長春三維數字城市的建設與應用

王雅冬

(長春市測繪院，吉林長春 130021)

三維數字城市也稱為虛擬城市，是利用計算機虛擬技術，把現實世界中的人、事、物的信息一一映射在計算機中，是現實城市的等比模型。三維數字城市不僅是我們看到的虛擬模型，或者說它的核心不是模型本身，而是存放在其中的城市信息。三維數字城市通過空間維度和時間維度持續(xù)不斷地記錄著城市的發(fā)展和變遷，能夠預演未來城市的形態(tài),動態(tài)分析城市現狀,重現城市的歷史走向。

1 長春市三維數字城市建設概況

長春市三維數字城市建設始于2009年，以雕塑公園和新民大街為試點，開啟長春雕塑三維管理的新模式。經過2012年和2015年兩次跨越性發(fā)展，目前長春市已經形成了較為完善的三維數字城市體系，如圖1所示。

長春三維數字城市建設按照統(tǒng)籌規(guī)劃、需求導向的原則，建立了1000余平方公里地上、地下一體化全要

素三維信息數據庫，內容涵蓋城市的各類建(構)筑物、道路、水系、綠地、城市部件、地下管線、地鐵、人防設施等內容(圖2)，覆蓋范圍以長春市中心城區(qū)為主，兼顧長德、空港、北湖、南部新城等城市重點建設區(qū)域。建立了開放共享的三維平臺，實現跨地區(qū)、跨部門空間信息資源的互聯互通和集成應用，為城市的智能化管理提供了全新的技術和手段。

2 技術流程

長春市三維數字城市建設采用了多項高新技術手段，包括機制激光雷達點云技術、傾斜攝影測量技術和高分辨率影像采集技術等。機載激光雷達技術是主動對地觀測技術,具有全天候、作業(yè)周期短、精度高、費用低等優(yōu)點，近年來被廣泛應用于測繪地理信息行業(yè)[1]。

通過ADS80航飛采集長春市地形地貌數據，機載激光雷達掃描地表物體的高度信息，基于1∶500地形圖，使用3Dmax軟件構建高精度的建筑體框模型，技術流程如圖3所示，結合外業(yè)實地采集的照片，賦予建筑真實紋理。地面及場景模型是基于DEM和DOM手工建模。模型較為美觀，結構精細，可以任意比例尺對模型應用，所有模型均為獨立對象，可點擊查詢搜索。

3 長春市三維數字城市特點

3.1 高精度還原，場景真實美觀

對長春市的每一棟建筑的所有立面逐一拍照，不留任何死角，經過建模師清除照片中電線、人、車、樹木等遮擋，還原在模型表面，虛擬的建筑就呈現在眼前，建筑色彩、結構、紋理、牌匾等信息與現實幾乎一樣。

3.2 高標準嚴要求，保證三維信息準確

三維數字城市的建立，離不開城市要素位置信息的采集。三維長春采用目前世界上最先進的信息采集技術，機載激光雷達掃描和傾斜攝影建模，經過嚴格的質量控制，保證了三維模型的尺寸、位置與現實位置偏差都不超過0.5米，包括每棟建筑的窗口位置、每條道路的邊線、每條管線的位置埋深都是準確的，為城市精細化管理的實現提供可能。

3.3 建立動態(tài)更新機制

城市每天都在變化，大到建筑的更迭，小到牌匾的更換，三維長春隨著城市的變化而不斷的更新。分別從竣工測量、舊城改造、城市重點建設區(qū)等方面，有準備有計劃地更新城市三維模型數據，以滿足各行業(yè)對三維長春的使用需求。同時建立歷史模型數據庫，記錄長春的發(fā)展變化。

3.4 高效的數據共享交換機制

為了高效便捷的共享三維長春，選取通用的*.max和*.OSGB格式作為三維數字城市的交換數據，可以兼容目前國際上主流的三維引擎。另外基于目前城市管理工作的需要，開發(fā)了單機和網絡的PC端三維平臺及支持手機、平板的移動端三維平臺。有了這些設計，即可通過不同的渠道、采用多種方式非常便捷地使用三維長春，體驗三維長春帶來的“便捷”。

4 三維數字城市輔助城市規(guī)劃設計

三維仿真虛擬現實技術在城市規(guī)劃建設中已得到廣泛應用。如2000年悉尼奧運會的場館，其在設計過程中大規(guī)模地應用了虛擬現實技術，悉尼市建立了全市三維仿真平臺用于信息服務、交通分析、智慧城市建設管理等方面，取得巨大的成功[2]。

三維長春不僅僅是具有海量的信息承載力和可視化的城市外觀，還包括強大的空間運算能力和數據分析能力，并且做出一些輔助決策，供使用者參考。三維長春具有全面的三維空間分析能力，能夠完成點、線、面、體的交、差、并運算，如圖4、圖5所示。

三維規(guī)劃平臺可以提供一個逼真的三維城市景觀模型，規(guī)劃師無需面對抽象的、雜亂的各種圖紙，不停地分析還原城市現狀情況，而是可以通過“第三者”的視角，宏觀地觀察城市，看到一切細節(jié)。規(guī)劃師還可以任意地塑造城市，三維平臺能夠把改造后的城市指標反饋給規(guī)劃師，提供科學依據，從而顯著提高規(guī)劃工作效率、促進規(guī)劃工作的科學性和透明性。

將設計師的設計方案通過虛擬現實的手段直觀地展現在平臺中，如圖6所示，通過間距分析、日照模擬、控高分析、通視分析、視域分析、立面分析等功能，從定性和定量的角度來動態(tài)論證方案的優(yōu)劣，通過虛擬現實及三維可視化技術進行分析計算，并將得到的數據可視化處理，將分析結果以形象的圖形表達出來，使分析結果更易讓人(尤其是非本專業(yè)人士)理解[3]，為領導決策提供更為科學的輔助手段。

5 結語

三維長春絕不是脫離城市而獨立運行的體系，它通過動態(tài)感知城市的實時信息，運用各種模型分析城市的狀態(tài)，將輔助決策信息源源不斷地反饋給城市管理者和建設者?！叭S+”的發(fā)展模式，將促進三維長春落地生根，用于城市規(guī)劃，可以使用城市大數據論證規(guī)劃方案，使城市規(guī)劃更具前瞻性；用于城市管理，實現城市各類信息的可視化查詢，為政府對城市的管理和服務提供決策工具；用于城市生態(tài)建設，可以將大量的統(tǒng)計數據轉換成容易理解的圖像，表現人類活動對環(huán)境事件的壓力，預測人類活動條件下的環(huán)境效應等。隨著三維數字城市技術的日益成熟，相信不久的將來，三維長春有望成為城市規(guī)劃、建設和維管的入口，為全面實現智慧長春奠定堅實的基礎。