數(shù)字三維模型助力城市規(guī)劃管理

王文暉

（泉州市城鄉(xiāng)規(guī)劃勘測大隊(duì)福建泉州 362000）

數(shù)字三維模型助力城市規(guī)劃管理

王文暉

（泉州市城鄉(xiāng)規(guī)劃勘測大隊(duì)福建泉州 362000）

隨著四旋翼無人機(jī)技術(shù)不斷完善，使搭載先進(jìn)攝影測量和三維激光掃描設(shè)備得于實(shí)現(xiàn)，可更加高效準(zhǔn)確地建立數(shù)字三維真實(shí)城市模型。應(yīng)用數(shù)字三維建模技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃前和規(guī)劃中的三維仿真規(guī)劃管理，應(yīng)用旋翼無人機(jī)在項(xiàng)目建設(shè)完成后，建立進(jìn)行數(shù)字三維真實(shí)影像模型，能讓管理者直觀、真實(shí)、詳細(xì)、準(zhǔn)確地了解項(xiàng)目的實(shí)際建設(shè)情況，在更新規(guī)劃設(shè)計(jì)城市三維模型和數(shù)字城市三維影像模型的同時(shí)，為規(guī)劃核實(shí)管理提供細(xì)致準(zhǔn)確高效的建筑數(shù)據(jù)，這將極大推動(dòng)規(guī)劃管理走向高效化和科學(xué)化。

數(shù)字三維模型；數(shù)字城市；智慧城市；規(guī)劃管理

1 引言

1.1 規(guī)劃管理遇到的新問題

規(guī)劃管理工作是公共事務(wù)管理，它有著公共管理的所有特點(diǎn)：受利益侵害主體不確定，受益者的整體性不明確，管理效果見效緩慢，管理怠慢與錯(cuò)誤管理難界定等。由于侵害主體強(qiáng)勢、侵害獲利巨大，使管理人員被侵害主體俘獲的情況普遍發(fā)生。再加上社會(huì)大環(huán)境的誠信缺失，同其它行政機(jī)構(gòu)一樣，目前管理亂作為、管理不作為和管理無能的情況還沒有較為有效的解決辦法。為了更好地管理各項(xiàng)事務(wù)，各部門常用的方法有：加強(qiáng)監(jiān)察、外放測繪中介服務(wù)機(jī)構(gòu)提供技術(shù)服務(wù)、開發(fā)相應(yīng)的軟件減少人為干預(yù)。由于人性的缺陷和制度建設(shè)的缺失，前兩種方法都難以保證規(guī)劃管理的公正性。受限于技術(shù)發(fā)展限制和領(lǐng)導(dǎo)管理理念，第三種方案也還沒起到很好的效果，這也是目前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。如何充分利用技術(shù)手段特別是信息化手段提高城市規(guī)劃審批效率，如何為領(lǐng)導(dǎo)決策提供參考，如何將分散的信息轉(zhuǎn)化為集中的資源，這一系列的現(xiàn)代化管理的要求，只有采用新技術(shù)、新方法才能滿足現(xiàn)代城市發(fā)展日益增長的需要。隨著云計(jì)算技術(shù)的成熟，數(shù)字三維模型搭配三維輔助規(guī)劃管理系統(tǒng)，讓城市規(guī)劃管理已走向信息化。測繪作為信息化數(shù)據(jù)采集的環(huán)節(jié)，對規(guī)劃管理能否真正實(shí)現(xiàn)信息化起著關(guān)鍵的作用。

1.2 規(guī)劃管理中的測繪技術(shù)支持

城市規(guī)劃是指導(dǎo)城市建設(shè)、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的龍頭，是引導(dǎo)城市發(fā)展的指揮棒。測繪地理信息是城市建設(shè)的排頭兵和先鋒隊(duì)。項(xiàng)目未定，測繪先行。從城市的基礎(chǔ)測繪地理信息資料、具體項(xiàng)目的測繪服務(wù)，到城市應(yīng)急測繪保障，測繪地理信息服務(wù)都是一個(gè)城市建設(shè)發(fā)展的基礎(chǔ)。

規(guī)劃管理工作中的測繪服務(wù)可以說是自始至終伴其左右。項(xiàng)目立項(xiàng)前，有測繪地理信息查詢和分析服務(wù)，規(guī)劃選址前，有基礎(chǔ)地形圖測繪服務(wù)，項(xiàng)目用地審批階段，有地籍測量服務(wù)；項(xiàng)目用地審批完成后，要用地紅線撥定定樁測繪服務(wù)；在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，還有土方測算、橫斷面測繪等測繪服務(wù)；項(xiàng)目審批之后要基礎(chǔ)驗(yàn)線工作；項(xiàng)目建設(shè)過程中，有軸線點(diǎn)投放、變形監(jiān)測等各項(xiàng)工程測量服務(wù)；項(xiàng)目建設(shè)完成之后，要竣工驗(yàn)收測繪服務(wù)，直到最終項(xiàng)目建設(shè)完成，建設(shè)區(qū)域還要進(jìn)行測繪基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的更新服務(wù)。因此，新聞報(bào)道說是要上什么項(xiàng)目或是什么項(xiàng)目開工，出現(xiàn)在鏡頭前面的往往都是測繪人員的身影。測繪地理信息服務(wù)都是幕后的基礎(chǔ)服務(wù)工作，但該服務(wù)又是十分重要的，測土石方的誤差或錯(cuò)誤直接影響著工程款的結(jié)算，工程測量的誤差大小直接決定著建物的質(zhì)量。所以說，測繪地理信息工作不能有半點(diǎn)差錯(cuò)，所有測繪人員都須認(rèn)真地做好每項(xiàng)工作。

2 規(guī)劃審批前和審批時(shí)的三維模型應(yīng)用

規(guī)劃管理工作按進(jìn)程可分為審批前、審批中和審批后的管理三類。傳統(tǒng)的測繪地理信息服務(wù)為規(guī)劃管理提供了技術(shù)保障。隨著三維數(shù)字模型、數(shù)字城市、虛擬仿真城市技術(shù)的發(fā)展，更有效、更直觀的審批手段不斷涌現(xiàn)。應(yīng)用三維數(shù)字城市規(guī)劃審批輔助系統(tǒng)，可以輕松獲取準(zhǔn)確的三維地物信息，進(jìn)行直觀的三維地物表現(xiàn)、科學(xué)的規(guī)劃方案比選、全面的區(qū)域規(guī)劃演示和規(guī)劃成果展示、方便的三維瀏覽、便利的信息檢索、快捷的地物信息和量算手段、清晰的變換場景的天氣和天空效果、便利的輸入輸出功能、強(qiáng)大的圖層管理功能等。用三維數(shù)字模型代替原有的實(shí)體模型進(jìn)行規(guī)劃審批是目前最重點(diǎn)的應(yīng)用研究，通過數(shù)字三維模型，可以輕松對各規(guī)劃指標(biāo)進(jìn)行控制管理，退讓不夠的和日照不足的可直觀看出，規(guī)劃審批時(shí)需要的容積率、建筑密度等規(guī)劃指標(biāo)數(shù)據(jù)可直接量測。在規(guī)劃用地選址工作中，通過建立良好的數(shù)字三維模型，配合相應(yīng)的軟件，可以使建設(shè)項(xiàng)目快速智能選址，特別是對道路工程、水庫工程等大土方量工程智能選址，更具有人工無法替代的優(yōu)勢。

總的來說，數(shù)字三維模型技術(shù)的應(yīng)用，使規(guī)劃管理手段更加科學(xué)，規(guī)劃管理相關(guān)知識的需求變得很少，讓規(guī)劃管理工作者輕易能上手，解決目前各地普遍存在的規(guī)劃管理人才嚴(yán)重缺失的大問題。用數(shù)字三維模型代替原有的實(shí)體模型，使模型的展示更加方便，電腦隨身攜帶，方便領(lǐng)導(dǎo)知曉項(xiàng)目的具體情況，方便相關(guān)專家評審討論。隨著全息技術(shù)和3D打印技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字三維模型結(jié)合全息成像技術(shù)，可以把設(shè)計(jì)的建筑按任意比例全息直觀呈現(xiàn)在領(lǐng)導(dǎo)和評審專家的面前，虛擬化程度更高，表現(xiàn)更加現(xiàn)實(shí)，讀圖能力要求更低，使規(guī)劃管理朝專業(yè)化更進(jìn)一步。數(shù)字模型的采用也讓材料及資源消耗控制在最底水平，促進(jìn)中國的節(jié)能減排政策的實(shí)施。天津市在規(guī)劃管理中推廣應(yīng)用三維數(shù)字設(shè)計(jì)方案輔助決策，一年來應(yīng)用于200多個(gè)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)費(fèi)用，大大提高了審批管理效率。天津市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院、建筑設(shè)計(jì)院將數(shù)字三維模型技術(shù)應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)，減少了現(xiàn)場調(diào)查工作量，提高了設(shè)計(jì)效率，一年共計(jì)節(jié)約成本達(dá)1570萬元。

數(shù)字三維模型是三維城市數(shù)字庫的重要組成，三維城市又是數(shù)字城市的重要體現(xiàn)，數(shù)字城市、智慧城市現(xiàn)在是各城市科技化的發(fā)展方向。數(shù)字三維模型可以說是城市現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志，它具有直觀、可視、動(dòng)態(tài)表達(dá)城市空間的特點(diǎn)。三維數(shù)字城市已經(jīng)成為數(shù)字城市的基礎(chǔ)建設(shè)內(nèi)容和發(fā)展趨勢，作為數(shù)字城市的重要組成部門，數(shù)字規(guī)劃的建設(shè)在各地都已如火如荼地開展著，只有三維規(guī)劃審批，才能充分應(yīng)用三維城市、數(shù)字城市的優(yōu)勢，更好地做好城市規(guī)劃管理。若不應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，就會(huì)讓本應(yīng)走在城市發(fā)展前面的規(guī)劃管理變成拖城市后腿的短板部門，這樣的規(guī)劃管理就只能跟著配合其它管理部門，不能有效地發(fā)揮主觀能動(dòng)性，起不到應(yīng)用的“旗幟”作用。見圖1。

圖1 城市數(shù)字三維模型的構(gòu)成

3 規(guī)劃審批后的三維竣工核實(shí)

現(xiàn)在的建筑空間結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，建部件規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)多樣，特別是公共建筑，形態(tài)各異。傳統(tǒng)的竣工核實(shí)方法無法準(zhǔn)確直觀反映項(xiàng)目建設(shè)情況，而且應(yīng)用傳統(tǒng)竣工測量方法測繪出具的竣工測量報(bào)告，任意一方很容易對測量結(jié)果進(jìn)行修改，這使權(quán)力尋租的現(xiàn)象容易產(chǎn)生，特別是房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目，市場火爆，尋租的動(dòng)力巨大，有些經(jīng)不起誘惑的工作人員就會(huì)出具虛假的數(shù)據(jù)而又不容易被發(fā)現(xiàn)。因此竣工核實(shí)工作需要高精細(xì)、全方位、高效率，真實(shí)反映數(shù)據(jù)采集處理手段和快速的三維數(shù)字模型構(gòu)建技術(shù)相輔助，才能更科學(xué)公正地做好規(guī)劃核實(shí)管理工作。

之前三維建模在國內(nèi)外都面臨著數(shù)據(jù)采集效率低、精度不高、建模工藝繁瑣、信息集成困難等問題，難以適應(yīng)和滿足現(xiàn)代化城市規(guī)劃管理的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)學(xué)科技術(shù)的引進(jìn)配合，比如無人機(jī)技術(shù)等，使真三維實(shí)體量測和顯示進(jìn)入具體項(xiàng)目辦理手段中。原先三維建模要依托飛機(jī)航測采集數(shù)據(jù)，受到天氣因素，空域管理等限制，采集周期較長且無法預(yù)期，若改為利用無人機(jī)技術(shù)，可使現(xiàn)三維真實(shí)影像快速采集，特別是剛剛上市的四旋翼無人機(jī)的應(yīng)用，讓三維真實(shí)影像數(shù)據(jù)采集隨心所欲，且高度智能化。目前最先進(jìn)的四旋翼無人機(jī)，上面搭載實(shí)時(shí)位置和勢態(tài)測量設(shè)備，可以抗6級強(qiáng)風(fēng)和暴雨，爬升速率達(dá)到7.5米/秒，飛行速度達(dá)15米/秒，通過懸載的攝影照像設(shè)備，可進(jìn)行懸停拍攝，也可進(jìn)行預(yù)設(shè)路線自動(dòng)拍攝。在5公里范圍內(nèi)，還可實(shí)現(xiàn)拍攝數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，這點(diǎn)對應(yīng)急保障用圖尤為關(guān)鍵。飛機(jī)動(dòng)力為無刷電動(dòng)機(jī)，平穩(wěn)、安全。把這項(xiàng)四旋翼無人機(jī)技術(shù)與數(shù)字三維影像數(shù)據(jù)模型相結(jié)合，對突發(fā)應(yīng)急用圖可以快速真實(shí)準(zhǔn)確地提供，6小時(shí)內(nèi)可生成數(shù)字三維真實(shí)影像模型。對規(guī)劃核實(shí)工作中的竣工測量，用地在10萬平方米內(nèi)的項(xiàng)目，都可以在12小時(shí)內(nèi)準(zhǔn)確生成數(shù)字三維真實(shí)影像模型，配合量測工作和數(shù)據(jù)整理，竣工測繪報(bào)告可以在48小時(shí)內(nèi)準(zhǔn)確提供。生產(chǎn)的真三維實(shí)體影像還可以作為更新數(shù)據(jù)疊加到數(shù)字城市數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)數(shù)字城市、智慧城市數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)更新。應(yīng)用數(shù)字三維真實(shí)影像模型，觀測精度可達(dá)到10公分以內(nèi)，分辨率達(dá)2公分，基本能夠達(dá)到規(guī)劃管理中的竣工測量工作的精度要求。若特殊項(xiàng)目要求更高精度的，可以在建筑物周邊地面上架設(shè)三維激光掃描成像系統(tǒng)，進(jìn)行建筑物正射影像測量，配合數(shù)字三維真實(shí)影像模型，就可達(dá)到0.5公分的精度。目前的三維激光掃描成像系統(tǒng)已能實(shí)現(xiàn)多重乃至無窮多重目標(biāo)的數(shù)字化處理和分析技術(shù)。應(yīng)用包括全球坐標(biāo)系拼接在內(nèi)的多種全自動(dòng)和半自動(dòng)拼接技術(shù)，通過其自帶的掃描和數(shù)據(jù)處理軟件，可自動(dòng)生成高分辨率的貼圖紋理網(wǎng)格，自動(dòng)生成跟照片一樣的真實(shí)三維模型和三維正射影像模型，實(shí)時(shí)進(jìn)行距離、面積、體積的各種空間數(shù)據(jù)量測。若是隧道、公路、鐵路、管線等其它帶狀建設(shè)項(xiàng)目的竣工測量，用移動(dòng)激光掃描系統(tǒng)這一利器，就可輕松實(shí)現(xiàn)帶狀圖的測繪和智能化數(shù)字三維模型的生成。見圖2。

圖2 三維數(shù)字測量應(yīng)用于規(guī)劃核實(shí)管理的關(guān)鍵技術(shù)

4 數(shù)字三維真實(shí)影像模型的拓展應(yīng)用

經(jīng)過規(guī)劃竣工測量建立起來的數(shù)字三維真實(shí)影像模型，除了更新數(shù)字城市中的三維數(shù)據(jù)庫外，還可以進(jìn)行拓展應(yīng)用，使數(shù)據(jù)的價(jià)值發(fā)揮到極致。數(shù)字三維真實(shí)影像模型建立好后，在這基礎(chǔ)上進(jìn)行二次深度開發(fā)，如旅游系統(tǒng)開發(fā)，可開展網(wǎng)上實(shí)景旅游展示，古城保護(hù)項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)及展示等深度應(yīng)用。還可以協(xié)助公共衛(wèi)生監(jiān)督管理、快速處置突發(fā)事件等社會(huì)公益事務(wù)。在當(dāng)前的地理信息領(lǐng)域，做軟件不如做設(shè)備，做設(shè)備不如做數(shù)據(jù)，有了數(shù)據(jù)再加以開發(fā)應(yīng)用，就能達(dá)到最高的經(jīng)濟(jì)效益，能改變當(dāng)前地理信息行業(yè)都是靠政府出錢開發(fā)，“賠本掙吆喝”的行業(yè)現(xiàn)象，使地理信息行業(yè)朝良性方向發(fā)展。

通過數(shù)字線劃圖智能成圖系統(tǒng)，依據(jù)已建成的數(shù)字三維真實(shí)影像模型，自動(dòng)生成線劃地形圖，方便數(shù)字城市中線劃地形圖庫的更新。應(yīng)用此方法進(jìn)行地形圖測繪，因其僅需少量GPS基站控制點(diǎn)，減少了外業(yè)工作量，減輕了外業(yè)作業(yè)難度；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化程度高，DEM產(chǎn)品制作效率顯著提高，縮短了產(chǎn)品制作周期；激光具有穿透性，通過全波形回波技術(shù)，可獲取樹下地形，制作的DEM高程精度可達(dá)到0.1-0.2米；通過高密集機(jī)載點(diǎn)云自動(dòng)內(nèi)插等高線，僅需少量人工編輯即可獲取等高線要素，山區(qū)線劃圖測繪效率顯著提高，降低了測圖作業(yè)成本。

把數(shù)字三維模型應(yīng)用于規(guī)劃管理，可以提升城市管理水平，為管理提供詳實(shí)、準(zhǔn)確、科學(xué)的信息支撐。數(shù)字三維模型的應(yīng)用，讓項(xiàng)目在設(shè)計(jì)審批階段就虛擬出建設(shè)后的景像，讓設(shè)計(jì)更加合理，更加美觀。以此管理，讓城市面貌更加美麗，為重大城市建設(shè)項(xiàng)目提供了重要的技術(shù)支撐，顯著提升城市建設(shè)水平；數(shù)字三維模型的應(yīng)用，增強(qiáng)公眾社會(huì)化服務(wù)能力，為公眾積極參與城鄉(xiāng)建設(shè)與管理提供了新穎、直觀、可視化的服務(wù)平臺；數(shù)字三維模型的應(yīng)用，提高設(shè)計(jì)規(guī)劃效率，節(jié)省大量現(xiàn)狀調(diào)查、方案策劃、規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)間。

5 結(jié)束語

作為智能城市的另一典型應(yīng)用——智能城市管理，智能城市管理中的城市部件管理需要先對城市部件進(jìn)行建庫，通過建立城市部件的特征，運(yùn)用特征識別模式在數(shù)字三維真實(shí)影像模型中自動(dòng)識別城市部件進(jìn)行建庫，就能省下城市部件數(shù)據(jù)庫建庫的工作和城市規(guī)劃成果展示等相關(guān)投入，可以產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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