面向城市地下空間規(guī)劃的三維GIS集成技術(shù)探究

賈佳

摘 要：目前在城市發(fā)展的過程中對地下空間進行規(guī)劃也屬于城市開發(fā)中的重要內(nèi)容，而在實際中為了確保在對城市地下空間的合理規(guī)劃就必須要從多角度進行考慮并采用適當?shù)募夹g(shù)來對其進行綜合性的劃分，以此來保證地下空間布局的科學(xué)性及合理性。而現(xiàn)今三維GIS集成技術(shù)的應(yīng)用在極大程度上輔助了地下空間規(guī)劃工作的進行，其可以根據(jù)地下空間規(guī)劃的需求來進行輔助及三維建模，并未地下空間規(guī)劃工作提供了集中管理的效果，因此也使得規(guī)劃水平得到提升。

關(guān)鍵詞：三維；GIS集成技術(shù)；地下空間

在城市發(fā)展的過程中通過地下空間規(guī)劃可以有效的提高土地利用率，這樣可以構(gòu)建更為完善的交通體系并擴大城市的空間容量，而在規(guī)劃設(shè)計中必須要考慮開發(fā)區(qū)域的發(fā)展情況、地上建筑、地理環(huán)境等因素，而這對規(guī)劃及設(shè)計工作提出了更高的要求。為此則需要采取科學(xué)技術(shù)來對城市地下空間進行合理的劃分，目前三維GIS集成技術(shù)已經(jīng)逐漸在地下空間規(guī)劃中被應(yīng)用及推廣，通過其技術(shù)支持可以構(gòu)建起符合實際地理特征的空間框架，以下則對三維GIS集成技術(shù)的應(yīng)用進行了深入分析。

一、城市地下空間規(guī)劃的三維建模要點分析

通常城市結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，這也使得其其包含了大量的規(guī)劃信息，為此在進行地理空間規(guī)劃中必須要對相關(guān)的信息數(shù)據(jù)進行全面統(tǒng)一的收集及管理，以此來保證可以根據(jù)城市地下空間的特征來進行相應(yīng)的建?；顒庸ぷ?，因此在利用三維GIS集成技術(shù)進行三維建模時需要注意以下要點。

第一，GIS數(shù)據(jù)自動建模，此種技術(shù)是基于二維GIS技術(shù)的一種建模方法，其在實際的應(yīng)用中具有較高的效率，相應(yīng)的在實際中的使用成本較低，但是整體的精細度較差；第二，利用專業(yè)軟件進行三維實體建模，目前在三維實體建模中，其主要應(yīng)用的軟件有3DsMAX、Sketchup，此種三維建模技術(shù)在實際的應(yīng)用中可以很良好的表現(xiàn)出地下空間建筑物的特征，并且還可以對地下空間的布局進行詳細的表達、恢復(fù)與重建，但是此種技術(shù)方法在實際的應(yīng)用中成本較高且耗時較長；第三，DEM遙感影像建模技術(shù)，這項技術(shù)在實際的應(yīng)用中可以更好的恢復(fù)及重現(xiàn)地表建筑物的特征，因此在地下空間規(guī)劃中的應(yīng)用可以為其提供相應(yīng)的模擬依據(jù)；第四，利用激光掃描儀構(gòu)建地物精細三維模型，精確真實程度較高，但建模費用較高。

二、城市地下空間規(guī)劃的三維建模方法分析

1、地下綜合管線建模

地下綜合管線數(shù)據(jù)種類繁多、變動頻發(fā)、數(shù)量巨大、空間關(guān)系縱橫交錯，采用人工建模方法存在效率低下、精度降低、代價較高等問題?？紤]地下管線注重空間位置而不注重展示效果的實際，本文采用面向?qū)ο蟮氖噶繑?shù)據(jù)自動建模方法。該方法采用面向?qū)ο蟮姆绞綄⒏黝惞芫€數(shù)據(jù)分解為多個小部件，并對組件進行統(tǒng)一標識，加入技術(shù)參數(shù)、空間位置、耦合關(guān)系等屬性信息。管線數(shù)據(jù)分解為各類管點設(shè)施和管線段。根據(jù)管線種類、亞級類別、附屬物不同，可以分為諸如雨水井、污水井、雨污合流井、電力井、彎頭等多種類型管點，三維模型根據(jù)各種類型管點的實際情況，建立不同種類管點的模型，并根據(jù)實際外觀選擇模型材質(zhì)和貼圖，形成不同種類的管點小部件，并構(gòu)建若干個高精度三維組件式小部件模型來表達各種管點。將它們和相應(yīng)的模型實體存儲在相應(yīng)的管線拓撲表和內(nèi)部關(guān)系表中，形成內(nèi)連的基礎(chǔ)信息。管線段由管點連接而成，在數(shù)據(jù)庫構(gòu)建時，為管線段建立管點拓撲關(guān)系，管線段具有管徑變化特性，因此，需要根據(jù)不同的管徑大小構(gòu)建不同大小的模型。在管線三維建模時，根據(jù)管徑的大小及管線具有的方管、圓管、排管、綜合管溝等多種形狀特性，利用管線起始點和終止點的位置信息，為管線段自動構(gòu)建相應(yīng)管徑大小的模型，并根據(jù)實際管線材質(zhì)，為模型選擇不同的材質(zhì)和貼圖，形成管線段模型。最后，根據(jù)管線的具體特性將多個小部件模型組裝到一起，形成完整的管線三維模型。

2、地下建構(gòu)筑物建模方法

地下建構(gòu)筑物一般指地下空間中除地下管線以外的其他人工建設(shè)的設(shè)施，主要類型包括人防工程設(shè)施、地下交通設(shè)施、地下公共服務(wù)設(shè)施，以及地下防災(zāi)設(shè)施、地下生產(chǎn)儲藏設(shè)施等。對于地下室、地鐵線路、人防工程設(shè)施等對模型的精細化程度要求不高的地下建構(gòu)筑物，采用面向?qū)ο蟮氖噶繑?shù)據(jù)自動建模方法。將實體分為底面、頂面、內(nèi)墻、外墻、柱、樓梯等多個部件，各個部件再根據(jù)復(fù)雜程度分解為多個小的部件，由小部件形成三維渲染的基本單元，根據(jù)部件的長度和高度信息，構(gòu)建三維模型，并針對不同的用地性質(zhì)，選擇不同的紋理進行渲染。對于地下空間建筑物規(guī)劃數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀建筑物數(shù)據(jù)、地鐵站點等對模型外觀、內(nèi)部構(gòu)造精細化程度要求較高的數(shù)據(jù)建模，則利用MultiGenCreator、3DsMAX、Sketchup等專業(yè)軟件建模，進而逼真地表示建筑物的外觀和內(nèi)部形態(tài)，展示更加精細、準確的細節(jié)信息。

3、地質(zhì)環(huán)境建模

地質(zhì)環(huán)境三維模型主要是針對工程地質(zhì)進行建模，本文采用連續(xù)層狀地質(zhì)體來表達，層狀地質(zhì)體表達方法又可分為兩類，即基于面模型的和基于體模型的表達方法。面模型表達地質(zhì)的空間輪廓，體模型可以表達地質(zhì)的內(nèi)部整體。本文根據(jù)工程勘察所獲取的鉆孔數(shù)據(jù)，采用離散光滑插值方法進行插值，進而形成由三角單元組合而成的地層面，然后將地層面作為地質(zhì)體模型的邊界，并將模型體劃分成四面體形成地質(zhì)體，最終形成地質(zhì)三維模型。

三、輔助規(guī)劃分析

三維GIS核心功能之一就是實現(xiàn)對實體的立體空間分析，發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)之后的更多信息。地下空間規(guī)劃不同于地上規(guī)劃，地下空間的建設(shè)需要開挖，單一專項建設(shè)的滯后都有可能導(dǎo)致重復(fù)開挖，耗費更多的資源。因此，地下空間規(guī)劃更應(yīng)統(tǒng)籌各個專項的總體科學(xué)合理性，綜合分析，提高規(guī)劃的合理水平，降低資源消耗。本文以重點地區(qū)地下空間規(guī)劃為例，綜合地下建構(gòu)筑物、地下綜合管線、地鐵、地質(zhì)環(huán)境等多類數(shù)據(jù)，建立輔助規(guī)劃決策支持系統(tǒng)，可以實現(xiàn)規(guī)劃方案對比分析、截面分析、碰撞分析和規(guī)劃進程跟蹤等多種分析功能。例如道路截面相關(guān)的道路、地下綜合管線、地下通道、地下建構(gòu)筑物、地鐵、地下人防等的空間分布情況等，直觀展示每塊地物的位置、用地性質(zhì)、高度、長度、埋深等。規(guī)劃進程跟蹤可以對現(xiàn)狀、規(guī)劃和建設(shè)各個階段的發(fā)展情景進行三維模擬展示，直觀地表達城市區(qū)域的發(fā)展變化過程。

結(jié)語：

通過上文分析可以看出在現(xiàn)今城市地下空間規(guī)劃中三維GIS集成技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)得到了良好的發(fā)展及推廣，但是從其實際情況來看仍有極大的進步空間。本文利用三維GIS技術(shù)，提出了面向地下空間綜合規(guī)劃的體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計了相關(guān)數(shù)據(jù)的綜合管理方法，論述了多種建模方式相結(jié)合的三維建模方法，并建設(shè)了輔助規(guī)劃系統(tǒng)，為城市地下空間科學(xué)合理的規(guī)劃提供輔助決策支持。

參考文獻：

[1] 王勇軍.城市三維建模與GIS集成技術(shù)研究[J].甘肅科技，2017，33（11）：11-13；

[2] 任若微.三維GIS技術(shù)在城市地下空間規(guī)劃中的應(yīng)用分析[J].低碳地產(chǎn)，2016，2（17）.