三维规划辅助决策系统的设计与实现

[摘要]本文针对数字城市建设应用示范，以基于三维数字地球平台软件SkyLine开发的三维规划辅助决策系统为例，阐述了该三维场景数据处理和系统功能设计，对其应用前景进行了展望。

[关键词] 数字城市；SkyLine；三维规划；应用示范

1 前言

“数字城市”是通过综合运用3S（地理信息系统GIS、遥感RS、全球定位系统GPS）、网络、多媒体及虚拟仿真等技术，对城市的基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的技术系统。

三维规划辅助决策系统基于全球先进的三维数字地球平台软件skyline开发，旨在满足规划业务的相关需求，基于将地理信息系统、遥感与虚拟现实等技术集成，将实景建筑运用三维倾斜摄影技术，在较少人工干预的情况下建立三维实景模型，并集成地理信息底图数据和规划专题数据构建三维地理信息场景，实现与规划业务相关的GIS功能，从而为城市管理提供三维可视化的决策手段。

2 系统平台的选取

本系统采用SkyLine系列软件作为系统的优秀三维数字地球平台，它拥有国际领先的三维数字化显示技术，可以利用海量的多源多尺度的遥感影像数据、航空影像数据以及其他二三维数据搭建出一个对真实世界进行模拟的三维场景。

具有以下几个特点：

（1）产品覆盖面广，囊括了三维场景制作，嵌入式二次开发、网络发布等整个流程；

（2）支持多源数据接入，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）通过流访问方式可集成多尺度的数据量，它制作的三维场景小到城市，大到全球；

（4）三维虚拟漫游运行流畅，用户体验良好；

（5）能够支持B/S架构下建立三维场景，制作网络应用程序；

3 三维场景数据处理与建立

三维场景是整个系统的核心，是所有功能实现的基础，对于整个系统来说有着至关重要的作用，三维场景的质量直接体现在漫游效果中，给使用者一个真实客观的场景重现。

本系统三维场景数据基于航空影像立体相对提取，从倾斜影像中提取建筑物的顶部及侧面纹理的技术流程制作标准模型。即飞机进行航空倾斜影像采集的同时，由GPS同步记录倾斜相机的空间位置，通过对倾斜影像定向进一步确定影像的空间位置及空间姿态，满足倾斜影像贴图要求；倾斜影像定位以机载LiDAR数据制作的DEM、DOM作为倾斜影像定位的辅助数据，采用人工干预的方式得到与模型坐标系相同的空间坐标信息，对重点建筑物、临街建筑物区域在白模的基础上进行模型结构细化、贴图工作。

3.1建模流程

①在数字化测图模块中恢复影像立体，在立体的环境下人工测量建筑物顶部轮廓特征点、线，获得准确的二维数据。

②在立体的环境下生产数据DEM模型，根据立体采集的要求对DEM模型进行人工编辑。

③在软件下以DEM为辅助建筑物高程生成三维模型。

④进行移动、合并、增加、删除特征点等操作，使建筑物轮廓更准确。

⑤人工选择需要进行贴图的模型，软件自动计算、选择相应位置的倾斜影像，并使用列表的形式将影像数据进入甄选状态。通过综合判断影像位置、偏转角度、建筑及植被遮挡，选择最合适影像进行贴图。

图1 三维模型场景效果图

4 系统功能

图2 系统功能

系统功能主要包括基本操作、决策分析、查询定位、编辑设计和系统设置等，如图2所示。

4.1基本功能

基本操作主要包括GIS基本功能、虚拟漫游功能、多视点定位和编辑、空间定位、导航图和动画导航等。

4.2决策分析

4.2.1 日照分析

对城市空间中建筑不同时间段、不同节气的日照情况进行实时模拟。应用日照分析功能，可以观察到特定建筑物的阴影对其他建筑物的影响。

4.2.2 通视分析

通视分析是选定特定地点作为视点位置，分析视线所能到达的范围，这一功能可以用于分析某一个或某几个建筑物是否会遮挡其他建筑物。

4.2.3 缓冲区分析

缓冲区分析是根据设定的缓冲区（点、线），对缓冲区内的建筑物进行查询统计分析。

4.2.4里面和剖面分析

利用生成沿街立面图片功能可以在确定街道的起点和终点后，自动生成街道立面图，这一功能对于辅助城市设计、控制街道景观等非常有意义。除立面生成外，剖面生成的目标是能够将三维场景中的建筑、室内空间、道路以及地下空间生成剖面图。

4.2.5淹没分析

系统能够对洪水淹没进行三维可视化分析。不仅可以根据水位高度显示并测量分析淹没区域，同时能对淹没进行动态现实。

4.2.6 多方案比较

规划审批管理过程中经常需要处理多方案比较的问题，系统要具有多方案比较功能，便于将不同的方案放在完全相同的场景中进行比较，充分保证方案比较的公正公平。系统使用者可以自由的切换当前显示哪个方案，也可以切换到双屏或多屏屏显示模式，同时观察两个或多个方案。

4.3 查询定位

在三维空间中对城市空间中的相应物体信息能够进行实时查询。在场景中选中建筑物，界面就要弹出这个建筑物的信息如规划建筑的相应指标建筑物的属性（如建筑物名称、层数、高度、容积率、建筑面积、占地面积、建成时间等）。

4.4编辑设计

能够根据规划管理需要，设置并保存观察场景的视点位置，将最佳的观察位置和观察角度保存下来，以缩略图的形式显示在特定场景窗口中，单击特定场景缩略图，就可以方便的切换到相应的场景。

特定场景要支持分组功能，关于管理有内在逻辑关系的特定场景。可依据特定场景随时输出想要的相关角度图片并打印出图。

4.5 系统设置

系统设置主要包括风格选择、隐藏背景、显示状态信息、显示比例尺和隐藏导航栏等功能。

图3 三维规划辅助决策系统界面

5 结束语

数字城市是人类2l世纪的生存方式，是城市高度信息化、智能化、虚拟化和灵敏化的具体体现。三维规划辅助决策系统为规划的编制与审批、建设项目的审批提供决策依据，从而提高规划决策的合理性和准确性。

参考文献

[1] 王明山，罗帅伟，张波等.基于SkyLine的数字城市空间地理信息系统的设计与实现[J].北京测绘.2013，（10）：26-29.

[2] 甘迎娟，周伟杰.基于航测的数字城市三维建模技术[J].地球.2013，（10）：130-131.

[3] 丰勇.3维数字城市建模技术及应用探讨[J].测绘与空间地理信息.2013，（3）：72-74.

作者简介

祁晨，（1982年6月-），男，新疆奎屯人，硕士，地理信息系统工程师，主要从事遥感和地理信息系统应用、数字城市项目管理工作。

通讯地址：新疆乌鲁木齐市中山路462号广场联合办公大厦A-19楼

邮编：830002

邮箱：12602284@qq.com

联系电话：185-9917-5558endprint

[摘要]本文针对数字城市建设应用示范，以基于三维数字地球平台软件SkyLine开发的三维规划辅助决策系统为例，阐述了该三维场景数据处理和系统功能设计，对其应用前景进行了展望。

[关键词] 数字城市；SkyLine；三维规划；应用示范

1 前言

“数字城市”是通过综合运用3S（地理信息系统GIS、遥感RS、全球定位系统GPS）、网络、多媒体及虚拟仿真等技术，对城市的基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的技术系统。

三维规划辅助决策系统基于全球先进的三维数字地球平台软件skyline开发，旨在满足规划业务的相关需求，基于将地理信息系统、遥感与虚拟现实等技术集成，将实景建筑运用三维倾斜摄影技术，在较少人工干预的情况下建立三维实景模型，并集成地理信息底图数据和规划专题数据构建三维地理信息场景，实现与规划业务相关的GIS功能，从而为城市管理提供三维可视化的决策手段。

2 系统平台的选取

本系统采用SkyLine系列软件作为系统的优秀三维数字地球平台，它拥有国际领先的三维数字化显示技术，可以利用海量的多源多尺度的遥感影像数据、航空影像数据以及其他二三维数据搭建出一个对真实世界进行模拟的三维场景。

具有以下几个特点：

（1）产品覆盖面广，囊括了三维场景制作，嵌入式二次开发、网络发布等整个流程；

（2）支持多源数据接入，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）通过流访问方式可集成多尺度的数据量，它制作的三维场景小到城市，大到全球；

（4）三维虚拟漫游运行流畅，用户体验良好；

（5）能够支持B/S架构下建立三维场景，制作网络应用程序；

3 三维场景数据处理与建立

三维场景是整个系统的核心，是所有功能实现的基础，对于整个系统来说有着至关重要的作用，三维场景的质量直接体现在漫游效果中，给使用者一个真实客观的场景重现。

本系统三维场景数据基于航空影像立体相对提取，从倾斜影像中提取建筑物的顶部及侧面纹理的技术流程制作标准模型。即飞机进行航空倾斜影像采集的同时，由GPS同步记录倾斜相机的空间位置，通过对倾斜影像定向进一步确定影像的空间位置及空间姿态，满足倾斜影像贴图要求；倾斜影像定位以机载LiDAR数据制作的DEM、DOM作为倾斜影像定位的辅助数据，采用人工干预的方式得到与模型坐标系相同的空间坐标信息，对重点建筑物、临街建筑物区域在白模的基础上进行模型结构细化、贴图工作。

3.1建模流程

①在数字化测图模块中恢复影像立体，在立体的环境下人工测量建筑物顶部轮廓特征点、线，获得准确的二维数据。

②在立体的环境下生产数据DEM模型，根据立体采集的要求对DEM模型进行人工编辑。

③在软件下以DEM为辅助建筑物高程生成三维模型。

④进行移动、合并、增加、删除特征点等操作，使建筑物轮廓更准确。

⑤人工选择需要进行贴图的模型，软件自动计算、选择相应位置的倾斜影像，并使用列表的形式将影像数据进入甄选状态。通过综合判断影像位置、偏转角度、建筑及植被遮挡，选择最合适影像进行贴图。

图1 三维模型场景效果图

4 系统功能

图2 系统功能

系统功能主要包括基本操作、决策分析、查询定位、编辑设计和系统设置等，如图2所示。

4.1基本功能

基本操作主要包括GIS基本功能、虚拟漫游功能、多视点定位和编辑、空间定位、导航图和动画导航等。

4.2决策分析

4.2.1 日照分析

对城市空间中建筑不同时间段、不同节气的日照情况进行实时模拟。应用日照分析功能，可以观察到特定建筑物的阴影对其他建筑物的影响。

4.2.2 通视分析

通视分析是选定特定地点作为视点位置，分析视线所能到达的范围，这一功能可以用于分析某一个或某几个建筑物是否会遮挡其他建筑物。

4.2.3 缓冲区分析

缓冲区分析是根据设定的缓冲区（点、线），对缓冲区内的建筑物进行查询统计分析。

4.2.4里面和剖面分析

利用生成沿街立面图片功能可以在确定街道的起点和终点后，自动生成街道立面图，这一功能对于辅助城市设计、控制街道景观等非常有意义。除立面生成外，剖面生成的目标是能够将三维场景中的建筑、室内空间、道路以及地下空间生成剖面图。

4.2.5淹没分析

系统能够对洪水淹没进行三维可视化分析。不仅可以根据水位高度显示并测量分析淹没区域，同时能对淹没进行动态现实。

4.2.6 多方案比较

规划审批管理过程中经常需要处理多方案比较的问题，系统要具有多方案比较功能，便于将不同的方案放在完全相同的场景中进行比较，充分保证方案比较的公正公平。系统使用者可以自由的切换当前显示哪个方案，也可以切换到双屏或多屏屏显示模式，同时观察两个或多个方案。

4.3 查询定位

在三维空间中对城市空间中的相应物体信息能够进行实时查询。在场景中选中建筑物，界面就要弹出这个建筑物的信息如规划建筑的相应指标建筑物的属性（如建筑物名称、层数、高度、容积率、建筑面积、占地面积、建成时间等）。

4.4编辑设计

能够根据规划管理需要，设置并保存观察场景的视点位置，将最佳的观察位置和观察角度保存下来，以缩略图的形式显示在特定场景窗口中，单击特定场景缩略图，就可以方便的切换到相应的场景。

特定场景要支持分组功能，关于管理有内在逻辑关系的特定场景。可依据特定场景随时输出想要的相关角度图片并打印出图。

4.5 系统设置

系统设置主要包括风格选择、隐藏背景、显示状态信息、显示比例尺和隐藏导航栏等功能。

图3 三维规划辅助决策系统界面

5 结束语

数字城市是人类2l世纪的生存方式，是城市高度信息化、智能化、虚拟化和灵敏化的具体体现。三维规划辅助决策系统为规划的编制与审批、建设项目的审批提供决策依据，从而提高规划决策的合理性和准确性。

参考文献

[1] 王明山，罗帅伟，张波等.基于SkyLine的数字城市空间地理信息系统的设计与实现[J].北京测绘.2013，（10）：26-29.

[2] 甘迎娟，周伟杰.基于航测的数字城市三维建模技术[J].地球.2013，（10）：130-131.

[3] 丰勇.3维数字城市建模技术及应用探讨[J].测绘与空间地理信息.2013，（3）：72-74.

作者简介

祁晨，（1982年6月-），男，新疆奎屯人，硕士，地理信息系统工程师，主要从事遥感和地理信息系统应用、数字城市项目管理工作。

通讯地址：新疆乌鲁木齐市中山路462号广场联合办公大厦A-19楼

邮编：830002

邮箱：12602284@qq.com

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[摘要]本文针对数字城市建设应用示范，以基于三维数字地球平台软件SkyLine开发的三维规划辅助决策系统为例，阐述了该三维场景数据处理和系统功能设计，对其应用前景进行了展望。

[关键词] 数字城市；SkyLine；三维规划；应用示范

1 前言

“数字城市”是通过综合运用3S（地理信息系统GIS、遥感RS、全球定位系统GPS）、网络、多媒体及虚拟仿真等技术，对城市的基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的技术系统。

三维规划辅助决策系统基于全球先进的三维数字地球平台软件skyline开发，旨在满足规划业务的相关需求，基于将地理信息系统、遥感与虚拟现实等技术集成，将实景建筑运用三维倾斜摄影技术，在较少人工干预的情况下建立三维实景模型，并集成地理信息底图数据和规划专题数据构建三维地理信息场景，实现与规划业务相关的GIS功能，从而为城市管理提供三维可视化的决策手段。

2 系统平台的选取

本系统采用SkyLine系列软件作为系统的优秀三维数字地球平台，它拥有国际领先的三维数字化显示技术，可以利用海量的多源多尺度的遥感影像数据、航空影像数据以及其他二三维数据搭建出一个对真实世界进行模拟的三维场景。

具有以下几个特点：

（1）产品覆盖面广，囊括了三维场景制作，嵌入式二次开发、网络发布等整个流程；

（2）支持多源数据接入，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）通过流访问方式可集成多尺度的数据量，它制作的三维场景小到城市，大到全球；

（4）三维虚拟漫游运行流畅，用户体验良好；

（5）能够支持B/S架构下建立三维场景，制作网络应用程序；

3 三维场景数据处理与建立

三维场景是整个系统的核心，是所有功能实现的基础，对于整个系统来说有着至关重要的作用，三维场景的质量直接体现在漫游效果中，给使用者一个真实客观的场景重现。

本系统三维场景数据基于航空影像立体相对提取，从倾斜影像中提取建筑物的顶部及侧面纹理的技术流程制作标准模型。即飞机进行航空倾斜影像采集的同时，由GPS同步记录倾斜相机的空间位置，通过对倾斜影像定向进一步确定影像的空间位置及空间姿态，满足倾斜影像贴图要求；倾斜影像定位以机载LiDAR数据制作的DEM、DOM作为倾斜影像定位的辅助数据，采用人工干预的方式得到与模型坐标系相同的空间坐标信息，对重点建筑物、临街建筑物区域在白模的基础上进行模型结构细化、贴图工作。

3.1建模流程

①在数字化测图模块中恢复影像立体，在立体的环境下人工测量建筑物顶部轮廓特征点、线，获得准确的二维数据。

②在立体的环境下生产数据DEM模型，根据立体采集的要求对DEM模型进行人工编辑。

③在软件下以DEM为辅助建筑物高程生成三维模型。

④进行移动、合并、增加、删除特征点等操作，使建筑物轮廓更准确。

⑤人工选择需要进行贴图的模型，软件自动计算、选择相应位置的倾斜影像，并使用列表的形式将影像数据进入甄选状态。通过综合判断影像位置、偏转角度、建筑及植被遮挡，选择最合适影像进行贴图。

图1 三维模型场景效果图

4 系统功能

图2 系统功能

系统功能主要包括基本操作、决策分析、查询定位、编辑设计和系统设置等，如图2所示。

4.1基本功能

基本操作主要包括GIS基本功能、虚拟漫游功能、多视点定位和编辑、空间定位、导航图和动画导航等。

4.2决策分析

4.2.1 日照分析

对城市空间中建筑不同时间段、不同节气的日照情况进行实时模拟。应用日照分析功能，可以观察到特定建筑物的阴影对其他建筑物的影响。

4.2.2 通视分析

通视分析是选定特定地点作为视点位置，分析视线所能到达的范围，这一功能可以用于分析某一个或某几个建筑物是否会遮挡其他建筑物。

4.2.3 缓冲区分析

缓冲区分析是根据设定的缓冲区（点、线），对缓冲区内的建筑物进行查询统计分析。

4.2.4里面和剖面分析

利用生成沿街立面图片功能可以在确定街道的起点和终点后，自动生成街道立面图，这一功能对于辅助城市设计、控制街道景观等非常有意义。除立面生成外，剖面生成的目标是能够将三维场景中的建筑、室内空间、道路以及地下空间生成剖面图。

4.2.5淹没分析

系统能够对洪水淹没进行三维可视化分析。不仅可以根据水位高度显示并测量分析淹没区域，同时能对淹没进行动态现实。

4.2.6 多方案比较

规划审批管理过程中经常需要处理多方案比较的问题，系统要具有多方案比较功能，便于将不同的方案放在完全相同的场景中进行比较，充分保证方案比较的公正公平。系统使用者可以自由的切换当前显示哪个方案，也可以切换到双屏或多屏屏显示模式，同时观察两个或多个方案。

4.3 查询定位

在三维空间中对城市空间中的相应物体信息能够进行实时查询。在场景中选中建筑物，界面就要弹出这个建筑物的信息如规划建筑的相应指标建筑物的属性（如建筑物名称、层数、高度、容积率、建筑面积、占地面积、建成时间等）。

4.4编辑设计

能够根据规划管理需要，设置并保存观察场景的视点位置，将最佳的观察位置和观察角度保存下来，以缩略图的形式显示在特定场景窗口中，单击特定场景缩略图，就可以方便的切换到相应的场景。

特定场景要支持分组功能，关于管理有内在逻辑关系的特定场景。可依据特定场景随时输出想要的相关角度图片并打印出图。

4.5 系统设置

系统设置主要包括风格选择、隐藏背景、显示状态信息、显示比例尺和隐藏导航栏等功能。

图3 三维规划辅助决策系统界面

5 结束语

数字城市是人类2l世纪的生存方式，是城市高度信息化、智能化、虚拟化和灵敏化的具体体现。三维规划辅助决策系统为规划的编制与审批、建设项目的审批提供决策依据，从而提高规划决策的合理性和准确性。

参考文献

[1] 王明山，罗帅伟，张波等.基于SkyLine的数字城市空间地理信息系统的设计与实现[J].北京测绘.2013，（10）：26-29.

[2] 甘迎娟，周伟杰.基于航测的数字城市三维建模技术[J].地球.2013，（10）：130-131.

[3] 丰勇.3维数字城市建模技术及应用探讨[J].测绘与空间地理信息.2013，（3）：72-74.

作者简介

祁晨，（1982年6月-），男，新疆奎屯人，硕士，地理信息系统工程师，主要从事遥感和地理信息系统应用、数字城市项目管理工作。

通讯地址：新疆乌鲁木齐市中山路462号广场联合办公大厦A-19楼

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