城市三維模型及其在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

曹京波

正元地理信息有限責(zé)任公司山東分公司，山東濟(jì)南 250101

技術(shù)發(fā)展使各方面工作發(fā)生了巨大變化，比如城市規(guī)劃工作利用三維模型，工作人員通過模型能夠直觀地了解到規(guī)劃后城市效果，同進(jìn)能夠隨時(shí)進(jìn)行修改，對規(guī)劃工作前后效果進(jìn)行比較與分析。通過三維模型應(yīng)用使規(guī)劃工作水平提升，后期實(shí)際建設(shè)過程中能夠有參照依據(jù)，避免了建設(shè)工作的盲目性，能夠?qū)ㄔO(shè)成本與資源進(jìn)行合理控制分配。

1 三維城市規(guī)劃

三維城市規(guī)劃有益于地理信息技術(shù)的發(fā)展，隨著技術(shù)應(yīng)用與完善，三維模型應(yīng)用在城市規(guī)劃工作中，更廣而效果更好。利用三維模型對城市進(jìn)行規(guī)劃，能夠?qū)Σ煌瑓^(qū)域與階段進(jìn)行展示，相比于傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)與規(guī)劃工作，三維規(guī)模應(yīng)用能夠更加直觀地展現(xiàn)規(guī)劃工作的效果，便于理解。同時(shí)也能夠方便及時(shí)的找出規(guī)劃工作中存在的問題，能夠靈活的對模型進(jìn)行修改。

城市規(guī)劃系統(tǒng)建立方面，可以將虛擬技術(shù)與地理信息技術(shù)二者有效地結(jié)合到一起，應(yīng)用三維空間分析方法，開發(fā)管理與規(guī)劃系統(tǒng)。在規(guī)劃者與決策者溝通方面，可以將地理技術(shù)與虛擬技術(shù)應(yīng)用于輔助審批、決策系統(tǒng)，為決策工作的進(jìn)行提供一定的支撐與參考。三維模型其實(shí)質(zhì)是真實(shí)的數(shù)據(jù)，因此溝通工作會(huì)更加的方便與直觀。

城市規(guī)劃與管理方面，為了解決規(guī)劃工作無法解決或者是解決難度比較大的問題，可以利用模型解決。比如對城市環(huán)境噪音進(jìn)行模擬及分析，模擬解決措施獲得的效果。模擬研究地面風(fēng)場環(huán)境，模擬城市突發(fā)性事件等。比如在地域?yàn)?zāi)害發(fā)生后，通過模擬災(zāi)后環(huán)境，能夠?yàn)楹笃谝?guī)劃重建工作提供幫助。

2 城市三維模型構(gòu)建

2.1 前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與處理

準(zhǔn)備相應(yīng)數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)是構(gòu)建城市三維模型的前提，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)和信息能有效地處理模型構(gòu)建過程中遇到的問題。另一方面，模型構(gòu)建，數(shù)據(jù)是模型構(gòu)建的基礎(chǔ)，需要的數(shù)據(jù)包括CAD數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)、建筑物體屬性、街景地圖和文理照片等。其中最突出的是CAD數(shù)據(jù)和遙感影像，這一類數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)的不同點(diǎn)就在于其在使用前必須要向相關(guān)部門獲得一定比例尺DLG數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作的順利開展作保障。除此之外，還可以通過網(wǎng)絡(luò)在線的方式獲得街景地圖。由于屬性類數(shù)據(jù)和建筑物體文理類數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)性較強(qiáng)，所以在采集數(shù)據(jù)時(shí)一般都是工作人員實(shí)地采集。眾所周知，城市在建設(shè)和發(fā)展過程中是絕對變化的，因此相關(guān)工作人員在施工過程中要考慮數(shù)據(jù)的重合問題，將其重合率降到最低。

2.2 數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)

在數(shù)據(jù)處理這一環(huán)節(jié)中，城市的空間建構(gòu)是第一時(shí)間需要獲取的步驟，其次，相關(guān)工作人員要通過建立三維模型來獲取城市空間架構(gòu)。在此環(huán)節(jié)中，建筑物體的基底數(shù)據(jù)可以結(jié)合到CAD數(shù)據(jù)，通過對LiDAR數(shù)據(jù)進(jìn)行測量而獲得。從街景數(shù)據(jù)中獲得建筑物體的細(xì)節(jié)特征。面部特征大于0.2是用這一特征表示的前提，也就是說，如果面部數(shù)據(jù)小于或是等于0.2，就不能用面部特征進(jìn)行表示，因此只能用實(shí)地采集資料來研究側(cè)面文理。城市部件或者是某些小的外部特征可以通過實(shí)地?cái)?shù)據(jù)采集與街景獲取，從CAD數(shù)據(jù)中獲得位置信息。不同數(shù)據(jù)處理的流程會(huì)存在差異，數(shù)據(jù)在處理的過程中會(huì)使用比例尺，城市三維模型在建立過程中應(yīng)用的比例尺通常比較大，而在實(shí)際工作中則需要結(jié)合到工作具體情況來考慮。

2.3 構(gòu)建模型

城市三維模型在構(gòu)建的過程中需要結(jié)合不同的需求，因此在內(nèi)容方面也會(huì)體現(xiàn)出一定的差異。模型構(gòu)建工作可以分為以下幾個(gè)步驟。首先是地形模型構(gòu)建，地形模型構(gòu)建主要依據(jù)的是地面測量數(shù)據(jù)或者是依據(jù)設(shè)計(jì)資料制作而成的模型，主要表達(dá)的是人工修工地面或者是自然物體的空間位置、外觀效果或者是幾何形態(tài)。地面模型建立方法可以分為三種，從CAD提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)從而構(gòu)建規(guī)則的網(wǎng)格，利用地形圖等高線，也就是說，地形模型是通過對地形圖高線的轉(zhuǎn)化而獲得的，再此基礎(chǔ)上，相關(guān)工作人員還要對云數(shù)據(jù)進(jìn)行分類研究，剔除植物或者建筑物體，最終通過這一系列步驟獲得地形模型。

另一方面，結(jié)合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)資料制作三維模型是建筑物體模型的主要獲得方式，其主要表達(dá)的是建筑物體的外觀效果、空間位置和幾何形態(tài)等。而建筑物體的基底構(gòu)建則與此完全不同，它首先要測量建筑物的實(shí)際尺寸，再根據(jù)比例尺的大小來確定整個(gè)模型。工作人員還可以利用另外一種方式來確定模型，如根據(jù)地形圖提供的數(shù)據(jù)、影像折射方式等，這兩種方法都可以確定勾勒建筑物基底，確定建筑模型。為了保證建筑物測量平均值的準(zhǔn)確率，疊加正射影像時(shí)，要以云數(shù)據(jù)生成表面模型為基礎(chǔ)，從而獲得建筑物體的真實(shí)高度，使模型建立的準(zhǔn)確性獲得提升。城市部件模型構(gòu)建，城市部件模型構(gòu)建主要是結(jié)合到所測量的部件數(shù)據(jù)或者是結(jié)合到相關(guān)設(shè)計(jì)資料從而構(gòu)建模型。此模型主要體現(xiàn)的對象是城市內(nèi)部的交通、水系、植被情況等內(nèi)容。包括了其空間形態(tài)、物理位置、外觀效果等，因此自然也就包括了植被模型，水系模型，交通模型。模型建立還需要對質(zhì)量進(jìn)行控制，三維模型質(zhì)量控制工作貫穿于模型建立的各個(gè)環(huán)節(jié)，模型在建立完成后需要對其進(jìn)行認(rèn)真檢查，發(fā)現(xiàn)其中存在的問題。此流程在模型建立的過程中十分重要，如果沒有此項(xiàng)流程，就無法確定模型建立工作是否正常，模型質(zhì)量是否能夠?yàn)槌鞘幸?guī)劃工作開展提供正常的幫助與保障，將會(huì)直接影響到城市規(guī)劃工作的開展。

三維城市模型在建立的過程中為了使最終效果更加的真實(shí)，在模型建立的過程中可以考慮將材質(zhì)、陰影、燈光等疊加于模型之上，對模型進(jìn)行渲染與烘焙處理。此項(xiàng)操作的好處在于后期應(yīng)用模型與某些場景時(shí)，無需對燈光等進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算環(huán)節(jié)考慮的內(nèi)容只有材質(zhì)，因此，能夠場景處理的速度獲得提升。

3 基于三維模型的城市規(guī)劃工作

城市規(guī)劃工作需要利用各種設(shè)備對空間三維環(huán)境進(jìn)行測量與分析，還需要結(jié)合日常生活對建筑物體進(jìn)行多個(gè)方面分析。比如日照分析、控高分析、可視域分析、通視分析。三維測量工作進(jìn)行過程中需要滿足城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作相關(guān)要求，居民建筑設(shè)計(jì)相關(guān)要求。三維測量工作的內(nèi)容包括了空間距離測量、住宅距離測量、地塊面積測量、工程建設(shè)需要的挖土量計(jì)算、建筑面積測量等。三維測量工作的目的就在于為后期設(shè)計(jì)工作提供相關(guān)依據(jù)，確保設(shè)計(jì)工作能夠正常合理，不會(huì)對實(shí)際規(guī)劃工作開展造成嚴(yán)重的影響。

日照分析主要是考慮到建筑室內(nèi)采光與收暖等方面因素，需要確保建筑間距與容積等方面內(nèi)容滿足要求，盡量避免正常光照受到一些影響，如光照被遮擋、光污染等情況。從日照分析層面可以將其分為四個(gè)方面，分別為日照分析、遮擋分析、單點(diǎn)分析和窗洞分析等。這一方面首先要考慮因該如何獲取日照時(shí)間與陰影面積等相關(guān)數(shù)據(jù)，其實(shí)仔細(xì)研究就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些數(shù)據(jù)可以通過計(jì)算來獲取，然后在展示其效果時(shí)合理地借助模型。對建筑物體的高度進(jìn)行合理的控制是通事分析的主要目的，由此可見，城市中建筑物體與景點(diǎn)在高度方面合理，最終確保其有一個(gè)良好的視覺效果。通視分析可以采用兩種方法，兩點(diǎn)或者多點(diǎn)之間可視分析，或者是可視域分析。

控高分析是城市規(guī)劃分析工作的重要組成部分，尤其是對于某些風(fēng)景旅游城市而言，需要對城市內(nèi)部的超高建筑面積進(jìn)行控制，避免其對城市整體的景觀美觀造成影響，而控高分析就是檢測某區(qū)域內(nèi)是否存在過高建筑物體的重要方法。

城市三維模型是基于實(shí)際城市數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)再現(xiàn)，規(guī)劃數(shù)據(jù)與三維模型相關(guān)數(shù)據(jù)具有相同空間參考，因此各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以結(jié)合到不同應(yīng)用進(jìn)行相互疊加，參考規(guī)劃人員知識(shí)儲(chǔ)備情況，利用城市規(guī)劃工作方法與技術(shù)從而獲得與規(guī)劃工作相關(guān)結(jié)果?；谌S平臺(tái)能夠再現(xiàn)城市真實(shí)世界，使規(guī)劃工作成果得到良好的展示，與真實(shí)的世界共存?？紤]到城市規(guī)劃三維模型數(shù)據(jù)量、三維軟件平臺(tái)的性能、空間分析能力、需要利用不同的軟件對城市規(guī)劃進(jìn)行分析，使規(guī)劃工作效果能夠良好的展示，同時(shí)具備強(qiáng)大的分析功能。

城市規(guī)劃工作三維模型的應(yīng)用，能夠?yàn)槌鞘幸?guī)劃系統(tǒng)建立提供支持，通過一系列方法獲得與城市規(guī)劃工作相關(guān)的數(shù)據(jù)，建立與規(guī)劃工作相關(guān)的應(yīng)用程序，從不同的角對規(guī)劃工作進(jìn)行分析。三維模型建立與應(yīng)用能夠?yàn)橐?guī)劃決策與溝通提供幫助，在建立三維模型的基礎(chǔ)上可以將虛擬技術(shù)應(yīng)用于其中，從而使城市規(guī)劃與建設(shè)工作能夠達(dá)成更好的效果。傳統(tǒng)的二維規(guī)劃管理技術(shù)應(yīng)用于城市管理工作已經(jīng)表現(xiàn)出不足之處，城市化進(jìn)程快速發(fā)展，建筑物體在向著高層化與復(fù)雜化方向發(fā)展。為了使城市在發(fā)展的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)對資源的合理利用，在促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的同時(shí)使環(huán)境得到保護(hù)，就需要對城市發(fā)展進(jìn)行合理的規(guī)劃，從而構(gòu)建資源節(jié)約與環(huán)境和諧友好型社會(huì)。城市規(guī)劃工作三維模型的應(yīng)用能夠服務(wù)于社會(huì)活動(dòng)開展，比如城市突發(fā)性事件模擬與處理，城市環(huán)境染污問題研究，城市環(huán)境變化研究及應(yīng)對措施探索等。城市規(guī)劃工作應(yīng)用三維模型可以以此為平臺(tái)將多項(xiàng)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合到一起，從而使各項(xiàng)技術(shù)在實(shí)踐過程中更加的完善，同時(shí)三維模型應(yīng)用于城市規(guī)劃工作的效果也會(huì)更加的明顯，有助于促進(jìn)城市合理科學(xué)發(fā)展。

4 結(jié)語

城市規(guī)劃工作在城市建設(shè)與發(fā)展過程中十分重要，通過前期規(guī)劃工作的開展能夠避免后期盲目隨意建設(shè)，使有限的資源能夠得到合理的配置，發(fā)揮其最大的作用。傳統(tǒng)的城市規(guī)劃工作受到技術(shù)以及其它方面因素的影響，在某些方面可能會(huì)受到限制，而利用三維模型進(jìn)行城市規(guī)劃，能夠更加直觀，便于找出規(guī)劃工作存在的問題，提升規(guī)劃工作的效果，促進(jìn)城市更好的發(fā)展。

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