三維規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

祁 晨

（新疆維吾爾自治區(qū)測繪檔案資料館，新疆 烏魯木齊 830002）

1 前言

“數(shù)字城市”是通過綜合運(yùn)用3S(地理信息系統(tǒng)GIS、遙感RS、全球定位系統(tǒng)GPS)、網(wǎng)絡(luò)、多媒體及虛擬仿真等技術(shù)，對城市的基礎(chǔ)設(shè)施、功能機(jī)制進(jìn)行自動采集、動態(tài)監(jiān)測管理和輔助決策服務(wù)的技術(shù)系統(tǒng)。

三維規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)基于全球先進(jìn)的三維數(shù)字地球平臺軟件skyline開發(fā)，旨在滿足規(guī)劃業(yè)務(wù)的相關(guān)需求，基于將地理信息系統(tǒng)、遙感與虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)集成，將實(shí)景建筑運(yùn)用三維傾斜攝影技術(shù)，在較少人工干預(yù)的情況下建立三維實(shí)景模型，并集成地理信息底圖數(shù)據(jù)和規(guī)劃專題數(shù)據(jù)構(gòu)建三維地理信息場景，實(shí)現(xiàn)與規(guī)劃業(yè)務(wù)相關(guān)的GIS功能，從而為城市管理提供三維可視化的決策手段。

2 系統(tǒng)平臺的選取

本系統(tǒng)采用SkyLine系列軟件作為系統(tǒng)的優(yōu)秀三維數(shù)字地球平臺，它擁有國際領(lǐng)先的三維數(shù)字化顯示技術(shù)，可以利用海量的多源多尺度的遙感影像數(shù)據(jù)、航空影像數(shù)據(jù)以及其他二三維數(shù)據(jù)搭建出一個對真實(shí)世界進(jìn)行模擬的三維場景。

具有以下幾個特點(diǎn)：

（1）產(chǎn)品覆蓋面廣，囊括了三維場景制作，嵌入式二次開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等整個流程；

（2）支持多源數(shù)據(jù)接入，其中包括WFS，WMS，GML，KML，Shp，SDE，Oracle，Excel以及3DMX，sketch up等，集成信息方便；

（3）通過流訪問方式可集成多尺度的數(shù)據(jù)量，它制作的三維場景小到城市，大到全球；

（4）三維虛擬漫游運(yùn)行流暢，用戶體驗(yàn)良好；

（5）能夠支持B/S架構(gòu)下建立三維場景，制作網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。

3 三維場景數(shù)據(jù)處理與建立

三維場景是整個系統(tǒng)的核心，是所有功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，對于整個系統(tǒng)來說有著至關(guān)重要的作用，三維場景的質(zhì)量直接體現(xiàn)在漫游效果中，給使用者一個真實(shí)客觀的場景重現(xiàn)。

本系統(tǒng)三維場景數(shù)據(jù)基于航空影像立體相對提取，從傾斜影像中提取建筑物的頂部及側(cè)面紋理的技術(shù)流程制作標(biāo)準(zhǔn)模型。即飛機(jī)進(jìn)行航空傾斜影像采集的同時，由GPS同步記錄傾斜相機(jī)的空間位置，通過對傾斜影像定向進(jìn)一步確定影像的空間位置及空間姿態(tài)，滿足傾斜影像貼圖要求；傾斜影像定位以機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)制作的DEM、DOM作為傾斜影像定位的輔助數(shù)據(jù)，采用人工干預(yù)的方式得到與模型坐標(biāo)系相同的空間坐標(biāo)信息，對重點(diǎn)建筑物、臨街建筑物區(qū)域在白模的基礎(chǔ)上進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)細(xì)化、貼圖工作。

3.1 建模流程

①在數(shù)字化測圖模塊中恢復(fù)影像立體，在立體的環(huán)境下人工測量建筑物頂部輪廓特征點(diǎn)、線，獲得準(zhǔn)確的二維數(shù)據(jù)。

②在立體的環(huán)境下生產(chǎn)數(shù)據(jù)DEM模型，根據(jù)立體采集的要求對DEM模型進(jìn)行人工編輯。

③在軟件下以DEM為輔助建筑物高程生成三維模型。

④進(jìn)行移動、合并、增加、刪除特征點(diǎn)等操作，使建筑物輪廓更準(zhǔn)確。

⑤人工選擇需要進(jìn)行貼圖的模型，軟件自動計算、選擇相應(yīng)位置的傾斜影像，并使用列表的形式將影像數(shù)據(jù)進(jìn)入甄選狀態(tài)。通過綜合判斷影像位置、偏轉(zhuǎn)角度、建筑及植被遮擋，選擇最合適影像進(jìn)行貼圖。

圖1 三維模型場景效果圖

4 系統(tǒng)功能

圖2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能主要包括基本操作、決策分析、查詢定位、編輯設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)置等，如圖2所示。

4.1 基本功能

基本操作主要包括GIS基本功能、虛擬漫游功能、多視點(diǎn)定位和編輯、空間定位、導(dǎo)航圖和動畫導(dǎo)航等。

4.2 決策分析

4.2.1 日照分析

對城市空間中建筑不同時間段、不同節(jié)氣的日照情況進(jìn)行實(shí)時模擬。應(yīng)用日照分析功能，可以觀察到特定建筑物的陰影對其他建筑物的影響。

4.2.2 通視分析

通視分析是選定特定地點(diǎn)作為視點(diǎn)位置，分析視線所能到達(dá)的范圍，這一功能可以用于分析某一個或某幾個建筑物是否會遮擋其他建筑物。

4.2.3 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是根據(jù)設(shè)定的緩沖區(qū)（點(diǎn)、線），對緩沖區(qū)內(nèi)的建筑物進(jìn)行查詢統(tǒng)計分析。

4.2.4 里面和剖面分析

利用生成沿街立面圖片功能可以在確定街道的起點(diǎn)和終點(diǎn)后，自動生成街道立面圖，這一功能對于輔助城市設(shè)計、控制街道景觀等非常有意義。除立面生成外，剖面生成的目標(biāo)是能夠?qū)⑷S場景中的建筑、室內(nèi)空間、道路以及地下空間生成剖面圖。

4.2.5 淹沒分析

系統(tǒng)能夠?qū)樗蜎]進(jìn)行三維可視化分析。不僅可以根據(jù)水位高度顯示并測量分析淹沒區(qū)域，同時能對淹沒進(jìn)行動態(tài)現(xiàn)實(shí)。

4.2.6 多方案比較

規(guī)劃審批管理過程中經(jīng)常需要處理多方案比較的問題，系統(tǒng)要具有多方案比較功能，便于將不同的方案放在完全相同的場景中進(jìn)行比較，充分保證方案比較的公正公平。系統(tǒng)使用者可以自由的切換當(dāng)前顯示哪個方案，也可以切換到雙屏或多屏屏顯示模式，同時觀察兩個或多個方案。

4.3 查詢定位

在三維空間中對城市空間中的相應(yīng)物體信息能夠進(jìn)行實(shí)時查詢。在場景中選中建筑物，界面就要彈出這個建筑物的信息如規(guī)劃建筑的相應(yīng)指標(biāo)建筑物的屬性（如建筑物名稱、層數(shù)、高度、容積率、建筑面積、占地面積、建成時間等）。

4.4 編輯設(shè)計

能夠根據(jù)規(guī)劃管理需要，設(shè)置并保存觀察場景的視點(diǎn)位置，將最佳的觀察位置和觀察角度保存下來，以縮略圖的形式顯示在特定場景窗口中，單擊特定場景縮略圖，就可以方便的切換到相應(yīng)的場景。

特定場景要支持分組功能，關(guān)于管理有內(nèi)在邏輯關(guān)系的特定場景?？梢罁?jù)特定場景隨時輸出想要的相關(guān)角度圖片并打印出圖。

4.5 系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置主要包括風(fēng)格選擇、隱藏背景、顯示狀態(tài)信息、顯示比例尺和隱藏導(dǎo)航欄等功能。

圖3 三維規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)界面

結(jié)束語：數(shù)字城市是人類2l世紀(jì)的生存方式，是城市高度信息化、智能化、虛擬化和靈敏化的具體體現(xiàn)。三維規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)為規(guī)劃的編制與審批、建設(shè)項目的審批提供決策依據(jù)，從而提高規(guī)劃決策的合理性和準(zhǔn)確性。

[1]王明山，羅帥偉，張波等.基于SkyLine的數(shù)字城市空間地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].北京測繪.2013,(10):26-29.

[2]甘迎娟，周偉杰.基于航測的數(shù)字城市三維建模技術(shù)[J].地球.2013,(10):130-131.

[3]豐勇.3維數(shù)字城市建模技術(shù)及應(yīng)用探討[J].測繪與空間地理信息.2013,(3):72-74.