基于服务共享的三维规划辅助决策系统及其应用

马 涛，梁 磊，陈宏宇

（1.眉山市城乡规划局，四川 眉山 620020；2.四川省第二测绘地理信息工程院，四川 成都 610100）

基于服务共享的三维规划辅助决策系统及其应用

马 涛1，梁 磊2，陈宏宇1

（1.眉山市城乡规划局，四川 眉山 620020；2.四川省第二测绘地理信息工程院，四川 成都 610100）

针对当前规划业务三维模型数据共享困难、模型更新机制不足等问题，通过对三维模型精细程度划分及覆盖策略，模型数据分层及三维数据组织等关键技术的研究，基于地理信息公共平台发布数据共享服务，结合规划行业业务需求，采用．NET编程技术、二三维开发组件技术，编程实现了三维规划辅助决策系统；并以眉山市主城区为实验区验证其适用性。实践证明，该系统在一定程度上提高了规划单位城市规划管理业务处理的工作效率和信息化管理水平。

模型分层；三维模型数据组织；地理信息公共平台；规划管理

近年来，随着国内城市建设的高速发展，对城市规划业务提出了新的需求。传统的城市规划与设计是通过规划设计平面图、效果图、沙盘模型和三维动画来展示规划设计成果的，这种方式在设计时需要从图纸中采集大量指标数据，手工计算量大，计算结果不可视，设计过程和规划决策效率低。因此，应用 Web技术、GIS技术、遥感技术和计算机图形学技术建设辅助城市规划的三维地理信息系统，在虚拟的三维环境中，用动态和交互的方式进行城市规划和管理，对构建城市数字化应用有着重要的意义[1]。

近年来，针对三维规划辅助决策的研究较为广泛，如文献[2]～[4]。他们对基于三维规划辅助管理的研究相对深入，但对规划业务的三维模型数据共享以及模型更新等方面研究不足。

本文在地理信息公共平台提供的基础地理信息数据共享服务和三维模型数据共享服务基础上，结合规划部门业务流程需求，运用空间数据库管理和网络信息等技术，开发了一个集数据采集、城市地物三维建模、三维可视化管理分析、城市规划管理业务处理一体化的信息管理系统，为城市规划管理部门和社会公众提供具有真实感、数字化的城市空间信息，以实现城市三维模拟，从而满足现代城市精细管理的要求，实现城市规划管理支持，辅助规划决策。

1 数据组织管理

1.1 三维模型精细程度划分及覆盖策略

城市三维模型数据的生产分为三维地形建模、重点区域标志性建筑的精细建模和大区域建筑群的简单建模；地形模型用两个精度级别表示。三维地形建模采用DEM数据与航片或DOM数据叠加生成，从1∶500 地形图提取高程点、房屋边线、水涯线、斜坡坡顶线、斜坡坡脚线、上堡坎线和下堡坎线等数据，人工交互构建三维地形模型。重点区域标志性建筑是指城市中的一些重点建筑物，包括城市中知名度高的名胜古迹、地标性建筑、城市中主干道两旁的主要建筑物、主干路十字路口的主要建筑等；在建模时需重点突出表现，保证模型能准确地表现建筑物的几何实体结构和重要细节。大区域建筑群的简单建模是通过体块模型表示，用算法批量建立体块模型，保证大规模三维模型在平台上运行的流畅性[4]。

1.2 三维模型分层组织策略

三维仿真模型在分块的基础上需按层来管理，既便于模型数据的查询和分析，又便于场景的调度和管理，实现三维数据的目录管理和分层显示。城市三维模型包括地形模型、建筑模型、道路模型、水系模型、植被模型、地下空间设施模型以及其他模型等[5]，分层如表1所示。

表1 三维模型数据分层

1.3 三维模型建库及更新策略

由于采用文件方式管理模型数据缺乏基本的查询和统计分析功能，难以实现模型的高效管理，本文将FTP服务器结合模型目录索引实现了模型的快速查询和统计。

根据建筑模型类别，结合模型精细程度、所属行政区划和现势性、模型编号等建立文件数据库，考虑到模型文件数据量较大，且主要是针对中心城区建筑的模型，因此采用分区的方式进行存储管理，以限制单个数据库表数据量的大小。采用FTP服务器分类分级分区的方式进行组织，对三维模型数据进行标准化和规范化统一整理，将数据存储在文件数据库。由于FTP服务器采用文件存储目录结构的存储，因此需要考虑设计一个良好的文件目录检索机制，以便对文件目录进行快速高效的检索。对于地形模型等空间成果数据，根据模型精细程度、所属行政区划和现势性、模型编号建立要素类，并结合关联ID建立空间目录索引，实现方便快捷地查询统计数据覆盖范围情况的目的。空间目录数据库基于大型关系数据库Oracle存储和管理，以ArcSDE为空间数据库引擎进行数据操作，空间目录数据采用SDE的要素类形式存储，每个区域、类别的数据都是一个要素类，具体流程如图1所示 。

图1 三维模型建库流程

对于小面积的或平面精度要求较高的区域，利用已有的地形图数据、二维规划数据，通过外业采集建筑物的平面位置坐标、高程数据和侧面纹理；再采用建模软件完成城市三维模型数据生产；然后根据建筑类别、所属区划，更新替换文件库的原始模型。对于新增规划建设项目，通过建设单位提供的三维电子报建，完成局部更新[6]。

1.4 规划业务数据与空间数据管理

城市规划数据包括规划成果数据、规划审批数据和综合管线数据。数据主要是以纸质或AutoCAD形式存储，需要将规划业务数据转换为标准通用格式，方便各业务系统调用。规划业务所需空间数据包括二维基础地理信息矢量数据、正射影像、DEM以及三维模型数据等，采用分层管理模式存储，二维数据与三维数据通过要素ID关联，从而实现二三维一体化管理[7]。

2 空间数据标准服务接口

2.1 网络影像服务接口

网络影像服务（WMS）属于OGC标准之一。此标准主要定义了用于创建和显示地图图像的三大操作：GetCapabilities 、GetMap和GetFeaturelnfo；其中GetMap为核心操作。系统涉及到的数字正射影像数据、航摄影像及卫星遥感影像数据，利用统一的开放的WMS接口实现数据的更新和交换，并能基于标准规范进行数据的地理信息共享分发服务[8]。

2.2 网络矢量数据服务接口

网络矢量数据服务（WFS）的提出，是为了规范对OpenGIS简单要素的数据编辑操作，从而使得服务器端和客户端能够在要素层面进行“通信”[8]。与返回地图图像的OGCWeb地图服务不同，WFS服务返回的是带有几何属性的实际要素，利用WFS接口实现规划业务专题数据发布，并结合用户验证Token，使得拥有相应权限的用户才能将这些要素与属性用于任何类型的地理空间分析。

2.3 三维空间数据服务接口

在三维地理信息领域，基于服务的共享，统一的OGC标准尚未正式发布，不同的三维平台有各自的三维服务接口，本系统采用Skyline的TerraBuilder对多种格式的多源数据进行操作和集成，不限大小和分辨率，通过统一坐标系定位，创建一个单一的优化的MPT场景文件，便于以流方式发布三维数据集。通过SFS能把shapefile、SDE、Oracle和SQL Server等矢量文件或数据表发布成WFS服务，可把影像发布成WMS服务。在建好Data Source后可以作为一个单独的文件图层进行查看和叠加分析。

3 三维规划辅助管理机制

规划行政主管部门对建设项目的规划管理工作主要包括建筑工程选址规划管理、建设工程用地规划管理、建设工程规划管理和建设工程竣工核实管理4部分。基于三维规划辅助系统，以这4项管理工作的应用需求为出发点进行功能开发，使规划管理业务流程与平台有机融合，实现了三维可视化项目选址及用地管理、工程项目建设方案三维电子报建审批和工程项目竣工后三维规划核实管理[4]。基于平台的规划行政管理业务流程如图2 所示。

图2 规划行政管理业务流程

4 技术路线

技术路线主要包括数据生产、数据服务发布和系统研发等。首先对三维建模区域进行资料收集、划分模型和外业采集等，完成三维模型数据的生产及建库；然后将规划业务数据库、基础地理信息数据库和三维模型数据库整合到地理信息公共平台中，通过平台发布数据服务接口；最后结合规划行业业务需求采用．NET编程技术和二三维开发组件技术，编程实现系统功能，技术路线如图3所示。

图3 技术路线图

5 应用实例

根据系统技术路线和编程技术，以眉山市地理信息公共平台数据库为基础，研发实现了三维规划辅助决策系统。该系统实现了二维地图与三维场景的实时联动、规委会方案评审及决策、规划管理、三维场景快捷浏览和查询、三维模拟、大数据量的分析与统计等功能。系统初始化加载眉山市主城区三维模型数据和影像地图。图4为数据管理界面，该模块主要实现红线管理、地名搜索和加载远程数据功能。图5为辅助决策界面，该模块提供方案对比功能，调用三维场景并加载建筑单体方案三维模型，可对不同的单体方案进行多屏比较和联动，辅助业务处室审批人员决策。

图4 红线管理界面

图5 方案对比界面

[1] 龚竞,张新长,唐桢．三维城市规划辅助审批系统的设计与实现研究[J]．测绘通报,2010(6)∶51-53

[2] 李德仁,赵中元,赵萍．城市规划三维决策支持系统设计与实现[J]．武汉大学学报(信息科学版),2011,36(5)∶507-508

[3] 唐桢,张新长,曹凯滨．基于Skyline的三维技术在城市规划中的应用研究[J]．测绘通报,2010(5)∶10-11

[4] 王昌翰．面向规划管理的重庆都市区三维模型数据库建设[J]．测绘通报,2014(2)∶107-108

[5] 万幼,边馥苓． 二三维联动的 GIS 系统体系结构构建技术[J]．地理信息世界,2008(2)∶48-52

[6] 冯琰,郭容寰,汪旻琦,等．三维城市模型数据组织与管理方法研究[J]．测绘科学,2011,36(1)∶215-217

[7] 危拥军．三维 GIS 数据组织管理及符号化表示研究[D]．郑州∶信息工程大学,2006

[8] 李鸿祥．三维城市规划辅助决策支持系统的设计与实现[D]．厦门∶厦门大学,2013

P208

B

1672-4623（2016）09-0035-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.09.011

马涛，工程师，注册测绘师，主要研究方向为城市规划和数字城市应用。

2015-07-03。

项目来源：数字制图与国土信息应用工程国家测绘地理信息局重点实验室开放基金资助项目（DM2014SC08）。