学文网三维城市篇1
随着信息化时代和地理信息系统、虚拟城市等领域在世界各国的迅速发展，人们对城市中各种三维信息的表达与处理日益迫切，三维建模技术是通过利用三维建模软件，根据采集到的数据所建立的各种地理实体，如：地形、建筑物、道路、水面、树木、草地及其一些辅的设施，在虚拟三维空间建立与现实地物地貌一样的三维模型。大规模城市三维建模工程不断出现，不仅需要表达单个建筑物或建筑物群体，还需要建立整个城市景观模型，并希望利用这些模型进行有关城市开发决策支持、城市的规划设计、应急指挥、三维空间分析、污染分布仿真、土木工程等工作。近年来随着城市三维模型越来越广泛地应用，以及虚拟城市三维可视化、在众多领域显现出巨大的应用潜力，从而成为普遍关注的焦点，三维模型的表示日益成为地球空间信息***服务的主要方式。
1城市三维模型的种类与建模方法
1．1三维模型的种类三维城市模型可以分为地形模型，地物模型两个大类。地形是数字城市中最重要的地理对象，是城市实体的三维空间基础。DEM是地理信息系统中最重要的空间信息资料和进行地形分析的核心数据，也是绘制三维实体和进行地形分析的重要基础数据。在地物模型中主要考虑建筑物、道路、桥梁和水域等地物的建模，而建筑物是城市模型中最关键的地物，它的建模对于三维城市可视化具有十分重要的意义。
1．2三维建模方法
1．2．1采用造型软件建模。综合运用AUTOCAD，3DMAX，IMAGIS，MultigenCreator和Erdas等三维建模软件进行三维建模工作，尽量把模型建得和实物建造的一样。
1．2．2采用三维影像方式建模。把DEM，DOM，DLG数据与航空摄影照片进行叠加，通过全数字摄影测量系统的处理生成三维影像。
1．2．3采用GIS属性建模。利用现有GIS系统中X、Y坐标和作为属性数据的Z坐标值，直接生成三维模型。
2三维模型的构建与实现
2．1搜集源数据作为数字城市的基本数据内容，三维城市模型在大多数情况下往往也是其代名词。不仅以三维的形式表示城市景观，而且还能逼真地描述表面特性。因此，地形地貌的特征和材质参数的描述如几何形状、相片纹理与属性等都将是三维城市模型的数据内容。利用机载GPS接收机进行数字化航空摄影测量和RS技术采集所需要的数据，通过处理制成包括：数字高程模型（DEM：DigitalElevationModel）、数字正射影像（DOM：DigitalOrthoimageMap）及地物（人工地物与自然地物）的三维模型数据（3DMD：3DModelData）、纹理数据以及文化属性特征数据。DEM生成整个系统的三维地表模型，而DOM主要用于在三维地表上生成相应的基本纹理文化特征数据属于GIS中的一部分，是一通过测绘技术得到的矢量数据，用于描述各种人文景观和自然景观，在三维地形数据库中，这些特征数据要借助于特定三维模型和特定纹理来表达。
2．2三维模型的创建基本流程各种城市地物三维模型的创建，是三维城市模型生产最为复杂与关键的部分，直接决定了三维城市模型的精度与逼真度。根据现有技术条件与特点，城市场景三维模型创建的基本流程可分为四个部分：（1）基于航测立体像对三维空间点采集与三维模型的创建。这一部分工作包括立体像对上可观测地物（主要为建筑物）三维特征点编码与采集和三维模型的创建与编辑两个步骤，所处理的地物类型主要为建筑物及其附属设施：主要指房屋建筑。这一阶段所创建的三维表面模型将作为后续工作的基础与依据，也是可量测与分析三维城市模型的主体；（2）野外调绘和纹理影像采集与制作。直接在立体像对上采集并创建的三维模型只表达了城市部分地物的三维几何结构，其逼真三维景观的生产，需要在野外实地调绘并记录各类地物空间与属性信息，同时采集相关地物的纹理影像；（3）建筑物景观模型的制作。根据前一阶段采集的建筑物相关信息与纹理影像，制作建筑物各侧面的纹理，制作航测阶段量测不完整建筑物的CAD模型，输入建筑物属性信息；（4）地面景观的制作。地面景观的制作以增加场景的逼真度与可视效果为目标，有选择地对城市地面目标进行建模与表达，主要包括：交通及其附属设施、市***公共设施、能够表达城市景观特征的主要植被、景观及游乐设施以及主要水域。上述四个生产步骤，第一个步骤为其他三个步骤的基础，而第二个生产步骤则为最后两个生产步骤的基础。最后两个生产步骤，可依次进行，也可以同时***进行的DEM数据和3D矢量数据，必须执行无损的数据压缩操作，以保证数据的精度与完整；对影像数据在保证可视效果的前提下，只能以有损的JPEG压缩方法对其行处理。
三维城市篇2
关键词：三维GIS数字城市城市规划
引言：随着GIS应用的深入，人们越来越多地要求从真三维空间来处理问题。数字城市建设已成为测绘领域一个重点研究对象，城市三维信息系统的建设必将成为数字城市系统建设的主要内容之一，它将利用城市现有的空间地理信息、***务信息等信息资源和通讯基础设施，通过城市建模和三维景观可视化，实现城市真实三维景观再现，为电子***务、业务应用和公众服务搭建3DGIS服务平台。
1.三维GIS概述
1.1 三维GIS的定义
从不同的角度出发，GIS有三种定义：①基于工具箱的定义，认为GIS是一个从现实世界采集、存贮、转换、显示空间数据的工具集合；②数据库定义，认为GIS是一个数据库系统，在数据库里的大多数数据能被索引和操作，以回答各种各样的问题；③基于组织机构的定义，认为GIS是一个功能集合，能够存贮、检索、操作和显示地理数据，是一个集数据库、专家和持续经济支持的机构团体和组织结构，提供解决环境问题的各种决策支持。
1.2 三维GIS的特点
在三维GIS中，空间目标通过X、Y、Z三个坐标轴来定义，它与二维GIS中定义在二维平面上的目标具有完全不同的性质。三维空间数据库是三维GIS的核心，三维空间分析则是其独有的能力。与功能增强相对应的是，三维GIS的理论研究和系统建设工作比二维GIS也更加复杂。
1.3三维GIS的功能
基于二维GIS的发展状况和从空间信息集成的需求角度来讲，笔者个人认为，三维GIS除了具备二维GIS的传统功能以外，还应该具有如下独有的功能：
①包容一维、二维对象
三维GIS不仅要表达三维对象，而且要研究一维、二维对象在三维空间中的表达。将一维、二维对象置于三维立体空间中考虑，存储的是它们真实的几何位置与空间拓扑关系，这样表达的结果就能区分出一维、二维对象在垂直方向上的变化。
②可视化2.5维、三维对象
三维GIS的首要特色是要能对2.5维、三维对象进行可视化表现。三维对象的几何建模与可视表达在三维GIS建设的整个过程中都是需要的，这是三维GIS的一项基本功能。
③三维空间DBMS管理
三维GIS的核心是三维空间数据库。它可能由扩展的关系数据库系统也可能由面向对象的空间数据库系统存储管理三维空间对象。
④三维空间分析
在二维GIS中，空间分析是GIS区别于三维CAD与科学计算可视化的特有功能，在三维GIS中也同样如此。空间分析三维化，也就是在直接在三维空间中进行空间操作与分析，连同上文述及的对空间对象进行三维表达与管理，使得三维GIS明显不同于二维GIS，同时在功能上也更加强大。
⑤应能及时受益于现代数据获取方法的进展和大数据量处理技术的发展
目前，由于科技水平的限制，人类获取地学三维数据的能力的弱小是阻碍三维GIS迅速发展的一个重要原因。因此现时的三维GIS设计与开发应充分考虑未来三维地学数据获取能力的提高，以便及时受益于现代数据获取方法的进步。
2.三维GIS与数字城市建设
世界的本原是处在三维空间中的，城市三维现在已成为当前三维GIS中研究与开发的一个重要方面。信息化目前正成为社会发展的主流，城市作为信息存在与传播的主体，理所当然地也成为三维GIS表达的一个重要对象。
空间分析能力在二维GIS中就比较薄弱，目前大多数的GIS都不能做到决策层次上来，只能作为一个大的空间数据库，满足简单的编辑、管理、查询和显示要求，不能为决策者直接提供决策方案。因此，研究开发GIS的基本空间分析及将各领域的专家知识入嵌入GIS中，是三维GIS发展的一个重要方面。
2.1数字城市的基本框架
数字城市有一个基本的框架，主要由三大部分组成：
1）数字城市建设的信息支撑技术。主要有遥感技术、全球定位系统(GPS)、地理信息系统技术、城市综合功能GIS技术、数字城市的管理信息技术、虚拟技术、数据库建设技术、元数据和宽带网络等，应用这些技术可以实现城市空间数据的获取、分析、归纳与整合。
2）数字城市建设的基本内容。首先，建立由城市空间基础信息平台、城市综合信息平台和城市电信基础平台组成的核心系统，达到共享和支持。其次，建立应用系统，它们是数字城市发挥作用的根本。第三，网络与信息接入设备，它们是数字城市应用的前端，直接面向最终用户。第四，***策法规与保障体系，它数字城市建设及运行提供法律、经济、标准、组织和管理等方面的保障。
3）数字城市的服务对象。包括***府、企业、社会和公众四大类。
2.2三维GIS技术在城市总体规划中的应用
城市区域三维GIS将以GIS为核心的技术应用于城市三维海量空间数据的存储与管理，进行各类城市三维空间数据的综合显示与融合分析，并且在此基础上进行多种专业分析与相关三维信息的网络，从而为城市指定科学的、合理的发展规划及管理提供基础资料和决策依据。基于三维GIS的城市总体规划信息管理系统，不仅具备一般的MIS系统的报表和统计功能，而且还具有空间分析功能，用户可根据不同的要求来对城市信息进行分类统计，构建相应的土地利用专题，直观的了解城市规划的总体情况。城市总体规划中涉及到的土地的空间特征和属性特征处于不断的变化之中，三维GIS技术可以成为土地数据管理、更新、评价的有力工具，可以建立覆盖整个行***区域的数字高程（DEM）模型，通过DEM与航空摄影资料的合成建立起三维立体旋转景观模型，使得修订城市总体规划更具有现实性和科学性。
系统应能将城市地上的建筑、道路、水系、管道及地下构筑物等景观内容利用现有的资料在三维场景中展现出来，并且可针对城市地质的特性将城市地质勘查资料揭示结果在三维空间中综合起来，重现地下地质界面和地质体的空间形态和组合关系，重建三维地质构造形态模型，并将地上、地下的三维模型用三维可视化技术生动地表现出来，从而实现地上、地下复杂空间结构与位置关系的表达、分析。系统可以利用空间分析和数据挖掘技术支持复杂问题的决策研究。
三维城市规划还将在实施漫游的基础上实现对各种信息进行集成与分析的基本功能，具体来说具备以下几种主要功能：实现各种信息的二维查看、查询和测量等一系列功能；实现二维与三维的交互性查看、漫游。利用数据模型的一些特点进行相应的加工处理，要实现数据库与模型库的对应关系，同时要实现对各种信息的查询、调用、分析和处理，就必须利用GIS及相关工具建立一个高效率的数据库，并使之具备对信息进行搜集、分析、处理和更新的功能，将数据库中的信息与实施场景中的模型进行绑定，从而达到对各种信息的即查即用，实现丰富的查询和分析、决策功能。
3 结束语
三维GIS是物质城市在数字网络空间的再现和反映，是以空间信息为核心的城市信息系统体系。它将地理信息技术、数字化技术和网络技术渗透到城市经济和社会生活的各个方面，为***府部门、企业、社区、公众提供多层次、高质量、高效率的信息服务及决策支持，以提高城市和社区建设与管理的现代化水平和效率，提高人们的生活质量。目前，我国以“数字城市”为目标，面向城市可持续发展的全数字化信息系统建设正在探索中，全国已有100多个城市陆续展开各自的数字城市建设计划。
三维GIS是数字城市的重要基础空间信息。三维城市的建立能够全方位地、直观地给人们提供有关城市的各种具有真实感的场景信息，构建出一个真实、直观的虚拟城市环境，为城市管理者面对复杂的城市，实施科学的、人文的、生态的规划，提供有力的决策手段。由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，城市规划一直是三维可视化技术应用的主要领域，建立基于影像的城市三维系统，构建真实、准确的虚拟城市场景，实时互动地评估与分析规划方案，为城市规划的决策提供更加直观与科学的依据，这是传统手段如平面***、效果***、沙盘乃至动画等所不能达到的，是当今城市规划信息化发展的重要方向。
参考文献：
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三维城市篇3
[关键词]数字城市 数字城市三维模型 基于航测的三维建模方法
[中***分类号] P286+.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-10-131-2
0引言
数字城市的概念来源于数字地球，是数字地球的重要组成部分。同时数字城市也是信息技术发展的必然趋势，城市景观重建是数字城市的首要步骤和重要内容。随着城市化进程的进一步深入，城市建设和管理所需要解决的问题的复杂性和需要处理信息的广义性，都是前所未有的。在城市信息化建设过程中，二维空间数据一直作为空间信息基础设施框架重要的数据内容，其在城市规划、交通、市***等各领域应用广泛，但传统的二维数据很难表现城市三维空间形态的多样性和复杂性以及相互之间的关系。城市三维空间信息则具有直观性强、信息量大、内容丰富等优点。随着人们对三维GIS的认识的不断深入，对城市三维信息需求的不断增加进而提出了数字城市三维模型的概念。
1概述
数字城市三维模型由于其在城市规划、地籍管理、旅游、交通及环境仿真等领域显示出了巨大的潜力，已成为众多领域研究的热点。三维模型是以三维的手法进行建模，模拟出一个三维的建筑场景效果。规划者可以模拟在数字场景中任意游走驰骋、飞行缩放，达到一种惟妙惟肖、变化多姿的动态视觉效果。对规划及参观者来说是一种全新的体验，并能产生强烈的共鸣。
2数字城市三维模型的建设方法
数字城市三维模型数据生产是建设城市三维地理信息系统的核心。三维模型的精度和建模效率直接影响着三维GIS系统的实用性和建设周期，同时也是城市规划、建设与管理部门进行空间分析并做出正确决策的保障。在三维模型中除了建筑物的基本平面位置及高度信息外，还需要表达建筑物的色彩纹理与几何外形特征，这些色彩纹理与几何外形特征往往体现三维对象特别是建筑物对象的独特风格。现将比较有代表性的几种建模方式列出：
（1）使用航空影像以及地面摄影对建筑物特征线进行自动提取。这种方法获取速度最快，成熟的DEM数据及DOM数据生产技术路线能快速重建三维场景中的地形数据，同时在立体环境下，能快速准确获取建筑物等三维模型数据的位置，形状及高度信息，真实展现城市风貌。但获取几何信息不够完整，需要外业采集建筑物侧面纹理。
（2）在地面使用激光扫描仪与GPS，通过测距求算获取。这种方式获取速度也较快，且获取几何信息相当精确，但工作量相当大，是一种具有发展前景的方法。
（3）采用机载激光雷达扫描，快速获取城市建筑模型及地表模型，但是这种方式获取的数据量非常庞大，需提取有用信息必须加上很多人工干预，此种方法建立的三维立体模型没有建筑物的色彩纹理。
（4）基于规划***纸等二维数据资料的城市三维建模方法，利用AutoCAD，SketchUp等软件建立三维模型数据，但是此方法需要大量的工作来收集数据，且数据的时效性存在不确定性，对于建筑物顶部纹理存在盲区，高程数据的获取的工作量亦较大。同样此种方法建立的三维立体模型没有建筑物的色彩纹理。
（5）SWDC-5倾斜摄影系统及SSW-2 车载建模测量系统这个两个系统是刘先林院士在第六届中国数字城市建设技术研讨会数字城市高峰论坛上提出的，目前正在推广应用阶段。
（6）基于航空摄影测量的三维建模技术，通过航空摄影测量技术，获取建筑物的高度及平面位置信息，再加以外业纹理采集及正射影像屋顶信息即可构成精细三维模型，但工艺复杂工作量较大。
3基于航空摄影测量的三维建模技术
3.1航空摄影及三维数据DLG采集
利用数码航摄仪进行数字航空摄影，获取以满足大比例尺成***要求的影像资料；以测区已有的控制点为依据、进行像片控制测量；空三加密获取内业测***所需要的方位元素和加密点坐标；数据采集按内业立体模型定位采集，应保证数据的完整性、正确性，不应断缺、遗漏、移位。此类采集数据经过外业人员现场定性定位调绘，内业缩檐，房屋矫正及加注楼层信息和新增建筑物尺寸编辑等。获得精确的三维DLG数据。
3.2建筑物三维高度获取及顶部纹理信息获取
根据航空像片立体像对采集产生，外业调绘和数据编辑的基础数据是三维的具有高程信息。建筑物要素是通过采集像片上建筑物顶部的轮廓线获取的，能够真实地反映建筑物的顶部结构。因此，以航测***为基础进行建筑物三维建模能够更加真实反映建筑物的外部特征及高度。但是在三维建模的过程中，假如某小区内某一建筑物，其楼高19m，其中一层为商铺。在三维建模的过程中，通过照片纹理和常识可以判断一层与其余五层的高度应该不同。此时的层高是通过照片粗略估计的，保证六层求和后为19m即可。此种方法存在一些误差，但是可以通过人为判断将其无限制减少，其误差在精度范围内且不影响模型使用。房顶纹理信息获取是通过航片处理后的正射影像***得到。
3.3野外纹理采集
野外纹理的采集是一项繁杂又精细的工作，其中对采集相片的纹理清晰度，色彩，分辨率都有较高的要求。为了后期PS处理及3D***AX中对贴***的要求等。在外业采集纹理相片时，需要将每个建筑物的外部轮廓用相机清楚的记录下来，并保证相邻毗连建筑的纹理接边。采集建筑物纹理时尽量选择正午太阳高度角大阴影小，色彩鲜亮的时段。在采集过程中，必须有建筑物整体纹理效果及建筑物局部放大纹理效果，对于特征建筑物及建筑物的局部特征细节需要详细记录。
3.43D***AX中模型的生成
3.4.1立体模型构建
将编辑后的带有坐标信息的CAD平面数据文件导人3DS max中。使用3DS max中的划线挤出等工具，建立建筑物基础模型。建筑物的平面位置利用航测编辑数据获取，建筑物的高度信息利用航测采集数据获取。通过3D***AX中的模型变换工具来实现建筑物模型的建立。
3.4.2立体模型贴***
通过贴***可以增加模型的质感，完善模型的造型，使创建的三维场景更接近现实。在采集的纹理相片中筛选出角度合适、照片清晰、色彩真实的照片，利用Photoshop软件进行处理获得所需贴***单元。模型的顶部一般用DOM数据进行贴***以套合地形模型。
3.4.3地形模型构建
使用DEM数据作为地形模型，使用DOM数据作为贴***制作出地表模型。对于一些有特征的地面如***府广场，河流，公园或者测区内重要的地形地貌，其地面模型不能使用简单的DOM贴***，必须使用采集的数据精确建模表示出其真实情况，再加上精细***片贴***。如***府广场的绿化停车位等，河流的堤坝流水等，公园内的小路等及测区内重要地形地貌的特征。
3.4.4立体模型的渲染
三维模型经过材质处理和贴***，基本恢复了实际外观。为了使模型更加贴近实际效果，还需要在场景中增加灯光效果，模拟太阳光照射；对模型进行自发光处理，模拟光线的漫反射。在3DS max中通过对立体模型的渲染烘焙技术就可完成。
3.5三维数据模型的
为了更准确、详尽地把城市三维景观展示出来，需要对以上成果进行转换、整合、优化，借助专业的平台将其展示出来。通过平台可以对三维数据进行操作分析，实现如城市应急救援、拆迁分析、日照分析、规划方案比较、量算与可视区域分析等功能，以达到其在城市规划、地籍管理、旅游、交通及环境仿真等领域的应用。
4数字城市的发展及存在问题
中国科学院、工程院院士李德仁说：“数字城市为城市规划、智能化交通、网格化管理和服务、基于位置的服务、城市安全应急响应等创造了条件，是信息时代城市和谐发展的重要手段。数字地球以空间位置为关联点整合相关资源，实现了秀才不出门，能知天下事”。数字城市，作为城市发展的一个新方向，是加快城市化发展的“加速器”。目前，很多城市已启动各自的数字城市建设计划，它将从全局上促进社会和经济的可持续发展。但各城市地理信息资源分布较分散，各不同的部门有各自的信息管理系统，坐标系统不统一，部门之间信息资源达不到共享，重复测绘的现象非常严重。其次，建立数字城市先要搞好基础设施建设，包括网络建设和基础空间数据的生产，必须首先完成城市各种比例尺的空间数据的生产，建立数据更新的机制，保持数据的现时性。再次，数字城市是一个复杂的系统工程。许多城市在地理信息系统建设方面投入了大量经费，但是社会经济效益并不明显。作为***府部门，要充分估计到数字城市建设的复杂程度和周期。最后，数字城市的良好发展，除了需要***府的大力支持外还需要测绘人的不断努力提高寻找最优的建模方案，分析可获得到的数据等资源，根据自己的技术和经济实力，分步骤进行建设，不能盲目崇尚高新技术，也不能不调查研究就采用水平较低的方法，造成资源浪费，争取以最低的代价创造最高的效益。
参考文献
三维城市篇4
关键词 三维城市；Uniscope；3DS Max
中***分类号TU99 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）111-0099-02
三维GIS除了具有传统GIS的理念外还融合了互联网技术、计算机技术、3S技术、虚拟-仿真技术等等，这些新的技术手段使得地理空间信息得到了更好的表达，与传统二维数据相比，三维数字城市对空间的描述更为直观、要素结构更为完善、纹理信息丰富。三维数字城市通过对真实地形地貌、市***交通、城市建筑的数字化三维模拟，给人们一个真实的三维环境。三维数字城市的应用对于提高城市空间信息利用，提高城市整体信息化管理发挥着重要作用。
1 背景
自戈尔提出“数字地球”的概念以来，数字城市的研究和建设迅速发展起来。三维城市建设是数字城市建设的重要组成部分。本文涉及项目的主要任务是对某市区近100平方公里的区域进行精细三维信息的采集及建模，建立具有准确平面位置和高度信息的三维模型，为数字城市建设提供基础三维数据。
2 主要的技术路线及方案选择
经综合考虑选择数字摄影测量的方式来进行三维城市的建设。数字摄影测量的方式主要是采用航空遥感技术、数字摄影测量技术和计算机模拟现实技术，利用高分辨率卫星影像以及航空像片，通过对影像的数字化处理，加上野外拍摄照片，将地面建筑物在计算机内重构，给予统一的空间参考系，形成三维基础地理要素，同时在三维模型的基础上叠加空间矢量数据、地物兴趣点数据形成可视化三维数字城市管理系统的基础数据。
具体工作内容主要包括：外业纹理拍摄、特征线采集、三维模型提取、特殊模型建立、纹理贴***、地形模型建立、影像叠加、矢量数据叠加、兴趣点数据叠加等。最后形成的成果能够实现三维展示、三维漫游、漫游视频输出，以及距离量算、面积量算、体积量算、通视分析、日照分析等基本的量测和分析功能。
3 各类模型的融合
各类模型的融合主要指的是将各类模型成果利用Uniscope中提供的工具进行编译。
3.1 地形的编译
地形的编译主要是使用Uniscope自带的编译和工具。该工具支持USGS DEM和ESRI ASCII Gride格式的DEM。实际工作中使用的是ESRI ASCII Gride格式的DEM。编译过程需要核实输入的坐标系和投影参数等。地形数据编译成地形金字塔，编译级别与数据分辨率相关。
3.2 影像的编译
影像的编译主要是使用Uniscope自带的编译和工具。编译过程需要核实输入的坐标系和投影参数等。影像数据编译成影像金字塔，并需要设置影像块的大小，一般设置为256*256或512*512。
3.3道路的影像数据
由于道路模型最终也需要和地形融合，而道路由于起伏、转折等原因做成3dsmax模型后很难和地形无缝融合，当3dsmax形式的道路模型与地形融合时如果贴合紧密则会出现闪烁或者交叉现象，如果贴合不紧密则使得结果失真严重。所以在道路的处理方面采取的方法是将影像数据作为底***在Photoshop中采集道路的信息，包括道路纹理、分道线、人行道、行车标志等信息，而道路上的其他信息则舍弃如：绿化带、桥梁等，这部分信息将作为特殊模型单独建模。最终产生与影像分辨率相同的包含道路信息的***像。
3.4 矢量数据的编译
矢量数据主要是道路数据和兴趣点数据。系统提供了编译矢量数据的工具，目前只支持SHP格式。矢量数据也需要编译成金字塔，矢量数据的编译需要注意显示级别的设置、标注字段的选择、接地情况的选择。矢量数据的接地处理中一般需选择当前地形的最高级别。系统同时提供了POI搜索工具的编译，和兴趣点数据的编译是相同的。
3.5模型的编译
模型的编译分为两种情况：获取高程或者不获取高程。这两种情况指的是当模型的底部高程准确的情况下，可以直接进行编译；而当模型的底部高程不准确的情况下，可以利用系统中已有的地形数据进行贴地处理，进行贴地处理时需选择当前地形数据的最高级别。实际工作中根据这种功能在特征线采集的时候就人为的将数据分为需要贴地和不需要贴地两类。对于不需要贴地的数据需要采集数据底部准确的高程信息，而对于需要贴地的数据则只采集平面位置信息。这样在实际工作中可以减少很多的工作量以及检查工作。
模型的编译中有特殊模型的编译，特殊模型的编译与其他模型的编译是一样的，但是有两类情况需要注意，一种情况是当高架桥下行与路面贴合的情况，一种是凹陷下地面的建筑或者沟渠一样的地形。对于高架桥下行与路面贴合的情况除了依赖于数据的准确之外，需要将地形数据导入到3dsmax中与桥梁模型进行套合调整，经测试3dsmax对USGS格式的DEM支持的比较好。对于第二中情况，也需要将地形数据导入到3dsmax中与对应得模型进行套合调整，并且由于地形数据的特点以及Uniscope系统对地形数据的表示方式，地形不会有直上直下的情况，会产生一定的斜坡，这样为了使模型和地形无缝的融合就需要调整模型而使模型有所损失。经过大量的测试和检查修改，涉及这两种情况的处理比较成功，但是费时费力。
3.6树和其他植物的编译
树和其他植物的模型一般采用十字面片的形式和广告牌技术。在一些重点感兴趣区域种植十字面片树甚至更为复杂的树木或者花草，而对于行树或者大面积的树林则使用广告牌技术，广告牌技术指的是单面片的模型在场景中会随着摄像机的镜头而转动，这样单面片模型纹理最丰富的一面就会始终面向用户。本文实现的三维城市中，树的点位或者植被的范围线是在采集模型特征线的同时采集的。
4 总结
在实际的三维城市建设中，需要根据项目的规模、数据资源、经济力量以及技术力量来选择建模方式以及技术路线，本文的三维城市的实现采用数字摄影测量、3dsmax建模、Uniscope整合的技术路线成功的制作了某市区近100平方公里的三维城市的模型数据，达到了预期的目标，并且取得了很好的效果。
参考文献
三维城市篇5
P键词：A3 航空摄影 城市三维模型 纹理
中***分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（a）-0046-03
三维城市模型的构建，一直是测绘领域的主要发展趋势和热门研究课题，在城市规划、国土管理、通信、房地产、城市应急减灾、虚拟现实等行业领域具有极为重要的应用价值。
目前业内针对城市三维建筑模型还没有一个建模标准，笔者基于近两年的项目与技术实践，认为构筑数字城市中的模型数据应该至少包含以下要素：高精度的地形数据、准确的建筑模型以及真实的城市纹理和真实的要素模型等，这是城市最真实化的展示。基于最真实的城市模型数据，才可以实现三维视角下的城市空间信息管理、查询和分析，使普通用户不仅能有接近现实世界真实的感受，也为专业用户提供城市空间现状更为真实、客观和准确的数据分析。
1 A3航空摄影技术介绍
1.1 硬件简介
2011年以色列VisionMap公司推出了大幅面A3数字航摄仪，将传统框幅式与推扫式优点结合起来，并且配备300 mm超长焦距，可以高效率同步获取正射和倾斜高分辨率影像。
A3数字航摄仪由存储器、小型计算机、GPS、电源、控制终端接口及旋转双镜头组成。相机质量为35 kg，尺寸为53×53×53 cm，镜头数量2个，焦距300 mm。
1.2 主要技术特点
（1）300 mm超长焦距在相同航高下可以获取超高分辨率影像数据，保证城市影像分辨率质量和效果。（2）109°超大视场角可以获取超大幅面影像数据，不但采集效率高，还可以同步采集不同角度的影像。（3）70%以上超高重叠度可获取同一地物的多角度观测影像，保证航带间影像加密点数量，提高空三精度。（4）LightSpeed全自动数据处理系统，可以保证数据的生产效率。
2 三维模型制作方法
2.1 技术路线
基于A3航空摄影数据特点，同时吸收了传统建模方法中手工制作的优点，形成了一套较完整的解决方案，可以有效解决传统城市三维建模的不足。
该方案利用A3数字航摄仪提供的超大幅面立体像对（superlarge format，SLF）同步采集建筑物矢量模型、地形，并利用大角度倾斜影像映射建筑模型侧面纹理。另外，为了弥补航空采集不足，地面底商、楼宇遮挡以及小品等区域，通过地面拍照方式进行采集制作，如***1所示。
该技术路线具有如下特点：
（1）利用A3高空航空摄影的作业方式，可以进行大面积、高效率的采集，特别适合大范围、快速的城市建模需求。（2）超大幅面立体像对（SLF）可以用于采集准确的建筑物轮廓几何信息，并同步提取高分辨率的纹理，节省纹理单独制作环节。（3）A3长焦距影像可以制作城市准真正射影像，保证城市密集区的视觉效果，与三维模型整合的三维场景更真实。（4）此种方式建立的建筑物模型为单体的、对象化的模型，可以对各个模型进行单独的加工、修改、编辑，甚至添加各种属性信息。（5）实景模型数据精确，三维GIS分析结果准确度更高，可以满足规划、国土、城市管理等领域的应用需求。
2.2 三维模型制作
利用超大幅面立体像对（SLF）进行三维模型的制作。在立体采集环境的支持下，类似传统DLG采集模式，采集建筑物几何信息。较传统航摄相机，SLF立体像对由于视场角度大，可以最大可能采集到建筑物侧面几何信息，如***2所示。
2.3 实景纹理制作
（1）倾斜影像空间定位。
经过空三加密输出的SLF立体像对具有精确的影像外方位元素，可以准确恢复每张影像的空间位置，具有精确的三维坐标信息，如***3所示。
（2）纹理制作。
在制作出高精度的体框模型后，基于定位后倾斜影像本身的特点，结合数字三维及空间几何投影技术选取每个模型面，获得其角点的物方坐标（X，Y，Z），已知倾斜影像的外方位元素及倾斜影像本身的投影框物方坐标（X，Y，Z），通过判断每张倾斜影像与该模型面是否相交筛选出与之模型面对应的所有影像集，然后利用共线方程，计算出所选模型面在每张像片上的投影像点坐标（x，y），通过筛选算法按照影像质量及影像投影面最优原则将相应影像集排序，挑选最优影像稍作编辑，最后将所选像片纹理部分截取并计算出纹理坐标自动映射到模型面上，从而实现实景三维模型的自动化纹理提取映射功能，如***4所示。
3 应用案例
2014年4月，在长沙市选取了约50 km2建成区进行A3影像数据采集，为了更好采集侧面纹理，测区采用双向交叉飞行方式，测区技术参数见表1。
该项目制作完成1∶1 000数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM），并针对核心区进行了实景城市模型制作，如***5所示。
4 三维建模技术探讨
三维城市篇6
一、人文系统的概念
《辞海》称:“人文指人类社会的各种文化现象”,人文一词最早出现在《易经》中贲卦的彖辞:“刚柔交错,天文也。文明以止,人文也。观乎天文以察时变;观乎人文以化成天下。”意为以诗书礼乐之教而化成天下,“诗、书、礼、乐”都是“修身”,核心是“礼”。宋程颐《伊川易传》卷二释作:“天文,天之理也;人文,人之道也。天文,谓日月星辰之错列,寒暑阴阳之代变,观其运行,以察四时之速改也。人文,人理之伦序,观人文以教化天下,天下成其礼俗,乃圣人用贲之道也。”
人文这个名词概念也成为近年来活跃在文坛上的代表,在欧洲人们经常把人文精神作为一个学者的必备精神,而人们通过对文化、艺术的转变,逐渐形成“人文主义”和“人文学者”,但我们也常说,人文是人们对于知识的一种向往和追求,人们不断地追寻着自己的人生道路和不断地感受知识所带来的作用和魅力。“人文”在上世纪中期就已经被欧洲国家的人们所认可和追求,并且在大学课堂开辟“人文学科”,让更多的学子都能感受和学习这种文化,对于文人们来说,这也是他们对知识的追求、探索。
我们国家的人文专业开展的比较晚,但也具有一定的代表性和传承性,人文学科在大学里面逐渐增加课程,现在很多高校都把人文设立为一个***的学院,比如南京大学的人文学院等。人文是一种文化,是一种交流,也是人们的一种需求,在人文领域知识里,人文系统指人类社会自己创造出来的各种文化现象和各种传统属性之间相互联系、相互作用、具有特殊结构和特定功能的文化有机整体。在城市的人文系统中包含着建筑形态、商业氛围、社会习俗、历史文脉、生活情趣、城市拓展等方面的人文内容。
二、人文系统的艺术性表现
三维数字城市动画中的人文系统艺术性具体表现在建筑领域、社会领域和城市生活领域,人文艺术是人们对现代社会的一种适应,以及对城市数字化、艺术化的综合展现。
艺术性是指人们反映社会生活和表达思想感情所体现的美好表现程度。艺术是需要通过社会来表现出来的,艺术的具体表现也通过各个不同的领域去体现出来,比如通过文化系统,将艺术的形态更好地展露出来,通过表达流露出思想感情。人文系统中的艺术性的表现在不同的文化现象里面各不相同。
建筑形态中的表现
艺术性主要表现在建筑形态视觉三要素――造型、色彩、光线的效果,以及建筑室内外环境中实体的形和空间的形在组合上达到艺术家审美意境所要求的程度。在当今社会,建筑行业中大量运用电子数字化来设计和操作,通过人文艺术的转换,将艺术和文化在建筑形态中展现地淋漓尽致。
商业氛围中的表现
商业文化元素融合在商业环境中,从而可以达到塑造商业文化的知名度,艺术性主要表现在将商业的精神文化本质揉进商业的空间氛围中,借助商业的建筑环境载体,在形式上使之具有听觉、视觉的艺术识别效果,是商业精神文化在商业艺术氛围中完美体现。
社会习俗中的表现
民俗文化的核心是将人们的集体行为不间断地执行,通过精神民俗文化和艺术的相互结合表现出来,而对于艺术性主要表现在语言、文学、音乐、舞蹈、游戏、神话、礼仪、习惯、手工艺等方面的自然和质朴,在艺术审美上具有真挚、善良、直率、热情的特点。
历史文脉中的表现
一个城市就像一个人,在性格上必定有他独特的文化底蕴,而社会的精神文化都是和历史文脉息息相关的。艺术性主要表现在各个不同历史时期,各阶段文化遗迹所留下的痕迹具有永恒美和典雅美。
生活情趣中的表现
生活情趣更多体现出来的是整体文化,从某一方面来说文化是这个社会所必不可少的一种元素,同时也是通俗文化的基础者,在艺术的整体表现上结合文化的主流性和对应性,将艺术性文化表现在大众化、生活化上,使普通生活更富有市民趣味。
城市拓展中的表现
未来城市的发展是城市文化的延伸和历史的延续,但在一定阶段上具有相对的稳定性,而艺术性主要表现在地域文化特征的保留和创新上。
三、人文系统的重要性
人文系统是一个城市的文化形态,也是一个城市个性化的表现。在对城市进行三维数字化的时候,我们既不能简单地停留在城市表象的塑造上,也不能只是城市形态的复制,应该将城市中的生活气息,从人文系统的角度全方位细致入微地表达出来,使三维数字化的城市具有鲜活的生命力。因此,在三维数字城市动画中应该从建筑形态、商业氛围、社会习俗、历史文脉、生活情趣、城市拓展等方面入手,将人文系统中艺术性的部分揉进去,真正营造出一个鲜活、具有人文性的城市,所以说人文系统的艺术性是三维数字城市动画的灵魂。
作者_盛 周剑 卢晓天
三维城市篇7
[关键词]三维城市模型 数据质量 核心竞争力
中***分类号：D485 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0296-01
三维城市模型又称3DCM，是城市大数据系统的重要组成部分，而3DCM系统的建设工作，目前已经在二线以上城市大规模展开，因为3DCM工作带来的巨大商机，目前诸多城市的3DCM建设工作，均由多家企业同步进行，***运作。而目前市面上对于3DCM的建设工艺和流程有着诸多的技术差别，所以，进行更高精度的3DCM数据的采集，就成了判断三维城市模型的关键。
1.规划级别的3DCM建设
规划级别的3DCM建设，是直接使用GIS系统的数据，首先根据地表高程控制点形成城市的大地基础高程，进一步通过GIS系统中标定的道路、建筑的轮廓线，根据其层高进行推定，使用多棱柱拉伸法，直接形成城市的3DCM模型系统。这种级别的3DCM模型系统，虽然完全建立在绝对可信的国家地理管理系统数据上，建设周期也较短，一般像北上广这类大型城市的3DCM建设工作，在10名工作人员的联合操作下，只需要不到一周就可以全面完成。最初的谷歌地***系统，也是使用的这类3DCM形式推出了第一款三维地景服务平台，但因为该方法形成的3DCM系统的可用性不高，该平台没有在市场上形成预期的效果。因为这类系统基本没有任何美感可言，其实用性和商业价值也没有太多体现，只能用于指导城市规划方面起到一定的参考作用。
2.民营企业操作的3DCM建设
2.1 谷歌体系的3DCM建设
3DCM系统目前有多重常用方法，首先，应用最为广泛的是谷歌提出的一套全息城市平台，目前，百度、搜搜、高德等地***运营企业，都在使用这套平台进行数据采集。这套系统的关键用途是，通过车载的一个32向或64向照片采集系统形成一组球面照片，而将这每一组照片通过车载GPS记录的位置进行软件整合，将这一系列的球面照片放入GIS地理信息系统中，形成一个全面的全息地***数据。这个地***数据目前已经覆盖了大多数国内二线以上城市，也给这些地***运营公司带来了较为可观的经济效益。
但是，这类方法的数据质量控制方面的难度也较大。首先，这类系统使用的民用伪码GPS定位精度一般在10米左右，且因为3DCM的工期较紧，这些车辆沿公路行驶时，会使用40公里左右的时速，在这个速度下，民用伪码GPS系统的定位精度能否胜任数据采集任务仍有待于考量。
2.2 工程级别的3DCM建设
因为谷歌全息地***体系有一个致命的缺陷，基于位***拼合机制的3DCM并不是真正意义上的3DCM，他的信息量非常少，用户只能从指定的点上观察全息地***，而且，在这些指定的点上观察的全息地***，也只是位***的拼合，而没有带有3DCM要求的点位信息。
而使用自动全站仪系统，我们需要将平台车辆在多个地点停稳，使用电视定位法和五棱镜全站仪测点法，对路边尽可能多的点位进行测量，这些点位的信息会汇总到计算机系统中进行整合处理，这样可以得到城市较为完整的几何形态。但这样一个过程，也存在着数据质量控制的一系列问题。
因为工程级别的3DCM建设不可能使用人力完成，在很多大型城市也不能提供在马路上停放如此大规模的车载平台的施工机会，所以，目前该体系的3DCM的应用并不广泛。但是，随着智能化全站仪系统的日趋小型化，可以使用人力携带和移站，而在人行道上假设的话，可以使该系统得到较强的市场反应。因为该系统相对于目前谷歌体系的全息地***式3DCM有着较强的真实感和互动性，应该会在不久的将来形成市场竞争力。
统观分析，工程级别的3DCM建设存在的问题主要有以下两点：
首先，工程级别的3DCM建设，在架站点的规划上存在很大的问题。如果采用车载平台，那么架站点需要通过测量点逐一逐级推算。而这样的推算过程，每一次移站都有可能造成数秒的随机误差。虽然这些误差可以在实际测量中大致相抵，但是，在实际测量中，城市地物可能会存在超过50mm的误差。这一误差可能与地***系统形成较为显著的差别。甚至，在对面街道进行的建筑物圆周定位时，可能会因为这种误差导致建筑物的严重变形。
其次，工程级别的3DCM建设，可能会给系统带来较为精确，接近规划级别的地物地理信息数据，但是，我们没有办法得到像谷歌体系一样精确的纹理材质。也就是说，通过工程级别的3DCM建设形成的3DCM，恰好与谷歌体系形成的3DCM出现相反的情景。我们可以在任何角度观察工程级别的3DCM作品，但是，这些作品因为纹理和材质的差别，会与谷歌体系的3DCM形成较为显著的对比。
3.解决方法分析
3.1 数据采集过程的质量控制
随机误差的控制是数据采集过程中的关键工作，通过卫片套叠法，导线闭合法等方式，可以有效的减少测量随机误差给系统带来的各种问题。我们在数据外业采集过程中，应该确保设备的操作符合规定，车辆静止后，应该对照全站仪架站参数是否与GPS的静止测量参数一致。而在实际测量过程中，也可以使用多次测量法来减少随机误差，对同一条街道进行5～10个测回的测量，会使得测量点的几何平均位置得到有效的定位。总之，调用尽可能全面的测量工作，而不是任由自动化全站仪的自识别功能进行测量，是数据采集过程质量控制的关键。
3.2 模型搭建过程的质量控制
在模型搭建过程中，因为自动化建模软件的使用，我们基本可以程控化的完成整个模型的搭建工作。但是，在搭建模型的过程中，对于特异数据的剔除是关键。数据的自动化采集和导入的过程，可能会出现偏差较大的数据，这些数据可能造成地物的较为明显的变形。而这种数据的最终剔除工作，需要人工与卫片及现场全息照片一一比对，最后给予剔除。
在进行纹理材质的制作过程中，因为城市楼外体的材质类型只有数百种，材质类型，可以通过系统判读基本完成筛选工作，而人工需要介入的部分是通过粗渲染***与航拍***的比对，找到其中自动判读错误的建筑，并予以改正。
3.3 建设完成后的质量检查
建设完成的3DCM，应该在投入测试前进行较为全面的人工测试工作。这个测试工作与其他的软件和游戏的测试工作相似，通过漫游设置，人们应该考虑这个地***鱼真实环境的对应关系是否存在瑕疵。后期测试为主要工作的质量检查工作是一个较为复杂的过程，但也是必要的过程，是直接关系到地***系统能否实现盈利的关键过程。
4.结束语
在市场需求的推动下，各大城市3DCM的建设工作正在大规模开展，而在3DCM的建设过程中，如何建设更加高级别高真实度的3DCM系统，取决于在3DCM建设过程中的数据质量控制工作。只有形成了一整套地理信息系统的基础上对3DCM进行测量，才可能使3DCM的建设获得最大的运营效益。
参考文献
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[2] 张***.数字城市中三维模型的质量控制[J]地理信息世界2013-04-25（2）99-103
[3] 武娟.利用DMC航空影像数据进行城市三维建模及其精度分析[D]吉林大学硕士 2013-06-01
作者简介
三维城市篇8
[关键词]城市三维地理信息系统 设计 实现
[中***分类号] P208 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-174-2
城市是人类活动最密集的区域，也是地理信息系统研究与运用领域的一个重要方面，城市三维可视化已广泛应用于城市规划、工程设计、环境保护、灾害防治等领域，城市三维可视化表达也是当今“数字城市”一个重要表现手段。
1城市三维地理信息系统及其数据内容
1.1城市三维地理信息系统
城市三维地理信息系统是指能对城市区域内空间对象进行真三维描述、可视化和分析管理的地理信息系统。城市三维地理信息系统是一套完整的GIS系统，它不仅具有城市三维虚拟景观浏览功能，让用户在真三维的仿真城市中进行漫游和飞行，还应具有以下功能：
（1）三维数据管理，主要包括三维数据入库、质量检查、坐标转换、空间和数据查询以及与其他系统数据的无缝转换等功能。
（2）三维场景交互，是指对场景中三维对象交互地进行三维空间浏览、选择、查询操作。
（3）三维空间分析，主要包括根据三维场景中的地形和模型的几何特征，进行基于模型或者场景的三维空间量算，通视分析，日照分析等三维空间分析操作。
1.2城市三维空间数据采集
三维数据采集主要有两大类：一类是场景数据。一般采用高分辨率卫星遥感影像或航空影像数据.通过和数字高程模型（DEM）叠加。生成三维地面模型，一般用于城市建成区的场景建设，形成三维城市环境模型，为城市建设宏观布局服务；第二类是建筑物三维数据，这是城市最主要组成部分，也是人们最关注的部分，人们希望在三维模型里能够对建筑物进行查询、分析，甚至能够管理到建筑物内部空间组成，利用其查询、分析功能同其它专题属性信息进行链接。
三维数据采集的一般流程如***1：
2城市三维地理信息系统设计
为更好的将城市三维地理新系统应用于城市规划设计和辅助决策，下面将详细阐述该系统的设计及主要功能.
2.1城市三维地理信息系统架构
整个系统可分为三个主要层次，如***2所示：
2.1.1数据层
数据层包含了城市三维地理信息系统中所需的所有二维基础地理数据库、影像数据库、三维城市模型数据库和场景中所需的小品模型数据，由于系统三维场景包含的数据内容较多，为了优化模型，加快三维场景的加载速度和浏览的流畅度，通常把场景中所需的模型进行优化处理后，并按照一定的层次结构组织成三维场景，供三维地理信息基础平台调用。
2.1.2业务逻辑层
该层负责系统中的三维场景浏览、热点区域定位、属性查询、三维场景的飞行与漫游、三维量测、规划分析、后台数据调用等功能。
2.1.3应用层
应用层是用户与系统的接口，通过系统客户端直接浏览三维场景及调用系统功能模块。
2.2系统功能模块设计
系统主要包括了三维场景操作、热点区域定位、三维飞行、虚拟三维景点游览、属性查询、三维量测和三维规划分析功能：
（1）三维场景操作：主要包括了三维场景的平移、旋转、缩放、漫游等场景操作功能以及三维对象的选择功能，该模块是整个系统最为基础的模块。
（2）热点区域定位：主要为了用户能方便快速地定位到达场景内某些感兴趣区域，简化用户操作。
（3）三维飞行：该模块是将预先设定的飞行路径，按照一定的速度和飞行高度自动浏览场景。
（4）虚拟三维景点游览：该功能模块是让用户以第一人称视角进入场景，让用户身临其境的感受三维虚拟景点。
（5）属性查询：该功能模块主要用于根据场景中建筑物、道路和兴趣点的属性值，快速定位和查找相应地物。
（6）三维量测：主要用于系统三维场景中空间距离、水平距离、垂直距离、平面面积、地表距离和地表面积量算。
（7）三维规划分析：主要包括通视分析、日照分析和规划方案对比功能，主要用于辅助城市规划设计。
3结论
城市三维地理信息系统的建立能够全方位、直观地给人们提供有关城市的各种具有真实感的场景信息。它综合运用GIS、遥感、遥测、网络、多媒体和虚拟仿真等高科技手段，是对城市的基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策支持的技术服务系统。城市三维地理信息系统提供给人们一种全新的城市规划建设与管理和工作生活的理念与调控手段，能适应并预测城市的变化，尤其是GIS的空间信息综合处理能力与直观表现能力，在处理城市复杂系统问题时，能帮助人们更好地建市起全局观念与模拟直观感。因此对城市三维地理信息系统的研究不仅具有相当重要的现实意义，同时也是人们十分迫切需要解决的问题之一。
参考文献
[1]刘学***，伊尧国.基于WEB的城市三维地理信息系统构建方法研究[J].天津城市建设学院学报，2006， 12（1）：9-13.
[2]万剑华，潘正风，李清泉.城市三维地理信息系统研究的几个焦点问题[J].测绘通报，2002（7）：11-13.
三维城市篇9
（赤峰学院 资源与环境科学学院，内蒙古 赤峰 024000）
摘 要：地下管网是城市赖以生存和发展的物质基础，是城市基础设施的重要组成部分，本文主要阐述了GIS的原理及其在城市地下管道网络中的应用，并结合敖汉旗地下管线的管理的现状，以敖汉旗的地下给、排水管线为研究对象，进行三维地理信息系统在城市管网系统中的应用研究.
关键词 ：地理信息系统；地下管网；敖汉旗
中***分类号：P208文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）02-0056-02
地下管线是城市基础设施的重要组成部分，是城市赖以生存和发展的重要物质基础[1].城市管网系统的合理建设及科学的管理是保证现代化城市可持续发展的必要条件.随着社会的发展与进步和当前我国城市化水平的不断提高，基础建设发展迅猛，地下管网体系越来越大，管理的复杂程度也在逐年增加.地下管网的管理经历了从手工到信息化的发展过程，地下管网管理应用三维地理信息系统，不仅能改变以往管网靠***纸来管理的局面，而且以计算机形式取代了以往复杂繁琐的手工操作形式，从而提高了生产效率.三维地理信息系统可真实再现地下管网的地形特点，为我们全面了解城市地下管网的环境提供一个理想的空间支撑，可极大地提高城市地下管网的建设和管理水平，从而全面实现城市地下管网管理工作的数字化，为更好地促进城市地下管网的发展奠定基础.
1 研究背景
1.1 虚拟现实技术
虚拟现实技术是利用三维***型生成技术、多传感交互技术以及高分变率显示技术并伴随多媒体技术而发展起来的计算机新技术，由此生成了三围逼真的虚拟环境，用户需要通过特殊的交互设备才能进入此虚拟环境中，由此可知虚拟现实技术与计算机技术存在着紧密的关系，并且在很大程度上推动了计算机技术的发展.虚拟现实技术的基本特征是：“多感知性”、“沉浸感”、“交互性”、“自主性”[3].
1.2 城市地下管网系统介绍
地下管线由给水、排水、燃气、热力、电力、电信和工业管道七大类型组成各类管线纵横交错地分布在城市地下空间，构成了复杂的地下管线空间体系[7].
城市地下管网是一个城市非常重要的基础设施，是城市赖以生存和发展的物质基础，它担负着能源输送，信息快速传递等工作，因此城市地下管网为现代化城市进行高效率、高质量的发展提供了有利的条件.因此，分析和准确的掌握城市地下管网的现状，可为现代化城市的建设管理及规划提供不可或缺的基础信息资料.
早期，二维***形管理系统是主要的的地下管网信息管理系统，其缺乏直观性，无法表现管线之间的空间关系.在国内外竞相开发三维数码城市背景下，地下管网作为城市极其重要的组成部分，建立功能强大且操作便捷的三维地下综合管网管理信息系统已经成为当务之急.所以将三维地理信息系统引入到城市地下管网中具有重要的意义，它对城市地下管网信息可视化和建立的虚拟环境及交互能力都带来了极大的作用，同时也为城市地下空间开发问题的正确判断、分析提供大量的信息.
2 三维地理信息系统在城市地下管网中的应用
2.1 应用现状
三维地理信息系统技术作为城市建设的关键技术之一，是一种动态的可视化技术.在实现虚拟场景中观察地下管线的规划布局和空间设计的过程中，三维地理信息系统为布局规划、建设与管理提供了一种全新的辅助技术手段和方法.随着社会经济的快速发展，城市的建筑，道路，交通设施的增长速度越来越快，并进入了成倍的增长的趋势，其中的各类管线是能源、信息、物资等的重要传输者，对城市的基础设施建设具有重要的意义，同时是城市赖以生存和发展的生命线.
2.2 存在的问题
研究开发的部分三维管网信息系统不是真正意义上的三维系统，它没有给出真三维空间模型，只是给出了相对简单的三维走向***.
作为地下管网信息系统开发中的核心技术——地下管网的建模技术研究相对落后，还主要基于手工建模及基于标准连接件的半手工建模，将研究的重点放在了如何建立标准模型库和管线定位方面，没有实现三维管网的自动建模[14].对城市地下管网的建模采用现有的建模方式不仅实用化推广难度大、时间长、精度差、错误多，而且消耗大量的人力、物力、财力等给人们的经济设施带来一系列的麻烦.三维管网模型的构建相对比较复杂，使得系统显示效果差并且显示速度慢，对计算机硬件资源需求过高.地下管网数据的采集难度比较高，投入巨大，而且耗费的时间较长，数据采集由测量环境、测量人员的技术水平以及测量工具的精确度、等多种因素共同决定的，其测量所得的数据存在着一定的误差.很多系统只有三维***形的显示，而其三维场景交互性不强，且不能在三维漫游场景中实现分析与查询，同时也不能满足用户的三维可视化交互式的操作.
3 三维地理信息系统在敖汉旗地下管网系统中的应用
3.1 现状及存在的问题
随着社会经济的快速发展和城市化进程的加快，在市***建设中，由于自然或人为的因素，导致地下管网系统存在着一系列的问题.
3.1.1 规划滞后
敖汉旗这个小城镇基本没有形成一个完整、清晰的市***规划体系，而且很少有市***地下管网专项规划***策.与此同时，市***专项规划与城市用地规划存在着脱节的现象.市***专项规划同城市其他专项规划缺乏协调统一且矛盾百出.市***专项规划，特别是地下管网的编制深度及技术规定非常薄弱，甚至基本为空白缺项.长期以来导致“重地上，轻地下”的不良的结果.
3.1.2 不合理的建设，造成人、物、财力的浪费
由于管线运营单位自行主导各管线的建设规模和建设时间，从而没有合理的处理各管线之间与城市规划、建设的协调一致性.由于管线不祥、资料不全，在建设施工中，尤其是城市道路拓宽改造中经常造成管线的破坏、挖断，造成停水、停电、停气、通讯中断等，给城市生活带来诸多不便和重大损失.[15]
3.2 应用研究与展望
在地下管网项目全面展开前需要严格按照科学的系统的工程管理方法来进行系统设计，尤其是在空间数据的组织、数据库的设计和空间数据的模型的建立方面需要充分的调研，精心的设计和不断的测试改进.
实现信息多元化的应用[19].在此基础上建立三维信息平台，并将基础地理信息矢量数据在三维场中叠加，同时基于真实地理环境的浏览，直观的对城市地下管网进行管理，并进行虚拟城市地下管网的模拟，从而生动模拟再现地下管网的实景状况.与此同时将三维场景中剖面、侧面、选定区域坡度、关键点、最高点坐标、最低点坐标等分析与二、三维联动结合，从三维系统中发出指令，在二维系统进行分析，并提交报表，估算城市地下管网的实时情况；并利用GIS的空间分析功能实现统计分析、可视域分析和三维飞行浏览等功能，进行城市地下管网的数据库的快速定位查询、统计分析.
参考文献：
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（4）穆森.基于gis的城市地下管网综合管理系统的设计[D].中北大学，2007.
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（7）陶青.浅析中小型城市地下管网集约化建设.福建省南平市市***工程管理处，2010，4（17）.
（8）陈靓，赵冬玲.三维可视化地理信息系统在校园地下管线管理中的应用综述[J].中国农业大学信息与电气工程学院，2006（1）.
三维城市篇10
【关键字】：城市地下管线 ， 科学， 三维可视化 ，系统功能
【 abstract 】 : underground pipeline is the lifeline of the city, but it has a lot of concealment, the characteristics of complexity, and thus, the underground pipeline set up 3 d visualization system, is the urban planning, construction and the demands of the management.
【 key words 】 : the city underground pipeline, science, 3 d visualization, system function
中***分类号：F291.1文献标识码：A 文章编号：
据权威部门的调查资料，全国大约有70%的城市地下管线没有基础性城建档案资料，地下管线“家底不清”的现状普遍存在。规划部门在审批地下管线位置时，经常出现管线“打架”情况，建设中的管线被挖断的事件屡屡发生，引起停水、停气、停热、停电和通讯中断等事故，造成严重的经济损失和不良的社会影响。2011年11月7至8日，中国城市规划协会地下管线专业委员会透露：2008年至2010年，全国仅媒体报道的地下管线事故，平均每天就有5.6起。据不完全统计，全国每年由于路面开挖造成的直接经济损失约2000亿元。地下管线是城市的“生命线”，是一个城市健康安全运行的“动脉”，但其具有很大的隐蔽性、复杂性的特点。建立科学、准确、完整、可视、智能的地下管线信息系统，是城市规划、建设和管理的迫切需求。
一、城市地下管线特点
(1)种类繁多。常见的有给水、污水、雨水、电力、通讯、热力、燃气、网络等等。
(2)各自为***。给水管属自来水公司，污水、雨水管属市***公司，电力管属电业局，通讯管属网通，有线电视管属电视台，热力管属热力公司，燃气管燃属气公司，这些管线的权属单位各不相同，管线的建设、维护管理均由相关单位负责。 (3)隐蔽性强。管线都埋设于地下，起码的覆土厚度为0.5米，而某些污水管埋深达到了10米，我们很难发现它们。还有的管线与别的管线共沟敷设，无法识别其种类。有些管线属于私自建设，没有城建档案备份，也无法查到其详细资料。
(4)更新快。城市管线的建设没有中断过，无论什么时候，都在进行着规模不同的各种管线的建设。近年来，城市发展迅速，向外扩张，城市基础设施得以重视，往往新区道路各种管线都预先敷设。所以，城市管线像是有生命的，不断衰老，也不断生长，时时刻刻，没有停歇。(5)技术日趋复杂。现在的管道，无论从管材、还是施工工艺都发生了***性的变化，各种塑料管、非开挖技术、高压力管道系统、超高压输电电缆等都得到广泛的应用。管线系统变得越来越复杂，系统中各个单位所起的作用也更加专业，例如某城市环路8km长高压燃气管，不向沿途两侧单位送气，只起到平衡市区气压和转输的作用。
二、三维地下空间信息系统的应用领域
随着我国地铁、地下管线、岩土工程、地质灾害防治等工程建没的不断加快，大量的空间信息数据需要管理，因此迫切需要建立地下空间可视化系统。
该系统的第一个亮点是开发了针对地下管线生命周期的查询和自动提醒功能，查询每一类型的管线时会提醒管线已使用的年限，还需要多少时间需要维护和更换，对已经到达服役期限的管线增加提醒功能，提示维护或更换。
第二个亮点是系统开发了“废弃管线管理”。能预知废弃管线的种类和位置等，可以给管线规划和施工提供重要的数据支撑，避免某些危险的废弃管线误挖产生危险。
第三个亮点是管线应急事件处理。一旦发生供水管线爆管、燃气管线泄露等事故时，系统可根据事故位置快速定位事故管线，以及快速找出最近的能控制的阀门，关闭阀门。
三、系统功能
1、管线数据的建立提供各类管线设计方法，快速绘制各类管线、井类以及道路。另外可以将外业管线探测成果数据转换成***。探测成果按普查规程规定提交，计算机监理将外业普查管线数据转换为系统要求的中间格式数据，并进行数据逻辑错误检查，转成dwg格式文件，构成管线空间***形数据，再进行管线空间数据定义转换。
2、管线***形及其属性保存管线***形可以单独分层分幅保存，也可以集成保存在一幅***中。管线属性记录存储在***形的扩展对象数据中。
3、数据更新***形更新：系统提供各类管线绘制功能，新增加的管线可以方便地存入系统。 属性更新：定义管线类形并附加属性，属性数据存入***形的扩展对象数据中。
4、查询***形查询：建立管线***形库,可以方便地查询管线***形。属性查询：根据***形可以查询各类管线属性。叠加查询：叠加查询地形***、规划***、红线***等，以便于对照分析现状管线与规划管线之间的关系及其空间位置关系。查询管线断面信息：自动提取并绘制管线断面。
5、统计自动统计各类管线属性信息，生成相应统计报表。
四、三维地下空间信息系统未来发展趋势
（1）地上地下对象一体化表达
目前大多数三维可视化空间信息软件使用切换空间的方法分别表达地上与地下空间，难以实现地上地下对象一体化表达，无法在地上与地下间自由移动，实现两个空间一体化浏览与控制。在三维可视空间信息系统中，地下镜头模式需要更多的自由度，并且地下镜头对具体的鼠标操作难度加大，镜头处于地表以上时当我们拖动窗口时可以以地表作为参照，即可以对地表进行碰撞检测，但当镜头在地表以下时我们往往不能以地表作为碰撞检测的依据。因此如何克服了以上困难，实现了地上地下镜头的一体化表达，实现地上地下镜头之间进行无缝的切换，将是未来“三维数字地下”，三维可视化学、地下空间信息技术研究的热点。
（2）地下管线动态数据展示与管理
目前，三维管线可视化信息系统的研究重点集中在三维数据结构的设计、优化与实现，三维可视化技术的运用、及系统功能设计等方面。管线可视化信息系统所包含的对象往往也具有时间属性。例如输变电管线和给水管线，用电和用水高峰会随着时间的推移而变化。研究这些管线的时间属性变化规律，可以改善供水、供电的运行机制、提高系统预警能力，为社会带来巨大的经济效益。但目前大多数管线信息系统都不能很好的支持管线对象和事件在时间维的处理。因此，如何设计并运用三维管线信息系统来描述、处理管线对象的时间属性是一个重要研究领域。
城市地下管线可视化已在多个城市展开并取得效果，建立了管线的三维立体***像，通过此***像，可以清晰地看到各管线的铺设方位、走向、用途、建设单位等相关数据，相较于平面化的管线***，查询起来更为直接和直观。
参考文献：