包头市三维数字城市建设实践

包头市三维数字城市建设实践摘要：本文简要介绍了包头市三维数字城市的建设情况，分析了建设过程中的关键性技术，对于开展三维数字城市建设有一定的借鉴意义。关键词：城市三维模型、三维数字城市中图分类号：F291.1文献标识码：A文章编号：引言随着“数字城市”建设的推进，传统的二维数字地图已不能满足城市三维空间管理的需要。建立三维数字城市成为城市规划、建设、管理部门在空间信息社会化服务同追求的目标。.“三维数字城市”是通过对城市地形、建筑及其它人工设施进行三维地理建模，形成覆盖全市的数字城市立体场景，同时结合虚拟仿真等技术，实现城市的三维可视化管理，是提高城市规划编制技术水平，实现科学规划的有效手段，是推进“数字包头”建设，实现公共事务可视化管理的基础保障，可以促进经济社会的全面可持续发展。包头市测绘院紧跟先进测绘技术发展方向，高度重视三维领域的发展，经过前期充分的考察、调研，于2011年8月正式启动包头市三维数字城市建设工作。建设进展情况包头市三维数字城市建设以虚拟现实技术、三维GIS技术和信息管理技术等为核心，以计算机网络和软硬件平台为依托，以相关国家政策、法规和行业标准等为保障，通过Internet/Intranet等方式真实、直观、充分地展现包头市的城市空间框架，实现城市三维空间信息数据的全方位共享与交换，形成对行政管理和社会的应用与服务。数据建设包头市三维数字城市数据库目前主要分为二个层次，第一层是地形地貌模型库，第二层是城市三维模型库。1.1城市三维模型库城市三维模型库主要对城市建筑、道路、水系等进行精细建模，能够真实再现城市景观。三维模型基底位置与1：1000数字线划图平面位置保持同精度，即一类地物点平面中误差不大于，模型上其他特征点利用全数字摄影测量系统采集的矢量数据制作，其平面定位精度点位中误差不大于，高程精度以原始立体像对采集的矢量线精度为准，高程误差不大于100cm。目前已建成三维模型数据70km2。图1主要建成区三维模型数据库（一宫场景）城市三维模型库建设内容包括：所有一层及一层以上建（构）筑物；城市主要道路、水系；城市主要道路上的树、路灯、交通指示牌、红绿灯指示牌；景观地带的树、路灯、交通指示牌及其他重要的景观建筑等。1.2地形地貌模型库地形地貌模型库主要利用数字高程模型和数字正射影像生成，采用1：2000比例尺DEM和DOM数据，平面坐标系采用包头市坐标系，高程系统采用1985国家高程基准，地形地貌数据库可以展现真实的三维地理环境。平台建设平台建设主要用于为服务对象提供直接产品体验。应用支撑系统主要软件有三维辅助规划决策系统、三维数据管理系统，系统构成及各部分特点如下：软件体系建设根据业务需求及不同平台特点，应用领域不同，具体如下：三维辅助规划决策系统：适用于对效果要求强烈，仿真度高，数据区域范围有限的规划方案审查等领域。三维数据管理系统：适用于即时性要求高，宏观决策支持要求高，以办公应用为需求的政务管理等领域。关键性技术多源多尺度模型的融合及海量数据管理与传统的二维数据相比，三维地理信息数据具有数据复杂、数据量庞大的特点，其数据建库组织是一个非常重要的技术和策略问题。主要包括：（1）数据组织方法。在三维数字城市建设过程中涉及到二维和三维数据，对于二维数据可采用传统的数据组织方法，对于三维数据主要采用不规则网格组织模型数据，充分发挥各种数据组织方法的优势：同时，考虑三维模型数据与二维数据的对应以实现二维数据和三维数据的统一管理。（2）数据压缩方法。对规则格网的栅格数据（如DEM、DOM数据），建立金字塔数据结构并进行压缩；模型数据则采用LOD方法进行压缩。（3）空间索引建立。对于海量数据的三维场景，必须建立适当的空间索引以加速三维模型数据的定位与访问，提高数据访问和存储的效率。三维建模技术三维数字城市的三维建模就是重建城市真实地理环境，即以真实的地理空间位置再现城市现状景观（包括地形地貌、城市建筑与道路设施等）。要在计算机中模拟现实世界，就必须建出在多维尺度下外形、光照、质感等各方面都与真实对象相似的对象模型。需要解决以下问题：（1）建模区域划分。城市包括了建成区、郊区等，建成区包括了新建地区、待改造地区等，首先要对建模区域进行规划，合理划分建模工作片区(格网划分、街区划分)，对每个区片设定建模级别，是建模之前首先要开展的工作。（2）多源数据的整合利用。三维城市模型建设涉及DEM数据、DOM数据、地形图、实拍照片、规划图纸等多种数据源，需要有效整合这些原始数据，并按应用要求，对原始数据进行流程化处理，满足三维模型在几何、细节上的要求。（3）大范围三维场景模型的快速建立。对于大区域的三维模型的建立，要有一个快速建模的技术和方法，提高模型建立的自动化水平，同时保证模型的质量。（4）制定建模技术规范技术标准。三维数字城市建模范围大、模型种类多样，统一的建模标准和规范非常重要，它不仅可保证模型建设的质量和效率，使建模工作顺利进行，还可推动和实现三维数据的共享。结语包头市三维数字城市已经初步建立，在辅助规划决策领域也做了初步尝试。随着项目建设的深入，包头市三维数字城市会为城市规划、资源管理、灾害防范、事故应急处理、环境影响评价等领域提供全新的手段，从而为实现城市管理的直观化、智能化提供技术支撑，做到“科学规划、科学建设和科学管理”，有利于提升包头市各级政府的科学决策和科学管理水平，有利于提升包头市的城市软环境，实现城市的可持续发展。参考文献：1李清泉，杨必胜等三维空间数据的实时获取、建模与可视化武汉大学出版社，20032朱庆，李逢春，张叶