三维仿真在城乡规划全过程管理中的应用_邱月
2020-01-16
1 引言
三维仿真技术在规划中的应用主要是通过对城市地形、建筑及其它人工设施进行三维地理建模，形成覆盖全市的数字城市立体场景，同时结合虚拟仿真等技术，实现城市的三维可视化管理，是提高城市规划编制技术水平，实现科学规划的有效手段，是推进“数字城市”、“和谐城市”建设，实现公共事务可视化管理的基础保障，可以促进经济社会的全面可持续发展。
2 基本概念和意义
城市三维仿真是城市空间信息在计算机环境中的三维直观表达，是数字城市概念城市规划、建设、管理领域的延伸，同时也是数字城市建设的重要基础内容。城市三维仿真技术在规划中的应用前景主要有以下几个方面：
2.1 完善数字化规划控制体系，实现城市规划精细化管理
实现从总规-控规-修规的全面三维数字化控制目标，在以往基于控规的城市规划统一管理平台的基础上进一步细化、深化和优化规划管理工作，使韶关市城市规划管理进入精细化管理阶段。
2.2 创新规划理念和技术方法，提高规划编制的科学水平
利用三维数字城市、GIS等信息化技术，为规划编制过程中的信息采集、指标分析、方案决策、成果展示等工作提高新方法，实现控规编制的技术方法信息化和过程管理信息化，体现规划编制“科学性”、“过程性”、“动态性”特点。
2.3 实现城市规划可视化管理，迈入规划管理数字化时代
城市三维仿真技术将全面突破传统二维空间系统诸多限制，建成三维全景数字规划支持系统，为有关领导和管理部门对城市规划、建设、管理的重大问题决策，提供准确、实时的信息支撑及直观、真实的可视化和互动操作环境。
3 三维仿真应用于规划全过程管理的关键技术研究
3.1 虚拟现实技术
虚拟现实(Virtual Reality，VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它是借助计算机技术及传感装置所创建的一种虚拟环境。虚拟环境是由计算机生成，通过视听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的交互式视景仿真心。虚拟现实技术是三维仿真系统搭建的基本技术支撑，利用各类三维模型搭建模拟城市历史、现在和未来的虚拟三维场景。
3.2 海量多源数据存储管理
由于三维仿真管理系统数据库包含了大量的不同来源、不同格式的数据，需要对数据进行高效、合理的组织和存储管理。为此，按照信息的类型，将系统涉及到的信息资源划分为三维模型数据、规划二维空间数据、非空间数据三个组成部分。三维模型数据包括三维场景中所有类型的模型数据，以模型文件形式进行存储；二维空间数据包括集成到三维场景中的各种二维矢量图形数据，这些数据由空间数据库引擎进行管理；非空间数据是与地理位置无关的信息数据，包括属性信息、元数据信息等。不同类型的数据最终在i维场景中通过空间位置进行集成管理。
3.3 三维时态GIS技术
城市规划建设是一个漫长、动态的过程。随着城市的发展，旧的三维模型和规划管理数据逐渐被新数据所更新、取代，如果旧数据不复存在，就无法对数据变化的历史进行分析，更无法预测未来发展的趋势。因此，有必要在三维仿真管理系统中应用时态GIS技术，即能够跟踪和分析随时间变化的空间、非空间信息的地理信息系统。
4 三维仿真应用于城乡规划全过程管理的实践
4.1 系统框架设计
4.1.1 三维平台选择
考虑到系统三维模型数据覆盖量大，且需要集成规划二维空间数据，并能够进行地下空间、时态分析等三维管理功能，冈此，在三维平台选择上选用Skyline平台作为系统的开发平台。Skyline平台具备了大场景浏览、无缝集成二维shp数据以及能够进行地上、地下三维集成管理等优点，能够满足本系统的功能要求。
4.1.2 系统框架设计
三维仿真管理系统是在网络、软硬件和GIS平台支持下，以基于时间属性的规划二维空间数据库和三维模型数据库为支撑，搭建集规划业务全过程管理、地上地下空间一体化管理和规划发展过程管理的三维系统。系统框架设计详见图1。
4.2 多源数据库建设
数据制作构成包括：（1）三维模型数据，三维模型数据建设对象包括地形、建筑、道路、水系、绿化、地面以及其它美化设施等，是三维仿真管理系统的数据基础。考虑到三维仿真管理系统所支撑的三维模型数据是海量的，在资源有限的情况下，需要对模型的精细程度进行划分。可将建筑模型分为精细模型、基础模型、标准模型和精细模型。在城市非重点区域要适当简化模型。除了对模型精度需要进行划分之外，在具体建模工作开展之前，还需要把模型按照现状和规划的情况进行分类。考虑到城市发展的动态性，随着时间的流逝，城市现状会演变成历史，同样，原来报建的城市规划也会成为现状，与此同时，新的城市规划也会不断涌现。因此，在三维模型建设完成后需赋予时间属性，记录模型产生和消失的时间，以便三维仿真管理系统根据时间进行历史回溯。
（2）规划二维空间数据，涵盖规划管理中与地理位置相关的二维矢量图形数据，包括各层次规划编制成果数据(如城市总体规划、控制性详细规划及各类专项规划)，规划审批的用地红线数据，规划批后的放验线数据、竣工验收数据，以及二维地下管线数据等。规划二维空间数据采用ArcSDE空间数据引擎进行分层管理。
（3）非空间数据，在规划管理过程中与地理位置无关的数据，可以用文本、数据表或数据库等形式记录。包括规划编制项目过程的各类文本、图纸、照片等。
4.3 规划管理业务全过程管理
针对规划管理的主要职能：规划编制、规划审批和规划监督，实现不同阶段的三维规划全过程管理。在规划编制阶段，利用规划编制成果集管理功能实现编制成果的三维场景叠加显示，在三维场景下查阅各层次规划编制成果情况和详细指标信息，并为三维规划审批提供依据。同时，同一规划编制在不同编制阶段的文本和图纸同步进行管理，实现规划编制项目管理。此外，利用拆迁分析功能辅助旧城改造规划中三维场景下拆迁量的估算。
在规划审批阶段，同样实现对规划审批空间数据(用地红线)、规划批后空间数据(放验线、竣工验收等)的集成管理，并通过综合利用模型编辑、多方案对比、日照分析、控高分析等功能，对规划报建不同方案实现三维场景下的全方位的综合审视和分析，审查报建方案的合理性以及和周边环境的协调程度。
此外，市民可通过上网浏览发布的三维规划报建情况，为规划监督管理提供崭新的渠道和途径。
5 结语
随着规划信息化的不断发展，城乡规划管理从二维走向三维已成为一种必然趋势。三维仿真在城乡规划中的应用，对于提高规划管理水平起到了积极的推动作用。将三维管理贯穿于城乡规划全过程，全面服务于规划编制、审批、监督等环节，是三维仿真结合规划业务不断深入应用的必然选择。未来发展可进一步结合前沿BIM(建筑信息模型)技术深化三维应用，合理布局城市建筑空间、城市建设用地功能分配以保证现有城市经济发展与生态保护平衡性，为城乡规划管理打造宜居城市、智能商务区提供全新的技术手段和全面的数据支撑。
参考文献：
[1]刘增良、陈品祥、贾光军、李扬．虚拟现实技术在城市规划管理中的应用研究与实践[J]．测绘通报，2010(5)：(45—47)．
[2]周新邵，骆文芳，杨武．虚拟现实技术在城市规划中的应用[J]．湖南城市学院学报(自然科学版)，2012.12，：(69—73)．
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