三维GIS在智慧城市有效运用

■黄盖

（新疆巴州国土资源勘测规划设计院 新疆 库尔勒841000）

三维GIS在智慧城市有效运用

■黄盖

（新疆巴州国土资源勘测规划设计院 新疆 库尔勒841000）

智慧城市是城市化发展中出现的一种全新理论，在世界众多国家地区得到了实践应用，有效解决了城市发展中遇到的重要难题，随着全球经济的高速发展，智慧城市的建设将会从理论层面向着实践层面得到有效验证，成为城市发展中势不可挡的潮流趋势。三维GIS广泛应用于地理信息的获取分析方面，同样适用于智慧城市的构建，为其构建的辐射范围创造了更加广泛的空间。

三维GIS智慧城市有效运用

0 前言

伴随人口数量的逐渐增长，社会矛盾的日益激化，在城镇化发展建设中各种矛盾逐渐浮出水面，国内一些城市中由于城市规划不合理导致的事故，给予政府部门城市规划人员在开展规划工作时血的教训，如何进行合理科学的规划，进行有效规范化的组织管理成为城市化进程中关注的重点内容。三维GIS在智慧城市的规划构建中体现出了不可比拟的数字智能化特征，实现了对各种物质流与信息流的合理配置，有效解决城市发展出现的棘手问题，切实保障了城市安全，越加成为具有实用性信任度高、功能强大的技术支撑。

1 智慧城市与GIS基本概述

1.1 智慧城市

智慧城市是社会与科学技术发展程度的体现，是一座城市发展到一定程度的高级形态，知识技术在这种形态下显得越加重要，这种情况下先进的技术应用于社会生产当中，充分与信息技术相结合，极大地提高了社会生产效率，带来了巨大效益。信息技术在智能城市中的应用十分广泛，充当了促进社会发展的重要推手，这要求城市规划人员对城市发展模式做出构思设想，确保各个产业在城市系统中能够健康良好发展。智慧城市重点体现在“智慧”方面，涵盖的内容主要是智慧形式的产业、生活与应用项目，首先智慧应用项目在城市发展中显得较为重要，主要是与民生有关的基础设施建设。根据相关调查，在我国众多城市中符合构建标准的城市大约有一百五十多座，投资金额大约为一万亿以上，投资金额是一个庞大的数字，由于目前相关城市规划人员的短缺，相关工作人员的能力素质参差不齐，智慧城市的构建面临很多阻碍。因此在构建当中首先要对所在城市有全面的认识，认识到当前城市发展现状，然后提出未来发展构想，政府等相关部门组织需要做好哪些配合工作，依次从人员、资金方面做好规划，从而推动城市化进程，为经济发展做出促进作用。长期坚持可持续发展的科学发展观，注重对资源的有效利用，注重对生态环境的保护与资源节约，促进智慧城市建设的深化改革。

1.2 GIS

GIS与GPS都是地理定位系统的重要理论，多用于地质勘探、航天航空等领域。GIS是中文地理信息系统的含义，在实际应用中不是一种孤立的系统，是与计算机信息技术有机结合的整体，由计算机软件或硬件搜集、保存地理数据信息，规划人员能够从获取的大量数据信息，从中进行筛选，了解到所在地区的地质条件。GIS不仅只是涉及到地理学方面的知识理论，还涉及到与之相关的计算机、遥感技术。在具体应用中需要建模与建立数据库，主要处理数据信息。此技术应用范围广泛，在构建智慧城市当中，规划人员应对其合理利用，以发挥出其技术对于城市规划、测绘的作用[1]。

三维GIS是三维地理信息系统的简称，其整体构架主要分为数据层、业务逻辑层与应用层。在数据层中含有系统中的全部地理信息，数据信息在场景系统中的数量繁多，会影响到场景的加载度与浏览通畅性，通常为了维持这两种属性需要对模型进行优化，创造具有层次感的三维场景，对基础平台实现有效调节。业务逻辑层主要承担的任务有数据的调用、集纳分析，三维场景的定位查询与浏览等系统中具有的业务功能。应用层是联系系统与用户之间的重要纽带，可对系统中的功能直接调用，对三维场景直接浏览，以直观的角度浏览规划建设模型，针对规划中发现的错误内容更改调整、完善创新。

2 三维GIS的关键技术分析

三维GIS是三维地理信息系统的简称，其研究对象也是从二维逐渐转向三维，研究对象之间的空间形态结构之间关系越加复杂，对数据模型的建立与技术方法的应用发生了很大的改观。这种技术实现了一体化三维实体空间的完美呈现，具有精确度高、高效集成化的优点，随着其技术的逐渐完善成熟，实时可视化得到了重点关注，并取得了系统性的突破。

2.1 真三维GIS数据模型

对于智慧城市的地理空间状况的分析，需要建立三维空间数据模型。传统三维空间数据模型具有局限性，只是针对于某些特定领域适用，而且数据种类又比较单一，在很多特性表达方面不具有一致性，对多源异构形式的数据表示受到限制，通常还需通过在线方式实现坐标与数据结构之间的相互转换，这些原因致使三维GIS系统的有效利用受到限制，很难保证精确表达空间信息，实现动态更新与维护更是难上加难。由此可见传统形式的三维GIS有着诸多弊端，很难对空间信息数据做好精细化管理。基于这些不足之处，真三维GIS模型很好地弥补了这些漏洞，很好地诠释了空间对象几何等相关理论之间的关联，实现了包括数据结构等在内的几何纹理多细节多层次的精确性表达，充分体现了物联网信息的关联性。这种模型对国际上通用的专用模型做出了适当扩展，针对地理环境进行划分，对三维空间数据信息的处理更有针对性。

2.2 三维GIS集成建模

三维GIS集成建模具有显著的精确高效性，从2010年开始国家对此提高关注度与加大建设力度，提出了相关建模技术规范，使在智慧城市构建中的规划设计、建设管理方面更具规范性，在三维建模方面更加规范。国家在此方面也对模型数据的采集制作等方面确立了具体内容，随着关于测量方面技术的速度更加快速，精度更加精确，对三维信息的处理效果得到了显著提高，研究重心越加倾向于地物的自动重建，技术方案选择越加丰富多样，对其技术能够从真正意义上的普及应用推广提供了有利保障。每个城市有着各自独具特色的精神文化，自然、人文景观也是不尽相同，因此在三维建模方面还是存在一定的困难，实践起来依旧复杂，针对于不同环境，决定了三维建模使用方法的不同，为此需要依照现有的地图信息条件，从多角度出发获取到高分辨率的影像资料，运用人工交互式建模方法，这是日后很长一段时间对于三维GIS建模确保精度与效率的重要途径[2]。

伴随三维建模技术方法的不断完善，三维GIS技术与其它三维建模方法的有机结合，使其成为在智慧城市构建中建筑等模型的建立方面当前一种新型前沿技术。

2.3 三维GIS数据的组织管理模式

针对二维地理空间数据的管理具有高效性，相比较而言高效组织管理技术已很成熟。对于相对复杂不均匀的三维空间数据模型的组织管理仍然需要攻克很多难题，在城市级综合应用中仍然面临挑战。

对于高效地组织管理三维GIS数据主要存在的技术问题有两个方面，一是模型数据数量庞大，三维空间对象纷繁复杂，空间分布不均匀，结构与非结构化的二维纹理数据、三维几何数据之间在数据密度方面存在矛盾；二是实时可视化的应用具有复杂性，引起计算密集问题，传统可视化系统的装载一次性即可完成，但是处理数据数量受到限制，需要绑定常用的软件与处理数据。基于三维GIS数据实现高效的组织管理模式存在的技术问题挑战，国际一直致力于解决存在的技术瓶颈的相关研究，统一归纳基本模型与结构，避免模型在转换中浪费时间与空间，在系统研制上更加完善[3]。

2.4 实时三维GIS的应用

智慧城市的每个角落都会存在信息的影子，信息在智慧城市中将会得到传播与广泛的应用，信息将会出现在智慧城市的方方面面，发挥的作用无处不在，随着人与事物的改变而改变，全程感知推理与计算的可行性。承载信息量大，能够承载大量的物联网与通过遥感技术获取的信息。实时三维GIS在智慧城市中相当于神经中枢，对城市安全做出了重要的保障作用。随着其技术的逐渐完善，正在向着更高层次的VGE方向发展，形成一条多功能的信息链路，将虚拟的数字世界与现实世界相结合。

2.5 高性能的三维可视化

三维GIS的基本功能体现在三维可视化，可视化具有真实感，这是与传统二维形式的不同之处，纹理调节与几何特征对真实感的体现具有决定性作用，真实感的呈现需要人机交互的协调统一，图像质量保证稳定，场景效果保证形象逼真。但是由于立体空间场景较为复杂，很难做到人机交互的实时性与场景呈现的逼真性，要想提高逼真精细效果，需要进行大量的实时实时绘制图形工作，这是可视化实现真实感的重点难题。

传统三维GIS可视化在智慧城市中的实际应用受到很多方面的限制，在数据获取分析上需要提前经过大量的时间做全局优化处理，对大范围场景的呈现受到限制，视觉效果不是很清晰，容易产生跳变现象，提高这种形式可视化真实感的主要方法有加速图形硬件、对场景细节层次进行场景、并行绘制。高性能三维GIS可视化将计算机图形充分利用，空间数据组织管理更加高效，动态调度机制越加完善，局部动态装载得到了优化，能够对实时绘制复杂的三维场景，满足了对于不同场景的可视化呈现与分析[4]。

值得一提的是可视化与空间分析的关系越来越密切，日趋一体化。传统三维可视化适用于小范围的场景数据分析，很难维持空间决策的持续进行。随着三维GIS技术的逐渐发展完善，在实际应用中的问题将会得到解决，应用范围不仅仅只是局限于陆地，未来将会延伸到海洋、领空方面。

3 结论

通过以上的论述可知，本文从两个方面对三维GIS及在智慧城市有效运用展开了论述。从二维GIS到三维GIS是地理信息系统发展取得的重大进步，以其全面准确的特点更好地为大众提供服务。智慧城市是城市发展到一定程度的高级状态，是推进城市化进程的重要举措，三维GIS技术在智慧城市中的广泛应用，为其构建注入新鲜的动力，尽管其技术具有很多优势，但是在具体应用中并不是一帆风顺，当前依然需要面对巨大挑战，为此还需要对数据结构等方面进行优化，实行更高层次的高效组织管理模式，加入新型实用的方法技术。

[1]梁军,黄骞.从数字城市到智慧城市的技术发展机遇与挑战 [J].地理信息世界，2013,01: 81-86+102.

[2]高昭良.智慧城市——数字城市全新升级版 [J].福建建设科技,2013,03:90-93.

[3]曹茂春,齐雄,金毅.智慧城市的探讨与实践 [J].智能建筑与城市信息，2013,08:94-100.

[4]钟耳顺.地理控制与实况地理学——关于GIS发展的思考 [J].地球信息科学学报，2013,06:783-792.

P62[文献码]B

1000-405X（2016）-12-302-1