三維GIS在智慧城市有效運(yùn)用

■黃蓋

（新疆巴州國土資源勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)院 新疆 庫爾勒841000）

三維GIS在智慧城市有效運(yùn)用

■黃蓋

（新疆巴州國土資源勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)院 新疆 庫爾勒841000）

智慧城市是城市化發(fā)展中出現(xiàn)的一種全新理論，在世界眾多國家地區(qū)得到了實(shí)踐應(yīng)用，有效解決了城市發(fā)展中遇到的重要難題，隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，智慧城市的建設(shè)將會(huì)從理論層面向著實(shí)踐層面得到有效驗(yàn)證，成為城市發(fā)展中勢不可擋的潮流趨勢。三維GIS廣泛應(yīng)用于地理信息的獲取分析方面，同樣適用于智慧城市的構(gòu)建，為其構(gòu)建的輻射范圍創(chuàng)造了更加廣泛的空間。

三維GIS智慧城市有效運(yùn)用

0 前言

伴隨人口數(shù)量的逐漸增長，社會(huì)矛盾的日益激化，在城鎮(zhèn)化發(fā)展建設(shè)中各種矛盾逐漸浮出水面，國內(nèi)一些城市中由于城市規(guī)劃不合理導(dǎo)致的事故，給予政府部門城市規(guī)劃人員在開展規(guī)劃工作時(shí)血的教訓(xùn)，如何進(jìn)行合理科學(xué)的規(guī)劃，進(jìn)行有效規(guī)范化的組織管理成為城市化進(jìn)程中關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。三維GIS在智慧城市的規(guī)劃構(gòu)建中體現(xiàn)出了不可比擬的數(shù)字智能化特征，實(shí)現(xiàn)了對各種物質(zhì)流與信息流的合理配置，有效解決城市發(fā)展出現(xiàn)的棘手問題，切實(shí)保障了城市安全，越加成為具有實(shí)用性信任度高、功能強(qiáng)大的技術(shù)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(huì)與科學(xué)技術(shù)發(fā)展程度的體現(xiàn)，是一座城市發(fā)展到一定程度的高級(jí)形態(tài)，知識(shí)技術(shù)在這種形態(tài)下顯得越加重要，這種情況下先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)當(dāng)中，充分與信息技術(shù)相結(jié)合，極大地提高了社會(huì)生產(chǎn)效率，帶來了巨大效益。信息技術(shù)在智能城市中的應(yīng)用十分廣泛，充當(dāng)了促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的重要推手，這要求城市規(guī)劃人員對城市發(fā)展模式做出構(gòu)思設(shè)想，確保各個(gè)產(chǎn)業(yè)在城市系統(tǒng)中能夠健康良好發(fā)展。智慧城市重點(diǎn)體現(xiàn)在“智慧”方面，涵蓋的內(nèi)容主要是智慧形式的產(chǎn)業(yè)、生活與應(yīng)用項(xiàng)目，首先智慧應(yīng)用項(xiàng)目在城市發(fā)展中顯得較為重要，主要是與民生有關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，在我國眾多城市中符合構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)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(gè)龐大的數(shù)字，由于目前相關(guān)城市規(guī)劃人員的短缺，相關(guān)工作人員的能力素質(zhì)參差不齊，智慧城市的構(gòu)建面臨很多阻礙。因此在構(gòu)建當(dāng)中首先要對所在城市有全面的認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到當(dāng)前城市發(fā)展現(xiàn)狀，然后提出未來發(fā)展構(gòu)想，政府等相關(guān)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(guī)劃，從而推動(dòng)城市化進(jìn)程，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出促進(jìn)作用。長期堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展觀，注重對資源的有效利用，注重對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與資源節(jié)約，促進(jìn)智慧城市建設(shè)的深化改革。

1.2 GIS

GIS與GPS都是地理定位系統(tǒng)的重要理論，多用于地質(zhì)勘探、航天航空等領(lǐng)域。GIS是中文地理信息系統(tǒng)的含義，在實(shí)際應(yīng)用中不是一種孤立的系統(tǒng)，是與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合的整體，由計(jì)算機(jī)軟件或硬件搜集、保存地理數(shù)據(jù)信息，規(guī)劃人員能夠從獲取的大量數(shù)據(jù)信息，從中進(jìn)行篩選，了解到所在地區(qū)的地質(zhì)條件。GIS不僅只是涉及到地理學(xué)方面的知識(shí)理論，還涉及到與之相關(guān)的計(jì)算機(jī)、遙感技術(shù)。在具體應(yīng)用中需要建模與建立數(shù)據(jù)庫，主要處理數(shù)據(jù)信息。此技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，在構(gòu)建智慧城市當(dāng)中，規(guī)劃人員應(yīng)對其合理利用，以發(fā)揮出其技術(shù)對于城市規(guī)劃、測繪的作用[1]。

三維GIS是三維地理信息系統(tǒng)的簡稱，其整體構(gòu)架主要分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層與應(yīng)用層。在數(shù)據(jù)層中含有系統(tǒng)中的全部地理信息，數(shù)據(jù)信息在場景系統(tǒng)中的數(shù)量繁多，會(huì)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(jìn)行優(yōu)化，創(chuàng)造具有層次感的三維場景，對基礎(chǔ)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)有效調(diào)節(jié)。業(yè)務(wù)邏輯層主要承擔(dān)的任務(wù)有數(shù)據(jù)的調(diào)用、集納分析，三維場景的定位查詢與瀏覽等系統(tǒng)中具有的業(yè)務(wù)功能。應(yīng)用層是聯(lián)系系統(tǒng)與用戶之間的重要紐帶，可對系統(tǒng)中的功能直接調(diào)用，對三維場景直接瀏覽，以直觀的角度瀏覽規(guī)劃建設(shè)模型，針對規(guī)劃中發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤內(nèi)容更改調(diào)整、完善創(chuàng)新。

2 三維GIS的關(guān)鍵技術(shù)分析

三維GIS是三維地理信息系統(tǒng)的簡稱，其研究對象也是從二維逐漸轉(zhuǎn)向三維，研究對象之間的空間形態(tài)結(jié)構(gòu)之間關(guān)系越加復(fù)雜，對數(shù)據(jù)模型的建立與技術(shù)方法的應(yīng)用發(fā)生了很大的改觀。這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一體化三維實(shí)體空間的完美呈現(xiàn)，具有精確度高、高效集成化的優(yōu)點(diǎn)，隨著其技術(shù)的逐漸完善成熟，實(shí)時(shí)可視化得到了重點(diǎn)關(guān)注，并取得了系統(tǒng)性的突破。

2.1 真三維GIS數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)模型。傳統(tǒng)三維空間數(shù)據(jù)模型具有局限性，只是針對于某些特定領(lǐng)域適用，而且數(shù)據(jù)種類又比較單一，在很多特性表達(dá)方面不具有一致性，對多源異構(gòu)形式的數(shù)據(jù)表示受到限制，通常還需通過在線方式實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的相互轉(zhuǎn)換，這些原因致使三維GIS系統(tǒng)的有效利用受到限制，很難保證精確表達(dá)空間信息，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新與維護(hù)更是難上加難。由此可見傳統(tǒng)形式的三維GIS有著諸多弊端，很難對空間信息數(shù)據(jù)做好精細(xì)化管理?；谶@些不足之處，真三維GIS模型很好地彌補(bǔ)了這些漏洞，很好地詮釋了空間對象幾何等相關(guān)理論之間的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等在內(nèi)的幾何紋理多細(xì)節(jié)多層次的精確性表達(dá)，充分體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)信息的關(guān)聯(lián)性。這種模型對國際上通用的專用模型做出了適當(dāng)擴(kuò)展，針對地理環(huán)境進(jìn)行劃分，對三維空間數(shù)據(jù)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(guān)注度與加大建設(shè)力度，提出了相關(guān)建模技術(shù)規(guī)范，使在智慧城市構(gòu)建中的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)管理方面更具規(guī)范性，在三維建模方面更加規(guī)范。國家在此方面也對模型數(shù)據(jù)的采集制作等方面確立了具體內(nèi)容，隨著關(guān)于測量方面技術(shù)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(dòng)重建，技術(shù)方案選擇越加豐富多樣，對其技術(shù)能夠從真正意義上的普及應(yīng)用推廣提供了有利保障。每個(gè)城市有著各自獨(dú)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(shí)踐起來依舊復(fù)雜，針對于不同環(huán)境，決定了三維建模使用方法的不同，為此需要依照現(xiàn)有的地圖信息條件，從多角度出發(fā)獲取到高分辨率的影像資料，運(yùn)用人工交互式建模方法，這是日后很長一段時(shí)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(shù)方法的不斷完善，三維GIS技術(shù)與其它三維建模方法的有機(jī)結(jié)合，使其成為在智慧城市構(gòu)建中建筑等模型的建立方面當(dāng)前一種新型前沿技術(shù)。

2.3 三維GIS數(shù)據(jù)的組織管理模式

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

對于高效地組織管理三維GIS數(shù)據(jù)主要存在的技術(shù)問題有兩個(gè)方面，一是模型數(shù)據(jù)數(shù)量龐大，三維空間對象紛繁復(fù)雜，空間分布不均勻，結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)化的二維紋理數(shù)據(jù)、三維幾何數(shù)據(jù)之間在數(shù)據(jù)密度方面存在矛盾；二是實(shí)時(shí)可視化的應(yīng)用具有復(fù)雜性，引起計(jì)算密集問題，傳統(tǒng)可視化系統(tǒng)的裝載一次性即可完成，但是處理數(shù)據(jù)數(shù)量受到限制，需要綁定常用的軟件與處理數(shù)據(jù)。基于三維GIS數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高效的組織管理模式存在的技術(shù)問題挑戰(zhàn)，國際一直致力于解決存在的技術(shù)瓶頸的相關(guān)研究，統(tǒng)一歸納基本模型與結(jié)構(gòu)，避免模型在轉(zhuǎn)換中浪費(fèi)時(shí)間與空間，在系統(tǒng)研制上更加完善[3]。

2.4 實(shí)時(shí)三維GIS的應(yīng)用

智慧城市的每個(gè)角落都會(huì)存在信息的影子，信息在智慧城市中將會(huì)得到傳播與廣泛的應(yīng)用，信息將會(huì)出現(xiàn)在智慧城市的方方面面，發(fā)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(jì)算的可行性。承載信息量大，能夠承載大量的物聯(lián)網(wǎng)與通過遙感技術(shù)獲取的信息。實(shí)時(shí)三維GIS在智慧城市中相當(dāng)于神經(jīng)中樞，對城市安全做出了重要的保障作用。隨著其技術(shù)的逐漸完善，正在向著更高層次的VGE方向發(fā)展，形成一條多功能的信息鏈路，將虛擬的數(shù)字世界與現(xiàn)實(shí)世界相結(jié)合。

2.5 高性能的三維可視化

三維GIS的基本功能體現(xiàn)在三維可視化，可視化具有真實(shí)感，這是與傳統(tǒng)二維形式的不同之處，紋理調(diào)節(jié)與幾何特征對真實(shí)感的體現(xiàn)具有決定性作用，真實(shí)感的呈現(xiàn)需要人機(jī)交互的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，圖像質(zhì)量保證穩(wěn)定，場景效果保證形象逼真。但是由于立體空間場景較為復(fù)雜，很難做到人機(jī)交互的實(shí)時(shí)性與場景呈現(xiàn)的逼真性，要想提高逼真精細(xì)效果，需要進(jìn)行大量的實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)繪制圖形工作，這是可視化實(shí)現(xiàn)真實(shí)感的重點(diǎn)難題。

傳統(tǒng)三維GIS可視化在智慧城市中的實(shí)際應(yīng)用受到很多方面的限制，在數(shù)據(jù)獲取分析上需要提前經(jīng)過大量的時(shí)間做全局優(yōu)化處理，對大范圍場景的呈現(xiàn)受到限制，視覺效果不是很清晰，容易產(chǎn)生跳變現(xiàn)象，提高這種形式可視化真實(shí)感的主要方法有加速圖形硬件、對場景細(xì)節(jié)層次進(jìn)行場景、并行繪制。高性能三維GIS可視化將計(jì)算機(jī)圖形充分利用，空間數(shù)據(jù)組織管理更加高效，動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制越加完善，局部動(dòng)態(tài)裝載得到了優(yōu)化，能夠?qū)?shí)時(shí)繪制復(fù)雜的三維場景，滿足了對于不同場景的可視化呈現(xiàn)與分析[4]。

值得一提的是可視化與空間分析的關(guān)系越來越密切，日趨一體化。傳統(tǒng)三維可視化適用于小范圍的場景數(shù)據(jù)分析，很難維持空間決策的持續(xù)進(jìn)行。隨著三維GIS技術(shù)的逐漸發(fā)展完善，在實(shí)際應(yīng)用中的問題將會(huì)得到解決，應(yīng)用范圍不僅僅只是局限于陸地，未來將會(huì)延伸到海洋、領(lǐng)空方面。

3 結(jié)論

通過以上的論述可知，本文從兩個(gè)方面對三維GIS及在智慧城市有效運(yùn)用展開了論述。從二維GIS到三維GIS是地理信息系統(tǒng)發(fā)展取得的重大進(jìn)步，以其全面準(zhǔn)確的特點(diǎn)更好地為大眾提供服務(wù)。智慧城市是城市發(fā)展到一定程度的高級(jí)狀態(tài)，是推進(jìn)城市化進(jìn)程的重要舉措，三維GIS技術(shù)在智慧城市中的廣泛應(yīng)用，為其構(gòu)建注入新鮮的動(dòng)力，盡管其技術(shù)具有很多優(yōu)勢，但是在具體應(yīng)用中并不是一帆風(fēng)順，當(dāng)前依然需要面對巨大挑戰(zhàn)，為此還需要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)行更高層次的高效組織管理模式，加入新型實(shí)用的方法技術(shù)。

[1]梁軍,黃騫.從數(shù)字城市到智慧城市的技術(shù)發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn) [J].地理信息世界，2013,01: 81-86+102.

[2]高昭良.智慧城市——數(shù)字城市全新升級(jí)版 [J].福建建設(shè)科技,2013,03:90-93.

[3]曹茂春,齊雄,金毅.智慧城市的探討與實(shí)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(shí)況地理學(xué)——關(guān)于GIS發(fā)展的思考 [J].地球信息科學(xué)學(xué)報(bào)，2013,06:783-792.

P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-302-1