三維GIS在智慧城市有效運用

■黃蓋

（新疆巴州國土資源勘測規劃設計院 新疆 庫爾勒841000）

三維GIS在智慧城市有效運用

■黃蓋

（新疆巴州國土資源勘測規劃設計院 新疆 庫爾勒841000）

智慧城市是城市化發展中出現的一種全新理論，在世界眾多國家地區得到了實踐應用，有效解決了城市發展中遇到的重要難題，隨著全球經濟的高速發展，智慧城市的建設將會從理論層面向著實踐層面得到有效驗證，成為城市發展中勢不可擋的潮流趨勢。三維GIS廣泛應用于地理信息的獲取分析方面，同樣適用于智慧城市的構建，為其構建的輻射范圍創造了更加廣泛的空間。

三維GIS智慧城市有效運用

0 前言

伴隨人口數量的逐漸增長，社會矛盾的日益激化，在城鎮化發展建設中各種矛盾逐漸浮出水面，國內一些城市中由于城市規劃不合理導致的事故，給予政府部門城市規劃人員在開展規劃工作時血的教訓，如何進行合理科學的規劃，進行有效規范化的組織管理成為城市化進程中關注的重點內容。三維GIS在智慧城市的規劃構建中體現出了不可比擬的數字智能化特征，實現了對各種物質流與信息流的合理配置，有效解決城市發展出現的棘手問題，切實保障了城市安全，越加成為具有實用性信任度高、功能強大的技術支撐。

1 智慧城市與GIS基本概述

1.1 智慧城市

智慧城市是社會與科學技術發展程度的體現，是一座城市發展到一定程度的高級形態，知識技術在這種形態下顯得越加重要，這種情況下先進的技術應用于社會生產當中，充分與信息技術相結合，極大地提高了社會生產效率，帶來了巨大效益。信息技術在智能城市中的應用十分廣泛，充當了促進社會發展的重要推手，這要求城市規劃人員對城市發展模式做出構思設想，確保各個產業在城市系統中能夠健康良好發展。智慧城市重點體現在“智慧”方面，涵蓋的內容主要是智慧形式的產業、生活與應用項目，首先智慧應用項目在城市發展中顯得較為重要，主要是與民生有關的基礎設施建設。根據相關調查，在我國眾多城市中符合構建標準的城市大約有一百五十多座，投資金額大約為一萬億以上，投資金額是一個龐大的數字，由于目前相關城市規劃人員的短缺，相關工作人員的能力素質參差不齊，智慧城市的構建面臨很多阻礙。因此在構建當中首先要對所在城市有全面的認識，認識到當前城市發展現狀，然后提出未來發展構想，政府等相關部門組織需要做好哪些配合工作，依次從人員、資金方面做好規劃，從而推動城市化進程，為經濟發展做出促進作用。長期堅持可持續發展的科學發展觀，注重對資源的有效利用，注重對生態環境的保護與資源節約，促進智慧城市建設的深化改革。

1.2 GIS

GIS與GPS都是地理定位系統的重要理論，多用于地質勘探、航天航空等領域。GIS是中文地理信息系統的含義，在實際應用中不是一種孤立的系統，是與計算機信息技術有機結合的整體，由計算機軟件或硬件搜集、保存地理數據信息，規劃人員能夠從獲取的大量數據信息，從中進行篩選，了解到所在地區的地質條件。GIS不僅只是涉及到地理學方面的知識理論，還涉及到與之相關的計算機、遙感技術。在具體應用中需要建模與建立數據庫，主要處理數據信息。此技術應用范圍廣泛，在構建智慧城市當中，規劃人員應對其合理利用，以發揮出其技術對于城市規劃、測繪的作用[1]。

三維GIS是三維地理信息系統的簡稱，其整體構架主要分為數據層、業務邏輯層與應用層。在數據層中含有系統中的全部地理信息，數據信息在場景系統中的數量繁多，會影響到場景的加載度與瀏覽通暢性，通常為了維持這兩種屬性需要對模型進行優化，創造具有層次感的三維場景，對基礎平臺實現有效調節。業務邏輯層主要承擔的任務有數據的調用、集納分析，三維場景的定位查詢與瀏覽等系統中具有的業務功能。應用層是聯系系統與用戶之間的重要紐帶，可對系統中的功能直接調用，對三維場景直接瀏覽，以直觀的角度瀏覽規劃建設模型，針對規劃中發現的錯誤內容更改調整、完善創新。

2 三維GIS的關鍵技術分析

三維GIS是三維地理信息系統的簡稱，其研究對象也是從二維逐漸轉向三維，研究對象之間的空間形態結構之間關系越加復雜，對數據模型的建立與技術方法的應用發生了很大的改觀。這種技術實現了一體化三維實體空間的完美呈現，具有精確度高、高效集成化的優點，隨著其技術的逐漸完善成熟，實時可視化得到了重點關注，并取得了系統性的突破。

2.1 真三維GIS數據模型

對于智慧城市的地理空間狀況的分析，需要建立三維空間數據模型。傳統三維空間數據模型具有局限性，只是針對于某些特定領域適用，而且數據種類又比較單一，在很多特性表達方面不具有一致性，對多源異構形式的數據表示受到限制，通常還需通過在線方式實現坐標與數據結構之間的相互轉換，這些原因致使三維GIS系統的有效利用受到限制，很難保證精確表達空間信息，實現動態更新與維護更是難上加難。由此可見傳統形式的三維GIS有著諸多弊端，很難對空間信息數據做好精細化管理?；谶@些不足之處，真三維GIS模型很好地彌補了這些漏洞，很好地詮釋了空間對象幾何等相關理論之間的關聯，實現了包括數據結構等在內的幾何紋理多細節多層次的精確性表達，充分體現了物聯網信息的關聯性。這種模型對國際上通用的專用模型做出了適當擴展，針對地理環境進行劃分，對三維空間數據信息的處理更有針對性。

2.2 三維GIS集成建模

三維GIS集成建模具有顯著的精確高效性，從2010年開始國家對此提高關注度與加大建設力度，提出了相關建模技術規范，使在智慧城市構建中的規劃設計、建設管理方面更具規范性，在三維建模方面更加規范。國家在此方面也對模型數據的采集制作等方面確立了具體內容，隨著關于測量方面技術的速度更加快速，精度更加精確，對三維信息的處理效果得到了顯著提高，研究重心越加傾向于地物的自動重建，技術方案選擇越加豐富多樣，對其技術能夠從真正意義上的普及應用推廣提供了有利保障。每個城市有著各自獨具特色的精神文化，自然、人文景觀也是不盡相同，因此在三維建模方面還是存在一定的困難，實踐起來依舊復雜，針對于不同環境，決定了三維建模使用方法的不同，為此需要依照現有的地圖信息條件，從多角度出發獲取到高分辨率的影像資料，運用人工交互式建模方法，這是日后很長一段時間對于三維GIS建模確保精度與效率的重要途徑[2]。

伴隨三維建模技術方法的不斷完善，三維GIS技術與其它三維建模方法的有機結合，使其成為在智慧城市構建中建筑等模型的建立方面當前一種新型前沿技術。

2.3 三維GIS數據的組織管理模式

針對二維地理空間數據的管理具有高效性，相比較而言高效組織管理技術已很成熟。對于相對復雜不均勻的三維空間數據模型的組織管理仍然需要攻克很多難題，在城市級綜合應用中仍然面臨挑戰。

對于高效地組織管理三維GIS數據主要存在的技術問題有兩個方面，一是模型數據數量龐大，三維空間對象紛繁復雜，空間分布不均勻，結構與非結構化的二維紋理數據、三維幾何數據之間在數據密度方面存在矛盾；二是實時可視化的應用具有復雜性，引起計算密集問題，傳統可視化系統的裝載一次性即可完成，但是處理數據數量受到限制，需要綁定常用的軟件與處理數據?；谌SGIS數據實現高效的組織管理模式存在的技術問題挑戰，國際一直致力于解決存在的技術瓶頸的相關研究，統一歸納基本模型與結構，避免模型在轉換中浪費時間與空間，在系統研制上更加完善[3]。

2.4 實時三維GIS的應用

智慧城市的每個角落都會存在信息的影子，信息在智慧城市中將會得到傳播與廣泛的應用，信息將會出現在智慧城市的方方面面，發揮的作用無處不在，隨著人與事物的改變而改變，全程感知推理與計算的可行性。承載信息量大，能夠承載大量的物聯網與通過遙感技術獲取的信息。實時三維GIS在智慧城市中相當于神經中樞，對城市安全做出了重要的保障作用。隨著其技術的逐漸完善，正在向著更高層次的VGE方向發展，形成一條多功能的信息鏈路，將虛擬的數字世界與現實世界相結合。

2.5 高性能的三維可視化

三維GIS的基本功能體現在三維可視化，可視化具有真實感，這是與傳統二維形式的不同之處，紋理調節與幾何特征對真實感的體現具有決定性作用，真實感的呈現需要人機交互的協調統一，圖像質量保證穩定，場景效果保證形象逼真。但是由于立體空間場景較為復雜，很難做到人機交互的實時性與場景呈現的逼真性，要想提高逼真精細效果，需要進行大量的實時實時繪制圖形工作，這是可視化實現真實感的重點難題。

傳統三維GIS可視化在智慧城市中的實際應用受到很多方面的限制，在數據獲取分析上需要提前經過大量的時間做全局優化處理，對大范圍場景的呈現受到限制，視覺效果不是很清晰，容易產生跳變現象，提高這種形式可視化真實感的主要方法有加速圖形硬件、對場景細節層次進行場景、并行繪制。高性能三維GIS可視化將計算機圖形充分利用，空間數據組織管理更加高效，動態調度機制越加完善，局部動態裝載得到了優化，能夠對實時繪制復雜的三維場景，滿足了對于不同場景的可視化呈現與分析[4]。

值得一提的是可視化與空間分析的關系越來越密切，日趨一體化。傳統三維可視化適用于小范圍的場景數據分析，很難維持空間決策的持續進行。隨著三維GIS技術的逐漸發展完善，在實際應用中的問題將會得到解決，應用范圍不僅僅只是局限于陸地，未來將會延伸到海洋、領空方面。

3 結論

通過以上的論述可知，本文從兩個方面對三維GIS及在智慧城市有效運用展開了論述。從二維GIS到三維GIS是地理信息系統發展取得的重大進步，以其全面準確的特點更好地為大眾提供服務。智慧城市是城市發展到一定程度的高級狀態，是推進城市化進程的重要舉措，三維GIS技術在智慧城市中的廣泛應用，為其構建注入新鮮的動力，盡管其技術具有很多優勢，但是在具體應用中并不是一帆風順，當前依然需要面對巨大挑戰，為此還需要對數據結構等方面進行優化，實行更高層次的高效組織管理模式，加入新型實用的方法技術。

[1]梁軍,黃騫.從數字城市到智慧城市的技術發展機遇與挑戰 [J].地理信息世界，2013,01: 81-86+102.

[2]高昭良.智慧城市——數字城市全新升級版 [J].福建建設科技,2013,03:90-93.

[3]曹茂春,齊雄,金毅.智慧城市的探討與實踐 [J].智能建筑與城市信息，2013,08:94-100.

[4]鐘耳順.地理控制與實況地理學——關于GIS發展的思考 [J].地球信息科學學報，2013,06:783-792.

P62[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-302-1