城市三维模型及其在城市规划中的应用

曹京波

正元地理信息有限责任公司山东分公司，山东济南 250101

技术发展使各方面工作发生了巨大变化，比如城市规划工作利用三维模型，工作人员通过模型能够直观地了解到规划后城市效果，同进能够随时进行修改，对规划工作前后效果进行比较与分析。通过三维模型应用使规划工作水平提升，后期实际建设过程中能够有参照依据，避免了建设工作的盲目性，能够对建设成本与资源进行合理控制分配。

1 三维城市规划

三维城市规划有益于地理信息技术的发展，随着技术应用与完善，三维模型应用在城市规划工作中，更广而效果更好。利用三维模型对城市进行规划，能够对不同区域与阶段进行展示，相比于传统平面设计与规划工作，三维规模应用能够更加直观地展现规划工作的效果，便于理解。同时也能够方便及时的找出规划工作中存在的问题，能够灵活的对模型进行修改。

城市规划系统建立方面，可以将虚拟技术与地理信息技术二者有效地结合到一起，应用三维空间分析方法，开发管理与规划系统。在规划者与决策者沟通方面，可以将地理技术与虚拟技术应用于辅助审批、决策系统，为决策工作的进行提供一定的支撑与参考。三维模型其实质是真实的数据，因此沟通工作会更加的方便与直观。

城市规划与管理方面，为了解决规划工作无法解决或者是解决难度比较大的问题，可以利用模型解决。比如对城市环境噪音进行模拟及分析，模拟解决措施获得的效果。模拟研究地面风场环境，模拟城市突发性事件等。比如在地域灾害发生后，通过模拟灾后环境，能够为后期规划重建工作提供帮助。

2 城市三维模型构建

2.1 前期数据准备与处理

准备相应数据，原始数据是构建城市三维模型的前提，因为这些数据和信息能有效地处理模型构建过程中遇到的问题。另一方面，模型构建，数据是模型构建的基础，需要的数据包括CAD数据、遥感数据、点云数据、建筑物体属性、街景地图和文理照片等。其中最突出的是CAD数据和遥感影像，这一类数据和其他数据的不同点就在于其在使用前必须要向相关部门获得一定比例尺DLG数据，为后续工作的顺利开展作保障。除此之外，还可以通过网络在线的方式获得街景地图。由于属性类数据和建筑物体文理类数据动态性较强，所以在采集数据时一般都是工作人员实地采集。众所周知，城市在建设和发展过程中是绝对变化的，因此相关工作人员在施工过程中要考虑数据的重合问题，将其重合率降到最低。

2.2 数据处理环节

在数据处理这一环节中，城市的空间建构是第一时间需要获取的步骤，其次，相关工作人员要通过建立三维模型来获取城市空间架构。在此环节中，建筑物体的基底数据可以结合到CAD数据，通过对LiDAR数据进行测量而获得。从街景数据中获得建筑物体的细节特征。面部特征大于0.2是用这一特征表示的前提，也就是说，如果面部数据小于或是等于0.2，就不能用面部特征进行表示，因此只能用实地采集资料来研究侧面文理。城市部件或者是某些小的外部特征可以通过实地数据采集与街景获取，从CAD数据中获得位置信息。不同数据处理的流程会存在差异，数据在处理的过程中会使用比例尺，城市三维模型在建立过程中应用的比例尺通常比较大，而在实际工作中则需要结合到工作具体情况来考虑。

2.3 构建模型

城市三维模型在构建的过程中需要结合不同的需求，因此在内容方面也会体现出一定的差异。模型构建工作可以分为以下几个步骤。首先是地形模型构建，地形模型构建主要依据的是地面测量数据或者是依据设计资料制作而成的模型，主要表达的是人工修工地面或者是自然物体的空间位置、外观效果或者是几何形态。地面模型建立方法可以分为三种，从CAD提取相应的数据从而构建规则的网格，利用地形图等高线，也就是说，地形模型是通过对地形图高线的转化而获得的，再此基础上，相关工作人员还要对云数据进行分类研究，剔除植物或者建筑物体，最终通过这一系列步骤获得地形模型。

另一方面，结合设计数据和设计资料制作三维模型是建筑物体模型的主要获得方式，其主要表达的是建筑物体的外观效果、空间位置和几何形态等。而建筑物体的基底构建则与此完全不同，它首先要测量建筑物的实际尺寸，再根据比例尺的大小来确定整个模型。工作人员还可以利用另外一种方式来确定模型，如根据地形图提供的数据、影像折射方式等，这两种方法都可以确定勾勒建筑物基底，确定建筑模型。为了保证建筑物测量平均值的准确率，叠加正射影像时，要以云数据生成表面模型为基础，从而获得建筑物体的真实高度，使模型建立的准确性获得提升。城市部件模型构建，城市部件模型构建主要是结合到所测量的部件数据或者是结合到相关设计资料从而构建模型。此模型主要体现的对象是城市内部的交通、水系、植被情况等内容。包括了其空间形态、物理位置、外观效果等，因此自然也就包括了植被模型，水系模型，交通模型。模型建立还需要对质量进行控制，三维模型质量控制工作贯穿于模型建立的各个环节，模型在建立完成后需要对其进行认真检查，发现其中存在的问题。此流程在模型建立的过程中十分重要，如果没有此项流程，就无法确定模型建立工作是否正常，模型质量是否能够为城市规划工作开展提供正常的帮助与保障，将会直接影响到城市规划工作的开展。

三维城市模型在建立的过程中为了使最终效果更加的真实，在模型建立的过程中可以考虑将材质、阴影、灯光等叠加于模型之上，对模型进行渲染与烘焙处理。此项操作的好处在于后期应用模型与某些场景时，无需对灯光等进行计算，计算环节考虑的内容只有材质，因此，能够场景处理的速度获得提升。

3 基于三维模型的城市规划工作

城市规划工作需要利用各种设备对空间三维环境进行测量与分析，还需要结合日常生活对建筑物体进行多个方面分析。比如日照分析、控高分析、可视域分析、通视分析。三维测量工作进行过程中需要满足城市规划设计工作相关要求，居民建筑设计相关要求。三维测量工作的内容包括了空间距离测量、住宅距离测量、地块面积测量、工程建设需要的挖土量计算、建筑面积测量等。三维测量工作的目的就在于为后期设计工作提供相关依据，确保设计工作能够正常合理，不会对实际规划工作开展造成严重的影响。

日照分析主要是考虑到建筑室内采光与收暖等方面因素，需要确保建筑间距与容积等方面内容满足要求，尽量避免正常光照受到一些影响，如光照被遮挡、光污染等情况。从日照分析层面可以将其分为四个方面，分别为日照分析、遮挡分析、单点分析和窗洞分析等。这一方面首先要考虑因该如何获取日照时间与阴影面积等相关数据，其实仔细研究就会发现，这些数据可以通过计算来获取，然后在展示其效果时合理地借助模型。对建筑物体的高度进行合理的控制是通事分析的主要目的，由此可见，城市中建筑物体与景点在高度方面合理，最终确保其有一个良好的视觉效果。通视分析可以采用两种方法，两点或者多点之间可视分析，或者是可视域分析。

控高分析是城市规划分析工作的重要组成部分，尤其是对于某些风景旅游城市而言，需要对城市内部的超高建筑面积进行控制，避免其对城市整体的景观美观造成影响，而控高分析就是检测某区域内是否存在过高建筑物体的重要方法。

城市三维模型是基于实际城市数据的计算机再现，规划数据与三维模型相关数据具有相同空间参考，因此各项数据可以结合到不同应用进行相互叠加，参考规划人员知识储备情况，利用城市规划工作方法与技术从而获得与规划工作相关结果。基于三维平台能够再现城市真实世界，使规划工作成果得到良好的展示，与真实的世界共存。考虑到城市规划三维模型数据量、三维软件平台的性能、空间分析能力、需要利用不同的软件对城市规划进行分析，使规划工作效果能够良好的展示，同时具备强大的分析功能。

城市规划工作三维模型的应用，能够为城市规划系统建立提供支持，通过一系列方法获得与城市规划工作相关的数据，建立与规划工作相关的应用程序，从不同的角对规划工作进行分析。三维模型建立与应用能够为规划决策与沟通提供帮助，在建立三维模型的基础上可以将虚拟技术应用于其中，从而使城市规划与建设工作能够达成更好的效果。传统的二维规划管理技术应用于城市管理工作已经表现出不足之处，城市化进程快速发展，建筑物体在向着高层化与复杂化方向发展。为了使城市在发展的过程中能够实现对资源的合理利用，在促进社会发展的同时使环境得到保护，就需要对城市发展进行合理的规划，从而构建资源节约与环境和谐友好型社会。城市规划工作三维模型的应用能够服务于社会活动开展，比如城市突发性事件模拟与处理，城市环境染污问题研究，城市环境变化研究及应对措施探索等。城市规划工作应用三维模型可以以此为平台将多项技术有机的结合到一起，从而使各项技术在实践过程中更加的完善，同时三维模型应用于城市规划工作的效果也会更加的明显，有助于促进城市合理科学发展。

4 结语

城市规划工作在城市建设与发展过程中十分重要，通过前期规划工作的开展能够避免后期盲目随意建设，使有限的资源能够得到合理的配置，发挥其最大的作用。传统的城市规划工作受到技术以及其它方面因素的影响，在某些方面可能会受到限制，而利用三维模型进行城市规划，能够更加直观，便于找出规划工作存在的问题，提升规划工作的效果，促进城市更好的发展。

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[3] 李宇新.探究城市三维模型及其在城市规划中的应用[J].地球，2016（10）.