数字三维模型助力城市规划管理

王文晖

（泉州市城乡规划勘测大队福建泉州 362000）

数字三维模型助力城市规划管理

王文晖

（泉州市城乡规划勘测大队福建泉州 362000）

随着四旋翼无人机技术不断完善，使搭载先进摄影测量和三维激光扫描设备得于实现，可更加高效准确地建立数字三维真实城市模型。应用数字三维建模技术进行规划前和规划中的三维仿真规划管理，应用旋翼无人机在项目建设完成后，建立进行数字三维真实影像模型，能让管理者直观、真实、详细、准确地了解项目的实际建设情况，在更新规划设计城市三维模型和数字城市三维影像模型的同时，为规划核实管理提供细致准确高效的建筑数据，这将极大推动规划管理走向高效化和科学化。

数字三维模型；数字城市；智慧城市；规划管理

1 引言

1.1 规划管理遇到的新问题

规划管理工作是公共事务管理，它有着公共管理的所有特点：受利益侵害主体不确定，受益者的整体性不明确，管理效果见效缓慢，管理怠慢与错误管理难界定等。由于侵害主体强势、侵害获利巨大，使管理人员被侵害主体俘获的情况普遍发生。再加上社会大环境的诚信缺失，同其它行政机构一样，目前管理乱作为、管理不作为和管理无能的情况还没有较为有效的解决办法。为了更好地管理各项事务，各部门常用的方法有：加强监察、外放测绘中介服务机构提供技术服务、开发相应的软件减少人为干预。由于人性的缺陷和制度建设的缺失，前两种方法都难以保证规划管理的公正性。受限于技术发展限制和领导管理理念，第三种方案也还没起到很好的效果，这也是目前研究的重点和难点。如何充分利用技术手段特别是信息化手段提高城市规划审批效率，如何为领导决策提供参考，如何将分散的信息转化为集中的资源，这一系列的现代化管理的要求，只有采用新技术、新方法才能满足现代城市发展日益增长的需要。随着云计算技术的成熟，数字三维模型搭配三维辅助规划管理系统，让城市规划管理已走向信息化。测绘作为信息化数据采集的环节，对规划管理能否真正实现信息化起着关键的作用。

1.2 规划管理中的测绘技术支持

城市规划是指导城市建设、促进社会经济发展的龙头，是引导城市发展的指挥棒。测绘地理信息是城市建设的排头兵和先锋队。项目未定，测绘先行。从城市的基础测绘地理信息资料、具体项目的测绘服务，到城市应急测绘保障，测绘地理信息服务都是一个城市建设发展的基础。

规划管理工作中的测绘服务可以说是自始至终伴其左右。项目立项前，有测绘地理信息查询和分析服务，规划选址前，有基础地形图测绘服务，项目用地审批阶段，有地籍测量服务；项目用地审批完成后，要用地红线拨定定桩测绘服务；在项目设计阶段，还有土方测算、橫断面测绘等测绘服务；项目审批之后要基础验线工作；项目建设过程中，有轴线点投放、变形监测等各项工程测量服务；项目建设完成之后，要竣工验收测绘服务，直到最终项目建设完成，建设区域还要进行测绘基础地理信息数据库的更新服务。因此，新闻报道说是要上什么项目或是什么项目开工，出现在镜头前面的往往都是测绘人员的身影。测绘地理信息服务都是幕后的基础服务工作，但该服务又是十分重要的，测土石方的误差或错误直接影响着工程款的结算，工程测量的误差大小直接决定着建物的质量。所以说，测绘地理信息工作不能有半点差错，所有测绘人员都须认真地做好每项工作。

2 规划审批前和审批时的三维模型应用

规划管理工作按进程可分为审批前、审批中和审批后的管理三类。传统的测绘地理信息服务为规划管理提供了技术保障。随着三维数字模型、数字城市、虚拟仿真城市技术的发展，更有效、更直观的审批手段不断涌现。应用三维数字城市规划审批辅助系统，可以轻松获取准确的三维地物信息，进行直观的三维地物表现、科学的规划方案比选、全面的区域规划演示和规划成果展示、方便的三维浏览、便利的信息检索、快捷的地物信息和量算手段、清晰的变换场景的天气和天空效果、便利的输入输出功能、强大的图层管理功能等。用三维数字模型代替原有的实体模型进行规划审批是目前最重点的应用研究，通过数字三维模型，可以轻松对各规划指标进行控制管理，退让不够的和日照不足的可直观看出，规划审批时需要的容积率、建筑密度等规划指标数据可直接量测。在规划用地选址工作中，通过建立良好的数字三维模型，配合相应的软件，可以使建设项目快速智能选址，特别是对道路工程、水库工程等大土方量工程智能选址，更具有人工无法替代的优势。

总的来说，数字三维模型技术的应用，使规划管理手段更加科学，规划管理相关知识的需求变得很少，让规划管理工作者轻易能上手，解决目前各地普遍存在的规划管理人才严重缺失的大问题。用数字三维模型代替原有的实体模型，使模型的展示更加方便，电脑随身携带，方便领导知晓项目的具体情况，方便相关专家评审讨论。随着全息技术和3D打印技术的发展，数字三维模型结合全息成像技术，可以把设计的建筑按任意比例全息直观呈现在领导和评审专家的面前，虚拟化程度更高，表现更加现实，读图能力要求更低，使规划管理朝专业化更进一步。数字模型的采用也让材料及资源消耗控制在最底水平，促进中国的节能减排政策的实施。天津市在规划管理中推广应用三维数字设计方案辅助决策，一年来应用于200多个重点建设项目，缩短了设计周期，降低了设计费用，大大提高了审批管理效率。天津市规划设计研究院、建筑设计院将数字三维模型技术应用于规划设计和建筑设计，减少了现场调查工作量，提高了设计效率，一年共计节约成本达1570万元。

数字三维模型是三维城市数字库的重要组成，三维城市又是数字城市的重要体现，数字城市、智慧城市现在是各城市科技化的发展方向。数字三维模型可以说是城市现代化水平的重要标志，它具有直观、可视、动态表达城市空间的特点。三维数字城市已经成为数字城市的基础建设内容和发展趋势，作为数字城市的重要组成部门，数字规划的建设在各地都已如火如荼地开展着，只有三维规划审批，才能充分应用三维城市、数字城市的优势，更好地做好城市规划管理。若不应用先进技术，就会让本应走在城市发展前面的规划管理变成拖城市后腿的短板部门，这样的规划管理就只能跟着配合其它管理部门，不能有效地发挥主观能动性，起不到应用的“旗帜”作用。见图1。

图1 城市数字三维模型的构成

3 规划审批后的三维竣工核实

现在的建筑空间结构异常复杂，建部件规模庞大、结构多样，特别是公共建筑，形态各异。传统的竣工核实方法无法准确直观反映项目建设情况，而且应用传统竣工测量方法测绘出具的竣工测量报告，任意一方很容易对测量结果进行修改，这使权力寻租的现象容易产生，特别是房地产开发项目，市场火爆，寻租的动力巨大，有些经不起诱惑的工作人员就会出具虚假的数据而又不容易被发现。因此竣工核实工作需要高精细、全方位、高效率，真实反映数据采集处理手段和快速的三维数字模型构建技术相辅助，才能更科学公正地做好规划核实管理工作。

之前三维建模在国内外都面临着数据采集效率低、精度不高、建模工艺繁琐、信息集成困难等问题，难以适应和满足现代化城市规划管理的要求。随着科学技术的发展，相关学科技术的引进配合，比如无人机技术等，使真三维实体量测和显示进入具体项目办理手段中。原先三维建模要依托飞机航测采集数据，受到天气因素，空域管理等限制，采集周期较长且无法预期，若改为利用无人机技术，可使现三维真实影像快速采集，特别是刚刚上市的四旋翼无人机的应用，让三维真实影像数据采集随心所欲，且高度智能化。目前最先进的四旋翼无人机，上面搭载实时位置和势态测量设备，可以抗6级强风和暴雨，爬升速率达到7.5米/秒，飞行速度达15米/秒，通过悬载的摄影照像设备，可进行悬停拍摄，也可进行预设路线自动拍摄。在5公里范围内，还可实现拍摄数据实时传输，这点对应急保障用图尤为关键。飞机动力为无刷电动机，平稳、安全。把这项四旋翼无人机技术与数字三维影像数据模型相结合，对突发应急用图可以快速真实准确地提供，6小时内可生成数字三维真实影像模型。对规划核实工作中的竣工测量，用地在10万平方米内的项目，都可以在12小时内准确生成数字三维真实影像模型，配合量测工作和数据整理，竣工测绘报告可以在48小时内准确提供。生产的真三维实体影像还可以作为更新数据叠加到数字城市数据库中，实现数字城市、智慧城市数据库的实时更新。应用数字三维真实影像模型，观测精度可达到10公分以内，分辨率达2公分，基本能够达到规划管理中的竣工测量工作的精度要求。若特殊项目要求更高精度的，可以在建筑物周边地面上架设三维激光扫描成像系统，进行建筑物正射影像测量，配合数字三维真实影像模型，就可达到0.5公分的精度。目前的三维激光扫描成像系统已能实现多重乃至无穷多重目标的数字化处理和分析技术。应用包括全球坐标系拼接在内的多种全自动和半自动拼接技术，通过其自带的扫描和数据处理软件，可自动生成高分辨率的贴图纹理网格，自动生成跟照片一样的真实三维模型和三维正射影像模型，实时进行距离、面积、体积的各种空间数据量测。若是隧道、公路、铁路、管线等其它带状建设项目的竣工测量，用移动激光扫描系统这一利器，就可轻松实现带状图的测绘和智能化数字三维模型的生成。见图2。

图2 三维数字测量应用于规划核实管理的关键技术

4 数字三维真实影像模型的拓展应用

经过规划竣工测量建立起来的数字三维真实影像模型，除了更新数字城市中的三维数据库外，还可以进行拓展应用，使数据的价值发挥到极致。数字三维真实影像模型建立好后，在这基础上进行二次深度开发，如旅游系统开发，可开展网上实景旅游展示，古城保护项目方案设计及展示等深度应用。还可以协助公共卫生监督管理、快速处置突发事件等社会公益事务。在当前的地理信息领域，做软件不如做设备，做设备不如做数据，有了数据再加以开发应用，就能达到最高的经济效益，能改变当前地理信息行业都是靠政府出钱开发，“赔本挣吆喝”的行业现象，使地理信息行业朝良性方向发展。

通过数字线划图智能成图系统，依据已建成的数字三维真实影像模型，自动生成线划地形图，方便数字城市中线划地形图库的更新。应用此方法进行地形图测绘，因其仅需少量GPS基站控制点，减少了外业工作量，减轻了外业作业难度；内业数据处理自动化程度高，DEM产品制作效率显著提高，缩短了产品制作周期；激光具有穿透性，通过全波形回波技术，可获取树下地形，制作的DEM高程精度可达到0.1-0.2米；通过高密集机载点云自动内插等高线，仅需少量人工编辑即可获取等高线要素，山区线划图测绘效率显著提高，降低了测图作业成本。

把数字三维模型应用于规划管理，可以提升城市管理水平，为管理提供详实、准确、科学的信息支撑。数字三维模型的应用，让项目在设计审批阶段就虚拟出建设后的景像，让设计更加合理，更加美观。以此管理，让城市面貌更加美丽，为重大城市建设项目提供了重要的技术支撑，显著提升城市建设水平；数字三维模型的应用，增强公众社会化服务能力，为公众积极参与城乡建设与管理提供了新颖、直观、可视化的服务平台；数字三维模型的应用，提高设计规划效率，节省大量现状调查、方案策划、规划设计时间。

5 结束语

作为智能城市的另一典型应用——智能城市管理，智能城市管理中的城市部件管理需要先对城市部件进行建库，通过建立城市部件的特征，运用特征识别模式在数字三维真实影像模型中自动识别城市部件进行建库，就能省下城市部件数据库建库的工作和城市规划成果展示等相关投入，可以产生较大的经济和社会效益。

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