三维GIS在智慧城市中的应用分析

李晗

LI Han

1 引言

随着信息技术的发展，数字城市的发展正在快速向智慧城市迈进。数字城市和智慧城市有很多区别，数字城市主要是通过多分辨率、多空间、多尺寸对城市进行更为立体地描述，让城市的过去、现在和未来通过数字化的方式展现出来。而智慧城市则在数字城市的基础上，通过互联网和一系列智能应用，让用户获得更加全面的体验，同时，在技术驱动下，让城市的信息化特征更加凸显。三维GIS技术在智慧城市方面的应用能对城市的地理信息进行整合，让城市的数字化布局得到更好地展现，推动城市发展。

2 智慧城市概述

将信息化技术应用在城市各个行业中是一种更为高级的城市信息化形态，对加强城市管理、提高城市居民的生活水平都有重大意义。智慧城市概念提出之后，在信息技术的加持下，得到了快速发展，是信息时代城市发展的必然方向。在现代化信息技术的基础上，智慧城市通过先进的通信技术，能够围绕城市运行针对各种信息进行感知，对海量数据进行高效整合和处理，尤其在大数据和物联网技术的支持下，城市公共安全、城市服务、居民日常生活和城市环境的管理都会显著提升质量，在多个方面为人们提供便利[1]。

3 三维GIS技术应用的优势

三维GIS技术在智慧城市中的应用优势巨大，首先，三维GIS技术在信息承载和表达方面具有系统化、一体化的优势，尤其在数字地球理念提出之后，智慧城市在建设过程中将传统形式的信息转换成数字信息变得更加高效[2]。传统形式的信息大都以二维地理信息数据为主，而在二维地理信息的基础上，加入GIS技术，就可以将二维信息变成三维，这样大大提升了信息的承载量和表达效果。就这一优势而言，三维GIS技术为智慧城市的建设会提供更为强大的技术支持，在很大程度上提升了地理信息数据的精确性，让智慧城市的建设和运行更加稳定。其次，三维GIS技术的应用还能借助其较高的可视化程度，通过三维建模来让城市地理信息模型得到更好的建设，让城市管理人员能够在三维模型上对城市的状况有更为直接的了解。同时，借助三维模型，管理者还能对各个地区的地貌特征、空间布局等有所掌握，对未来城市的建设和发展都会起到积极作用。

4 三维GIS技术在智慧城市中应用的现存问题

4.1 对于智慧城市发展不够重视

智慧城市是城市未来发展的必然趋势，因为随着信息技术的发展，城市的管理、运行都会借助信息技术提升效率和质量，信息技术会让城市的运行更加统一、协调，变得高效，甚至实现海量设备的互联[3]。而在这种情况下，智慧城市会随着科技的发展而更加成熟。但是，虽然我国信息技术水平快速提升，但是有些城市对信息技术支持下的智慧城市发展建设仍然不够重视，没有找到一条切实可行的智慧城市发展道路，在一定程度上影响了智慧城市的建设效果。城市管理人员对智慧城市这一概念理解的偏差也在一定程度上影响了智慧城市的发展，没有为三维GIS技术的深入应用创造有利条件，制约了智慧城市的发展进度。

4.2 对于GIS技术的应用不够纯熟

三维GIS技术在建设城市三维模型方面有着无可取代的优势。有些城市在进行智慧城市建设的过程中，由于缺少专业技术人员，导致三维GIS技术的应用不够充分，达不到理想效果。不仅如此，缺少对于专业技术人员的培养也是一些城市在智慧城市发展方面比较突出的问题。

4.3 缺少城市传统形式信息的储备

要想让三维GIS技术的应用达到理想的水平，为城市管理和发展提供技术支持，城市需要有足够多的传统形式的信息，将这些信息进行三维模型的建立，才能取得更好的效果。但是，有些城市在传统形式信息的储备上不够充分，在一定程度上影响了城市三维模型的建设效果。

5 三维GIS技术在智慧城市中的应用

5.1 三维GIS空间数据库模型

随着互联网＋时代的快速发展，智慧城市发展也需要为自动采集城市信息提供新的技术手段，并使这些信息通过远程控制传输。传统的三维空间数据模型难以提供一个城市完整的空间表达与管理解决方案，尤其是宏观规划管理跟微观精细化管理之间的矛盾十分突出。利用三维GIS技术在地面数据模型上收集相关信息，通过三维GIS软件进行转换，以便满足智慧城市建设所需数据模型。特别针对地上、地下和室内、室外多粒度对象统一表达复杂技术应用性与高效性难题，地上、地下和室内、室外一体化表达的真三维GIS模型，刻画了三维空间对象几何、拓扑和语义的特征及其相互关系。统一的空间基准与数据结构、多层次语义与拓扑关系，以及几何与纹理的多细节层次表达等[4]。

在构建三维空间数据模型的过程中，需要重点考虑参与建模数据的来源格式与分布特征、建模的对象特征形态与类型、建模的应用目的与需要，以及模型操作功能的实现。三维空间数据结构的建立需要充分考虑实际的应用要求，针对不同的应用场景构建相应的三维数据结构。在建模过程中，需要实现矢量与栅格的结合，并确立面向对象的应用思想。面向对象的三维空间数据模型需要明确四个基本的概念，即分类概念、概括概念、联合概念以及聚集概念。

5.2 物联网技术在智慧城市交通中的应用

交通出行和人们的日常生活关系密切，如何通过信息技术为城市居民提供出行便利，充分利用交通资源，避免交通拥堵等一系列问题影响出行体验，成为智慧城市需要解决的重点问题之一。在传统城市道路管理模式中，由于多种因素的影响，有些城市总体管理水平不好，管理效率低下，交通堵塞等问题经常发生，而且车辆拥堵还有可能引发交通事故，给人们的出行带来非常显著的影响。借助物联网技术，可对整个城市交通的运行情况进行实时监控和管理，确保城市交通有序、平稳运行。

5.3 高性能三维GIS可视化系统

三维GIS数据的真实感可视化特别强调人机交互响应的实时、低延迟和稳定的图像质量和逼真的场景效果。但对整个城市范围地上下和室内外立体空间复杂场景来说，由于数据量大且粒度不均匀，难达到实时性和逼真性。特别是从室外到室内，随着精细度和逼真度的提高，图形的实时绘制工作量显著增加。场景的复杂性与实时绘制之间的矛盾一直是真实感可视化研究的核心难题。因此，三维GIS技术在智慧城市中的探究与应用显得非常重要，三维GIS可视化引擎充分利用计算机图形学研究的最新成果，基于高效的三维空间数据组织管理和动态调度机制，实现了整个城市范围三维空间数据的局部动态装载与优化，场景LOD自适应计算，视域内大量复杂物体的实时遮挡剔除，GPU、CPU协同的复杂三维场景实时绘制，满足了从精细模型到大范围景物多种不同复杂度场景的三维GIS实时可视化需要。

5.4 在其他领域中的应用

GIS技术的应用范围越来越广泛，在城市公交系统监控、居民区监控方面也发挥着重要作用。应用GIS技术之后，这些需要进行监控的区域都可以更加精确地通过监控来提升管理效果[5]。比如，在对居民区使用互联网+GIS技术之后，居民区一旦发生异常情况，可以通过网络及时将信号传输给相关部门，让他们做出响应，采取相应的应对措施。除此以外，GIS在城市应急联动响应方面也有着显著的作用。比如，城市一旦因为突发情况需要进入紧急状态时，可以借助网络加GIS技术在短时间内达到最快、最广的广播效果，让城市居民都能做出紧急应对。

6 结语

三维GIS技术的应用越来越广泛，在推动智慧城市建设方面，作用尤其突显。三维GIS技术不仅能将海量的城市地理信息进行三维建模，让城市管理者对城市有更加全面的了解，还能为城市规划、布局等提供参考，让城市发展得到更好、更全面的掌控。三维GIS技术建立的模型能够非常逼真地对城市现有建筑、开敞空间等进行还原，同时在输入数据发生变化之后，模型也能得到快速调整，能够大幅提升城市管理效率和质量。不仅如此，在城市交通规划、城市安全管理、城市地下管路管理等方面，GIS技术也能通过三维模型的展示，为相关人员提供巨大便利，达到传统模式中难以达到的效果。在和互联网进行联合应用之后，城市内的多种子系统、平台等都能得到更好地互联，数据的互通更加高效，让事件响应更加及时，为城市管理提供了新的思路。