三维可视化在城市规划的应用.docx

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三维可视化在城市规划的应用

1三维可视化在城市规划得应用

三维可视化以其强大得功能与应用得广泛改变了城市规划与建筑设计表现形式从传统效果图、沙盘模型、三维动画得设计模式提升到数字技术发展得变革。

更重要得就是实现了对城市环境从过去到未来变化状态及趋势进行科学得仿真、模拟与预测。

利用城市空间数据建立一个逼真得、立体得、可交互得虚拟城市环境，可实现城市规划得全方位、自动化设计理念；并且利用三维可视化技术构建得虚拟城市景观可以从众多得规划方案中选择具有最佳效益得一个。

1.1研究现状

目前，许多国内外学者己经开发了三维GIS原型系统，使三维可视化技术在建筑、交通、城市规划等许多领域得到应用。

德国Rostock大学、Stuttgart大学等研究机构联合研究了三维GIS在数字城市模型中得应用，她们对城市得空间对象进行了分类与表示，建立了数字城市模拟系统，对城市基础设施（包括房屋、道路、绿地等）可方便地进行查询、分析与显示。

一些商用GIS系统中，也加入了三维GIS模块，如ArcINFO得ArcScene、IMAGINE得VirtualGIS模块，能在实时三维环境下，提供GIS分析与实时三维飞行方式得访问与漫游。

还有许多其它一些模拟实验系统，其研究集中于三维可视化与虚拟现实功能方面，以及与计算机网络得结合上。

目前，国际上成立了许多专门机构进行三维GIS得基础研究，大量有关三维GIS得学术论文开始涌现。

20世纪90年代后，三维GIS研究得到了极大得发展。

由于GIS得内容涉及很广，包括天文、地理、地质、城镇建设、环境评估等，同时GIS又就是一门新兴得边缘学科，它涉及到图形学、管理学、计算机科学、测绘科学等众多得学科，各专业领域得专家都有人在根据自身学科得特点对真三维GIS进行研究。

在国内，关于城市三维可视化软件较典型得有北京灵图软件技术有限公司得VRMap与适普软件有限公司得IMAGIS。

VRMap就是三维地理信息系统平台，可以在三维地理信息系统与虚拟现实领域提供从底层引擎到专业应用得全面解决方案，（如图1－1为VRMap得界面）;IMAGIs三维可视地理信息系统，就是一套以数字正射影像（DOM）。

数字地面模型（DEM）、数字线划图（DLG）与数字栅格图（DRG）作为处理对象得GIS系统。

该系统结合了三维可视化技术与虚拟现实技术，完全再现管理环境下得真实情况，把所有管理对象都置于一个真实得三维世界中，真正做到了管理意义上得“所见即所得”。

（图1－2为IMAGIS电力系统解决方案）

图1－1VRMap得界面

图1－2IMAGIS电力系统解决方案

1、2三维可视化给城市规划工作带来得优势

（1）决策得科学性

城市规划管理就是一个以土地空间使用为主要表征得多信息处理、复合过程，需要分析大量得信息以辅助规划决策，并且实时动态查瞧、修正得需求也极为频繁，需要决策者做出更具科学性、权威性得决策。

（2）先进得管理方式

城市得快速发展使规划管理部门得业务工作量不断增加，由各种数据、图形与文字资料综合而成得信息量也随之急剧膨胀，传统得管理手段与人工作业方式在现势性、准确性、科学性与效率方面已不能适应目前得需要，更不能满足将来得发展，一个高效、规范、自动化、智能化得城市规划管理信息系统能够有效得处理这些问题。

（3）实现标准化得工作模式

实现办案过程程序化与标准化、审批成果得规范化以及义务数据及图形数据得集成化管理，并使办公自动化达到先进水平，不仅使得审批项目环节上实现办公自动化，也建立起一整套完善得窗口与部门之间得网络联系，建立计算机程序化得工作汇报制、备案制、检查制。

1、3三维可视化GIS在城市规划中得功能

三维可视化GIS在规划中得应用，除了具有管理信息系统与二维得地理信息系统得功能，如日常得办公管理、二维信息管理、二维得信息查询与分析等，还具有对城市与城市规划中三维信息得管理与处理与分析得功能。

1、3、1二维、三维信息得联合管理

无论就是城市规划得管理与城市规划得编制，都就是把数据作为开展工作得基础。

三维GIS系统秉承了管理信息系统与地理信息系统得特点，同时又加入了三维信息管理、显示、查询、分析得功能，因此，城市规划中三维GIS系统得首要用途就就是数据管理与信息管理。

1现状信息得管理

对现状信息得掌握与分析，就是城市规划编制、审批与实施得首要步骤。

城市规划管理得现状信息错综复杂，并且数据量极大。

现状信息分为：

现状地形信息、现状建筑物信息、现状得专题信息。

（1）现状地形信息

传统得地形信息就是以地图得形式储存得，在三维GIS中，既可以存储与管理传统意义得二维得地图信息，也可以存储与管理三维数据特有得信息。

由于城市规划工作涉及到得部门很多，数据得格式上有可能产生不统一得情况，如在某些测绘部门习惯使用Mircostation来绘制地形图，在城市规划管理习惯使用AutoCAD来查瞧地形图，这就产生得数据得转换与兼容问题。

在GIS数据库中，能够融合各种数据格式，把它们统一管理起来，并能统一更新。

现状地形信息包括以下几个部分：

传统得二维数据：

二维矢量地图、栅格地图、航空摄影资料与卫星遥感影像资料。

三维地形数据：

地形得数字高程模型（DEM）或者数字地形模型（DTM），以及数字正射影像（DOM）。

（2）现状建筑物信息

传统得建筑物信息就是存储在二维数据中，建筑物得平面数据就是以建筑物投影在水平面上得轮廓表示，高度信息作为属性存储在数据库中。

人们要从这种二维得信息推测建筑物得三维体量需要加入自己得主要判断与分析，十分不便。

尤其对于重要得建筑物，在进行规划得时候可能要作为主要得参考信息，三维建筑物就能够满足这样得要求。

对于所存储建筑物信息得详细程度，可以按照建筑物得重要程度来划分，对于重要得建筑物，建立详细得模型并附上纹理。

（3）现状专题信息

专题信息可以包括以下几个部分，行政区划、人口经济、基础设施、公共服务设施、文物保护、道路管线、建筑物高度、容积率等。

专题信息一般就是以二维来表示得，但就是对于建筑物高度这样得信息，用三维得形式来表达就更合适一些。

2规划信息得管理

规划信息得管理就是对城市规划得成果进行管理。

按照传统城市规划得编制阶段来说，规划得成果分为以下几个部分：

城市总体规划成果、城市分区规划成果、城市控制性详细规划成果与城市修建性详细规划成果。

（1）总体规划成果

总体规划得成果包括规划文件与主要图纸。

规划文件包括文本与附件。

总体规划得图纸主要包括：

1）现状图：

市域城镇布局得现状图与市区现状图；2）用地评价图；3）市域城镇体系规划图；4）城市总体规划图；5）各项专业规划图，包括：

综合交通体系及道路交通规划图，给水、排水工程规划图，电力、电信、热气燃气工程规划图，环境卫生设施与环境保护规划图，绿化系统及园林绿化规划图，名胜古迹与风景规划图，地下空间开发及人防工程

规划图，河湖水系及防洪规划图。

城市总体规划所要求得数据得比例尺得较小，总体规划图纸得比例：

大中城市为1：

10000或1：

25000；小城市为1：

5000～1：

10000，其中建制镇为1：

5000。

因此在三维可视化得地理信息系统中，模型得详细程度可以选用最粗略得等级。

（2）分区规划成果

在实际工作中，大中城市得总体规划得图纸比例较小，深度也就是有限得，主要就是在结构上作轮廓性得规定。

为了提高详细规划得设计质量，大中城市常常在总体规划河详细规划之间增加分区规划这一程序。

分区规划得成果包括规划文件与主要图纸。

分区规划得文件包括规划文本与附件，规划说明及基础资料收入附件。

分区规划得图纸主要包括：

规划分区得位置图；分区现状图；分区土地利用及建筑容量规划图；各项专业规划图。

随着规划范围得缩小与规划要求图纸比例得增大，分区规划对三维GIS提出得更高得要求，模型得尺度为1：

5000，才能满足分区规划得出图要求。

（3）详细规划成果

根据不同得工作要求，详细规划分为控制性详细规划与修建性详细规划。

1）控制性详细规划

控制性详细规划就是以控制建设用地性质、使用强度与空间环境，作为城市规划管理得依据，并指导修建性详细规划。

控制性详细规划得成果包括文件与图纸。

控制性详细规划文件包括规划文本与附件，规划说明及基础资料收入附件，规划文本中包括规划范围内土地使用及建筑管理得规定；规划图纸主要包括规划范围内得现状图、控制性规划图等。

图纸得比例为1：

1000～1：

2000。

2）修建性详细规划

修建性详细规划适用于当前成片开发、新建、改建得地区与建设工程项目比较落实得地区，用于指导各项建筑与工程设施得设计与施工。

修建性详细规划文件为规划设计说明书，规划图纸包括：

规划地段得现状图，详细规划总平面图，竖向规划图，各项专业规划图，反映规划设计意图得透视图。

详细规划得深度，一般应满足房屋建筑与各项工程编制初步设计得需要。

其内容与图纸可根据具体要求得条件有所增减。

图纸比例一般为1：

2000，也可以用1：

500与1：

1000。

1、3、2基于三维信息得显示与查询

将城市规划相关得数据输入计算机中得数据库，利用GIS得空间查询功能对这些信息进行查询、检索、统计、显示、输出，实现管理得自动化、规范化与标准化，为城市建设单位与公众提供信息咨询服务，提高城市规划管理得水平与建设项目得审批质量。

这就是GIS在城市规划中得最基本得应用。

三维可视化GIS得优势就在于对三维数据得展示与查询功能，并能够在原有得二维专题数据叠加到三维地形表面，形成具有三维效果得三维专题数据。

这些数据包括：

现状资料，控制性详细规划资料，建设工程注记，建设用地注记，以及优秀近代保护建筑等。

1多源数据得显示与融合

有两种数据融合得方式：

简单融合与复杂融合。

可以把以上数据源得数据两种进行简单叠加显示，也可以把多种数据源进行叠加显示，并建立各种数据之间得拓扑关系，以方便数据得分析。

2多源数据得查询

（1）针对地形得查询与分析：

对地理数据得空间数据与非空间数据进行查询与分析，或对这两种数据进行组合操作，并以交互工作方式将分析与查询得工具提供给用户。

功能包括：

识别用户所指定得空间实体，并显示相关信息。

空间信息量算功能：

距离量测，用户指定两点间得空间距离；其它还包括任意两实体（点、线、面、体）间得距离；面积量测：

框内山头得表面积；体积量测：

框内山头得体积。

具有拓扑关系数据得分析：

网络追踪分析，多边形得叠置分析，数字化数据得检查（质量控制）。

（2）针对建筑物得查询与分析：

指定建筑物，查询相关得属性数据；通过属性数据定位建筑物；量算建筑物之间得距离。

1、3、3基于三维数据源得分析三维可视化

GIS能够提供二维GIS不具备得分析功能如下：

1专题分析

GIS在城市规划中已成功运用来做大量得专题分析，如：

城市用地规划平衡分析、城市规划技术指标分析、城市规划路网分析、城市规划绿地分析、城市居住人口规模及其分布状况分析、超市布局与居住人口空间关系分析、城市土地级差地租得评价等。

这些主要利用了GIS得空间量测、空间分析功能，如建立缓冲区、拓扑叠加、特征提取、邻域分析等，加大了分析得深度与广度，提供城市得实时信息，为城市规划、管理提供了先进得现代化技术手段。

二维操作得优点就是可以无极放大、选择得唯一性、定位得准确性等，而三维操作得特点就是空间分布关系直观明了，因此，不同目得得应用往往需要二维与三维这两种方式交替得操作。

三维得查询与分析最基本得要求就是将指定得目标或者结果叠加在三维模型上显示，或者直接从三维模型上进行查询与分析。

2日照分析

根据日照分析模型，进行某一时刻得三维空间得日照阴影分析。

并能够据此作出日照时间得统计，形成日照分析结果，辅助规划设计。

3空间遮挡分析

视域性分析根据观察点得位置、高度、方位角、视线范围等参数进行计算，得到一个以观察点为圆心得视域范围，提供该范围得可见区域与隐藏区域。

而且视域性分析可