南宁市三维规划管理系统设计

谢乐琦，廖英伶，欧达城，李宝林，黄 敏

（1.广西大学 数学与信息科学学院，广西 南宁 530004）

南宁市三维规划管理系统设计

谢乐琦1，廖英伶1，欧达城1，李宝林1，黄 敏1

（1.广西大学 数学与信息科学学院，广西 南宁 530004）

三维规划管理系统建设已经成为城市规划管理的热点。从协同规划管理的角度研究了三维规划管理系统的设计过程，系统设计主要包括总体框架设计和系统结构设计。总体框架设计采用局域网、公务网和因特网三网融合的网络结构，选择了适合的基于Web Server、WebGIS数据库的软件平台。研究了以数据层、平台层、应用层构成的系统结构框架下的相应系统功能和数据结构。

GIS；三维；规划设计

随着我国城市化进程的加快，传统的二维规划已无法满足城市规划设计与管理的要求，三维规划的应用顺势而来。经过30多年的发展，GIS在我国的各行各业已经得到广泛应用。三维GIS辅助城市规划工作已成为三维GIS技术的一个重要应用方向[1]。城市规划中面临的诸多问题急需三维GIS技术的支撑。目前，我国三维GIS发展势头良好，许多城市在三维规划方面已取得不错的成果[2]。广西在数字化三维规划管理技术的研究应用方面还远远落后于国内先进水平，因而推动广西的规划设计与管理的数字化进程势在必行。

1 总体框架设计

1）硬件、网络环境的配置。系统运行的网络环境是由规划局、设计院、勘测院等多部门的局域网、公务网和因特网组成的一个有机整体，不同的网络环境之间采用严格的物理隔离和逻辑隔离，定期通过中间数据转换服务器实现三网的数据交换和同步。数据交换以内网为核心，涉及三网之间的相互转换。

2）软件平台。系统采用B/S的体系结构，软件主要包括Web Server平台、WebGIS平台、数据库平台。由于微软的网络产品技术比较成熟、维护方便，同时考虑到和Web Server平台以及内网平台的结合，本系统Web Server平台选择了Windows2000 Advanced Server+IIS5．0[3]。WebGIS平台选用ArcGIS及其提供的空间数据引擎ArcSDE来连接数据库，ArcGIS通过ArcSDE可以在DBMS中轻而易举地管理一个共享、多用户空间数据库。考虑到本系统运行涉及大量矢量、栅格地图，为有效管理海量空间信息及其属性信息，同时为了保证数据库系统的跨界运行，系统数据库平台选择了MS SQL Server。

2 系统结构

2.1 系统框架设计

根据系统的逻辑结构可将系统划分为数据层、平台层、应用层三层结构，如图1所示。数据层采用实地拍照勘测方式或者从航拍相片、遥感影像等方式采集原始数据并对其进行处理，获得DRG、DLG、DOM、DEM等勘测资料及相关属性数据[4]。平台层采用的信息技术主要包括因特网技术、3S技术、数字化野外测量技术、CAD技术、虚拟现实技术等[5]。根据采集转换的数据，通过可视化软件调用并生成可实时交互的三维图形界面，并可以用数字模型对现实地理空间的现象和过程进行模拟和仿真。南宁三维规划系统的应用层旨在通过对已有的数据资源和实际情况的分析，建立合理的数据模型来解决南宁市的城市规划建设问题。

图1 三维规划系统总体框架设计图

2.2 功能模块图设计

功能模块图如图2所示。

图2 功能模块图

1）三维功能。系统支持多方案、多窗口、多图层、多信息处理。同一个项目中可以同时包含多个方案，可以进行方案比较；可以打开与方案对应的单视口的透视图窗口、顶视图窗口和断面视图窗口，还可以打开多视口的布局窗口；利用图层控制物体的显示或隐藏、物体是否允许被编辑以及物体所属的规划元素类型，并以图层为基础设定方案；可以将三维场景、规划数据和动画有机地集成于一体。

提供模型修改、材质修改、模型库、辅助工具和测量功能。可对模型进行移动、旋转、比例调整、删除、复制、阵列、替换等多种修改操作；为美化场景，系统提供材质编辑；利用模型库可以缩短建模时间，快速创建或美化三维场景，系统提供捕捉点辅助工具。

2）数据功能。可根据三维场景自动计算规划数据，包括建筑的高度、层数、基底面积、建筑面积、所属地块；地块的用地面积、建筑面积、建筑基底面积、容积率、建筑密度、道路中线长度。在系统中，携带规划数据的最小单元叫作规划元素，一个规划元素可以对应一个或多个三维模型。为了满足规划设计的需要，系统中内置了三大规划元素——建筑、用地、道路中心线；还可以根据需要添加新的规划元素，同时可以根据需要扩展或删除规划元素的属性或字段。数据表中的某些字段的值由系统根据三维场景自动生成并实时更新；某些字段的值则由用户填写。系统提供常规的计算、统计和导出等数据表功能。内置了用地平衡表的计算方程，可以随时生成与三维场景保持一致的用地平衡表。可对数据进行模糊查找和高级查找，查找的基础是规划元素数据表中记录的信息，根据查找结果可以在三维场景中快速选中查找到的物体。

3）交流功能。系统提供多种漫游工具，可以利用键盘、鼠标和软键盘等方式进行基本漫游操作；另外还提供了窗口缩放、最佳视角、平移、盘旋、选择集盘旋等多种便于交流的漫游工具。支持鼠标定位、特定场景、动画以及输出成avi格式；可设定视觉走廊并沿视觉走廊漫游，利用视觉走廊功能可以模拟人沿景观大道欣赏两侧景观的过程，用户可以基于场景中已经存在的任意线条快速生成视觉走廊，沿视觉走廊漫游的过程中可以随意改变观察的方向。系统提供布局管理器，可预定义演示汇报的流程；利用布局管理器功能，设计师可以预定义演示汇报的流程，在交流时只需顺序播放布局页即可，布局页中的每个窗口都是可激活的，播放布局页的过程也可以进行动态漫游等操作。

4）数据存储管理。数据存储的同时还要保障数据的安全，当遇到不可抗拒的损坏时，能够尽可能地降低系统损失，提供备份恢复数据功能。

5）查询和分析。系统拥有丰富的查询和分析功能，并可进行通视、视域、日照、断面等分析[6]。

6）应用开发。SDK提供了丰富的接口，包括创建对象、模型编辑、地形编辑、空间分析、三维交互等功能接口。提供了Javascript Library，方便进行B/S 应用开发，并且有丰富、详实的帮助文档，大量的SDK Sample，以及样例数据。

2.3 数据结构图

该系统数据库建设涉及到GIS数据库、CAD数据库、SQL属性数据库，数据库的设计牵涉到很多行业规范标准，现根据城市规划基本术语标准（GB/T 50280-1998）和城市规划制图标准（CJJ/T97-2003）来设计数据库中各图层的符号样式、线型、块名等。系统既有空间数据库，也有属性数据库；空间数据库包括交通状况、建筑分布等；属性数据库包括控规数据、道路红线、道路中线属性等。空间数据库与属性数据库二者在物理上相分离，但又存在相互间的联系[7]。为了对数据更好地管理与使用，将得到的各类数据采用物理分层输入到不同分类中，如用地、道路、设施等。

该系统的数据库庞大，现就南宁市某规划区空间数据库和属性数据库的设计加以说明。

2.3.1 数据库组织形式

基础地理数据库根据规划编制类型的不同划分为总体规划图、控制详细规划图、分区规划图和其他数据，如图3所示，将同一类型的规划编制成果按图层分类存放，并将图层存储到图层集下。

图3 基础地理数据库类型图

2.3.2 空间数据库图层

在地图上，三维空间的地理特征在GIS中可以抽象为点、线和多边形（面或区域）。为同时满足制图和GIS对数据检索分析的需要，还需要将数据按照几何类型（点、线、面）严格分开[8]。

实体类型采用2位几何特征缩写代码，如用PT、LN、PY分别表示点、线、面3类几何类型，如表1。

表1 实体类型代码

2.3.3 数据属性结构

由于空间数据库涉及的数据量大、范围广、种类繁多，无法一一列举，同一类的数据，其属性结构是一致的。以表2为例，详细地说明了地图层属性结构，以此了解数据库各个图层的属性结构。表中以地块编号为主键。

表2 用地示例表

本系统数据库的基本表均通过定义外键与主键间对应的关系来实现各实体属性间的联系。例如，用地示例表、设施示例表、道路示例表可以通过地块编号联系在一起。

3 结 语

三维协同规划管理系统的设计与实现涉及地理信息系统、三维可视化技术、地理信息获取技术等重要技术要求。三维协同规划管理系统可以改变城市规划内部信息流程和城市规划部门与社会的信息交流反馈机制。但是，由于实际应用的复杂性，目前对于系统建设还缺乏一个统一建设标准。本文从系统设计的角度对南宁市三维协同规划管理系统进行了较深入的研究，整合可视化技术与ArcGIS的核心功能，实现一套切实可行的南宁市三维协同规划系统设计方案。

[1] 张晟．探究城市三维信息系统的实现方法[J]．科技资讯,2012(31)：3

[2] 匡建超,郑琦．三维GIS 在数字化珠江新城项目开发中的应用与研究[J]．计算机应用与软件,2005, 22(11)：56-58

[3] 张超．城市地理信息系统[M]．北京：科学出版社,2008

[4] 曾忠平,李宗华,赵中元,等．基于三维GIS 的城市规划信息系统研究[J]．重庆建筑大学学报,2007,10(5)：26-30

[5] 梁吉欣,邱向东,宋述军,等．基于Skyline 的温江区三维辅助城市规划系统设计与实现[J]．测绘与空间地理信息,2014,37(2)：129-131

[6] 祁信舒,赵祺．三维城市规划管理系统的设计与实现[J]．地理空间信息,2010,10(5)：10-15

[7] 邓靖,郑新奇,吕利娜,等．“数字城市”土地利用空间数据库建库方法研究[C]．全国山区土地资源开发利用与人地协调发展学术研讨会,北京,2010

[8] 周余斌,罗天洪．网络协同设计下的三维建模技术[J]．重庆大学学报,2008,31(9)：1 038-1 043

P208

B

1672-4623（2016）04-0090-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.028

谢乐琦，研究方向为建模算法和信息系统分析。

2015-04-09。

项目来源：自治区大学生创新创业计划资助项目（201410593169）; 广西高等教育本科教学改革工程项目（2015JGB136）。