]. 测绘科学，2005，30(1)：55～56.

[3] 郑金水. 城市规划管理信息综合平台的建设与实现[J]. 城市勘测，2009(5)：6.

[4] 陈继宁，张晓东. Oracle Spatial和ArcSDE的应用比较研究[J]. 遥感信息，2005(5)：60.

[5] 金震艳，朱秋晔，费佳宁. 城市三维数据管理与规划辅助决策系统的开发及应用[J]. 城市建设理论研究(电子版)，2014(7).

The Development and Application of Assistant Decision Support System for Zhanjiang’s 3D Digital City Planning

Ma Xuefeng

(Zhanjiang City Planning & Design Survey Institute，Zhanjiang 524002，China)

With the continuous progress of science and technology，three-dimensional digital city has become the trend of urban development. According to the existing two dimensional GIS data，build the three-dimensional model，and establish the application module，integrated planning and auxiliary decision support system，realize the planning and decision-making from two-dimensional to three-dimensional transformation，improve the planning and management level. This paper expounds the design ideas and the overall framework，data storage management，3D model construction of the assistant decision support system，and introduces the application of the system.

digital city；3D model；planning assistant decision；urban planning management

1672-8262(2017)02-81-05

P208.2

A

2016—08—29

马学峰(1985—)，男，硕士，工程师，主要从事城市测绘、数据处理和GIS应用研究的技术研究。