智能城市三維GIS在現(xiàn)代化發(fā)展前景

余輝君 劉仁來(lái) 陳青海 張 偉

杭州經(jīng)緯信息技術(shù)股份有限公司，浙江杭州 311121

智慧城市是引領(lǐng)城市發(fā)展轉(zhuǎn)型、提高城市治理能力、實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的新路徑、新模式、新業(yè)態(tài)，也是提升城市現(xiàn)代化管理能力、推動(dòng)城市綠色發(fā)展科學(xué)發(fā)展的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。近年來(lái)，測(cè)繪地理信息工作取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，建成全國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)，獲取了海量的地理信息資源，圓滿(mǎn)完成第一次全國(guó)地理國(guó)情普查，開(kāi)展了常態(tài)化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)，測(cè)繪地理信息正朝著獲取立體化實(shí)時(shí)化、處理自動(dòng)化智能化、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化社會(huì)化的方向邁進(jìn)，為智慧城市建設(shè)提供了強(qiáng)有力的支撐[1]。在新型城鎮(zhèn)化、信息化建設(shè)的推動(dòng)下，智慧城市必將迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇，因此應(yīng)當(dāng)加快推動(dòng)智慧城市建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“惠民、強(qiáng)企、興業(yè)、優(yōu)政”的目標(biāo)。為響應(yīng)我國(guó)智慧城市建設(shè)號(hào)召，政府應(yīng)根據(jù)本地區(qū)地理資源優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平，統(tǒng)籌規(guī)劃，做好頂層設(shè)計(jì)，科學(xué)規(guī)劃建設(shè)藍(lán)圖，城市規(guī)劃設(shè)計(jì)與管理應(yīng)統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)、推動(dòng)信息共享融合，基于統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)開(kāi)展智慧城市建設(shè)，能夠有效保證各類(lèi)信息的共享融合，保證決策的正確、管理的精準(zhǔn)與服務(wù)的到位，為智慧城市建設(shè)和運(yùn)行提供可靠的基礎(chǔ)支撐和時(shí)空信息服務(wù)[2]。此外，智慧城市的建設(shè)需要挖掘時(shí)空大數(shù)據(jù)價(jià)值，時(shí)空大數(shù)據(jù)既是大數(shù)據(jù)的重要組成部分，也是其他各類(lèi)大數(shù)據(jù)集成、共享、交換的基礎(chǔ)。智慧城市建設(shè)應(yīng)當(dāng)把時(shí)空大數(shù)據(jù)作為重要內(nèi)容，著力打造，深入挖掘時(shí)空大數(shù)據(jù)的價(jià)值，使之成為智慧城市建設(shè)和發(fā)展重要的保障[3]。三維GIS通過(guò)對(duì)城市的交通、經(jīng)濟(jì)、人口、地形地貌、管線(xiàn)等要素進(jìn)行高精度立體數(shù)據(jù)采集與可視化建模，為智慧城市的信息化建設(shè)與智能化、自動(dòng)化分析提供立體空間統(tǒng)一度量與可視化環(huán)境，滿(mǎn)足智慧城市建設(shè)與空間信息交互的需求，是智慧城市建設(shè)與智慧信息深挖掘的重要數(shù)據(jù)來(lái)源與場(chǎng)景平臺(tái)。

1 三維GIS的關(guān)鍵技術(shù)概述

三維GIS與傳統(tǒng)二維GIS的應(yīng)用流程相似，均包含從數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、組織、管理、分析、可視化、行業(yè)應(yīng)用等步驟，三維GIS的關(guān)鍵技術(shù)同樣涉及上述流程，包括三維空間數(shù)據(jù)采集技術(shù)、三維仿真建模技術(shù)、三維GIS數(shù)據(jù)組織管理模式、三維可視化技術(shù)以及三維空間分析技術(shù)等[4]。三維空間數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要由二維數(shù)據(jù)采集技術(shù)進(jìn)行拓展與衍生，在傳統(tǒng)經(jīng)緯度采集的基礎(chǔ)上增加高程這一字段，現(xiàn)階段常規(guī)的三維空間數(shù)據(jù)采集技術(shù)包括地圖掃描數(shù)字化技術(shù)、攝影測(cè)量技術(shù)、遙感技術(shù)、多傳感器集成技術(shù)等。三維仿真建模技術(shù)是對(duì)二維模型的升級(jí)，利用三維幾何對(duì)象對(duì)實(shí)際地物加以結(jié)構(gòu)化表達(dá)，現(xiàn)階段的三維仿真技術(shù)大多仍集中在2.5維與偽三維尺度，主要包括基于矢量的數(shù)據(jù)模型、基于鑲嵌的數(shù)據(jù)模型、混合數(shù)據(jù)模型以及函數(shù)型數(shù)據(jù)模型四大類(lèi)。三維可視化技術(shù)的發(fā)展對(duì)于三維場(chǎng)景的用戶(hù)體驗(yàn)效果具有重要作用，平滑流暢、逼真高效的三維可視化是三維GIS區(qū)別于二維GIS的重要用戶(hù)感受，是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)和圖像處理技術(shù)，將科學(xué)計(jì)算的結(jié)果以及過(guò)程轉(zhuǎn)換為圖像或圖形在屏幕上顯示并進(jìn)行交互處理的理論技術(shù)和方法。對(duì)于三維空間數(shù)據(jù)的可視化，發(fā)展方向已經(jīng)不僅僅局限于當(dāng)前的屏幕顯示，在此基礎(chǔ)之上交互式編輯、人機(jī)互動(dòng)將成為今后發(fā)展的重要方向，深層次目標(biāo)必將讓用戶(hù)借助于虛擬設(shè)備如數(shù)據(jù)手套、3D立體眼鏡等，沉浸于真實(shí)的三維場(chǎng)景之中，與模型、數(shù)據(jù)進(jìn)行靈活互動(dòng)，有如用戶(hù)置身其中一般[5]。

2 三維GIS在智慧城市中的應(yīng)用與前景展望

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的發(fā)展與微電子技術(shù)的成熟，依托于各類(lèi)三維空間數(shù)據(jù)采集設(shè)備的三維空間數(shù)據(jù)采集無(wú)論是在時(shí)效性還是在數(shù)據(jù)精度方面均取得了極大的突破。計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展與三維GIS國(guó)際研發(fā)力量的增強(qiáng)，三維GIS的發(fā)展取得了極大的學(xué)術(shù)性突破，三維GIS的立體空間數(shù)據(jù)采集與獲取技術(shù)、三維空間數(shù)據(jù)模型與三維建模技術(shù)、三維空間數(shù)據(jù)可視化技術(shù)較以往相比有了長(zhǎng)足的發(fā)展，其應(yīng)用場(chǎng)景也由最初的試驗(yàn)?zāi)M與局部測(cè)試轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟪叨瓤臻g的城市規(guī)劃建設(shè)中，更是成為推動(dòng)數(shù)字城市向智慧城市變革升級(jí)的重要力量。當(dāng)前，我國(guó)各大小城市均在力推智慧城市與智慧城鎮(zhèn)建設(shè)，武漢、杭州、北京、上海等信息化技術(shù)相對(duì)發(fā)達(dá)的城市在智慧城市建設(shè)方面均取得了良好的成果[6]。

智慧城市的建設(shè)成效與實(shí)用性與三維空間數(shù)據(jù)采集的時(shí)效性、空間分辨率（數(shù)據(jù)精細(xì)化程度）、三維建模的仿真效果、模型模擬分析性能等均具有不可分割的關(guān)聯(lián)性。攝影測(cè)量技術(shù)、高分遙感影像、InSAR技術(shù)、多傳感器集成技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為智慧城市帶來(lái)了海量、實(shí)時(shí)、異構(gòu)、多源的城市自然與人文數(shù)據(jù)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為例，物聯(lián)網(wǎng)是建立在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上的，其通過(guò)傳感器技術(shù)或其他非接觸式信息獲取技術(shù)采集目標(biāo)地物的實(shí)時(shí)信息，并在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下實(shí)現(xiàn)物與物之間的通信與信息傳輸，在萬(wàn)物關(guān)聯(lián)互通的基礎(chǔ)下，人們可以借助物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)萬(wàn)物的管理與控制，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)客觀世界的實(shí)時(shí)感知與數(shù)據(jù)采集可為智慧城市建設(shè)與管理的實(shí)時(shí)性提供龐大的數(shù)據(jù)支撐，智慧城市依賴(lài)于海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)城市信息的全息感知，在全息感知模式下，三維GIS的時(shí)間尺度將被進(jìn)一步放大。借助計(jì)算機(jī)集群與云計(jì)算環(huán)境的高性能計(jì)算平臺(tái)與云存儲(chǔ)空間實(shí)現(xiàn)城市實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的接入、加載、時(shí)空關(guān)聯(lián)與融合計(jì)算已然成為智慧城市三維GIS現(xiàn)代化發(fā)展的主流方向之一[7]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，人們每天平均大約有80%以上的時(shí)間在室內(nèi)度過(guò)，隨著生產(chǎn)和生活方式的更加現(xiàn)代化，更多的工作和文娛體育活動(dòng)都可在室內(nèi)進(jìn)行[8]，室內(nèi)三維建模逐漸成為智慧城市建設(shè)的重要內(nèi)容。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與智能終端的普及使用為智慧城市的室內(nèi)三維環(huán)境建設(shè)提供了更為翔實(shí)、精細(xì)的數(shù)據(jù)。依托室內(nèi)定位導(dǎo)航技術(shù)與三維GIS技術(shù)，跟隨移動(dòng)終端用戶(hù)的行走軌跡可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的立體三維建模；或者基于一張現(xiàn)場(chǎng)拍攝圖片即可還原拍攝地物的整個(gè)立體空間結(jié)構(gòu)，再在其上鋪設(shè)相應(yīng)的建筑紋理即可實(shí)現(xiàn)城市建筑的快速三維建模。以上種種基于志愿者信息的三維GIS技術(shù)隨著移動(dòng)時(shí)代的到來(lái)將逐漸在三維空間數(shù)據(jù)采集方面占據(jù)一定的地位，雖不能取代測(cè)繪技術(shù)的精密性與科學(xué)性，但是對(duì)智慧城市建設(shè)的傳播與普及具有一定促進(jìn)意義。

3 結(jié)語(yǔ)

智慧城市建設(shè)是近幾年城市發(fā)展的新理念和新模式，智慧城市的建設(shè)將更好地滿(mǎn)足人們的城市生活需要，解決城市發(fā)展難題，實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展，讓廣大市民享受高質(zhì)量的城市生活。三維GIS是智慧城市建設(shè)的重要支撐性技術(shù)，在未來(lái)的智慧城市應(yīng)用中，三維GIS將借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市立體信息的高性能、高效率、智能化、實(shí)時(shí)性分析與可視化，為智慧城市的運(yùn)營(yíng)管理提供輔助決策支持。

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