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武汉市三维数字地图系统建设及其应用

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武汉市三维数字地图系统建设及其应用 。 祷礴薯 _ 【文章编号】1006—3~2(20o9)U一0102—05 武汉市三维数字地图系统建设及其应用* 盛洪涛 (武汉市规划局,湖北武汉,430014) 【摘要】武汉市是国内较早开展三维数字城市建设的城市之一,武汉市三维数字地图系统建设是武汉市三维数字城市建设的 核心内容 ,该 项 目历时三年基本 建成 。本文全面总结 了该 项 目建设的主要 内客 、建设 策略 和成果应 用,对下一步 工作提 出了 展 望,相信对国内三维数字城 市建设及规划界利用三维技术提 高规 划编制管理技 术水平有借鉴...
武汉市三维数字地图系统建设及其应用
。 祷礴薯 _ 【文章编号】1006—3~2(20o9)U一0102—05 武汉市三维数字地图系统建设及其应用* 盛洪涛 (武汉市局,湖北武汉,430014) 【摘要】武汉市是国内较早开展三维数字城市建设的城市之一,武汉市三维数字地图系统建设是武汉市三维数字城市建设的 核心内容 ,该 项 目历时三年基本 建成 。本文全面总结 了该 项 目建设的主要 内客 、建设 策略 和成果应 用,对下一步 工作提 出了 展 望,相信对国内三维数字城 市建设及规划界利用三维技术提 高规 划编制管理技 术水平有借鉴意义。 【关键词】三维数字城市;三维数字地图;策略;应用;武汉市 【中图分类号l TU984 【文献标识码】A 进入 2l世纪 ,人类 的活动领域不断扩大 ,逐渐 向高空和地下拓展,“数字地球”、“数字城市”作为当 今科技发展的重要方向,开始渗透到城市经济和社 会生活的方方面面。武汉市规划局作为武汉市城市 规划和基础地理空间信息的主管部 门,多年来一直 致力于推进“数字城市”建设。2000年,我局率先启 动了“数字武汉 ·空间数据基础设施”建设 ,该项 目建 设既是建设部城市数字化示范 ,也是“十五”国 家科技攻关和“十一五”国家科技支撑计划的重 要攻关和示范项 目。2006年 3月 ,该项 目通过建设 部组织的专家验收和鉴定,被认定为全国第一个建 成的数字城市空间数据基础设施。 在此基础上 ,我局于 2005年 12月开始策划建 立武汉市三维数字地图系统 ,经过近半年的前期准 备和可行性研究,项 目于 2006年 5月正式启动,经 过 3年多艰苦卓绝的努力 ,至 2009年 6月,武汉市 三维数字地 图系统已全 面建成。建立 了市域 8494 平方公里的框架模型和主城区450余平方公里的现 状模型,在全国率先实现 了特大城市 主城区三 维模型的全覆盖;同步研究完成了三维数字地图软 件体系和工作平台建设工作 ,在城市规划设计和管 理工作中实现了常态化应用,并已纳入我局规划审 批流程,截止目前,我局已应用该系统完成 100余项 重点建设项 目的审批工作 ,大大提高了规划管 理的效率和科学化管理水平,得到了上级领导、专家 和社会各界的广泛好评。在项 目建设过程中,该项 102 *基金项目:建设部2007年科学技术项目计划(2007.S4.2)。 目于2006年被工业与信息产业部列入典型应用案 例,2007年被列为建设部城市 数字化工程示 范项 目,2008年我局主持编写国家行业标准《城市三维 建模技术规范》,2009年开始牵头承担国家863项目 子课题“三维 GIS综合应用示范系统建设”,项 目建 设研究成果从国内第一个特大城市级逐步上升到国 家级水平。 1 建设内容 武汉市三维数字地图系统建设的主要内容可归 纳为“一套标准、两个平台、三项研究和四张图”。 一 套标准即三维数字地图系统建设总体设计方 案和城市三维模型建设标准。武汉市三维数字地图 系统的总体设计方案来自于国际招标,通过对人选 方案进行综合,设计了可行的总体方案,确立了从系 统建设 目标 、总体架构 、功能设计 、模型标准、数据库 建设、投入产出分析等方面对系统建设进行 了全面 规划。三维建模标准是在典型试点 的基础上,研究 总结的“框架模型制作要求”、“三维建模技术标准”、 “三维模型数据组织与采集方案”、“三维模型制作实 施细则”以及“三维模型数据检查验收办法”等一系 列标准,这些标准的确立为三维模型的规模化生产 和质量控制奠定了良好的基础。 两个平台即三维数字地图集成管理平台和规划 审批三维决策支持系统。三维数字地图集成管理平 台实现了全市海量三维模型数据的集成管理,提供 了网络环境下多层次多细节三维模型的交互式浏览 与查询 ,提供了二维数据叠加 、空间量算、三维统计 城市发展研究 l6卷 2009年 1l期 Urban Studies Vo1.16 No.11 2009 盛洪涛:武汉市三维数字地图系统建设及其应用 | 城糍 随 与可视化分析、模型数据转换、数据库管理维护等功 能 ;围绕城市规划审批的需求 ,规划审批三维决策支 持系统实现了规划方案真实的三维模拟,为建设项 目多方案比较、局部调整和优化完善提供实时可视 化的分析工具 。 三项研究指关键技术研究 、应用技术研究和运 行机制研究。关键技术研究包括海量三维模型数据 的组织与管理 、网络环境下多层次多细节 三维模型 的动态调度、大规模三维场景的高效可视化 、基于三 维模型数据的空间分析等方面的技术攻关;应用技 术研究包括建立满足多种业务需求的架构设计和功 能设计等工作;运行机制研究指软件系统和数据处 理流程与业务管理 的对接,以及软件与数据的更新 维护机制等工作。 四张图即覆盖市域范围的地形地貌模 型、城市 建成区内不同精度的基础模型、标准模型及精细模 型。“四张图”建设是武汉市三维数字地图系统建设 花费最多、时间最长、要求最高的一项工作内容,依 据从实践中总结出的数据标准、视觉控制标准和要 素图层等标准,我们建立了三维模型的规模化生产 流程和严格的质量检查控制体系,建立了反映城市 真实三维形态和细节的数字化模型。 2 建设策略 武汉市三维数字地图系统建设是一个特大城市 级的三维数字化工程,具有覆盖范围大 、工程建设量 大、技术难度高、综合性强的特点,为使三维数字地 图系统真正地成为一个城市级的公共服务平台,我 局提出了“标准化、网络化、市场化”的项 目建设原 则 ,制定 了“边建设 、边应用 、边完善”的策略,通过建 设带动应用 ,以应用促进发展 ,逐步形成了完整的三 维数字地图系统生产体系、技术体系、应用体系与服 务体系。 2.1 试点先行 ,建立城市三维模型制作 管理标准 目前,城市三维模型还没有一个统一的标准,没 有标准就会出现了三维模型质量难以控制,工作进 度难以把握,多种数据不兼容等问题。为高标准地 推进城市三维建模,保证数据质量和表现效果的一 致性,我局采取了“试点先行、逐步完善、全面推进” 的方式,通过中心区和城郊结合部两个试点区的三 维模型建设,研究了满足视觉效果条件下不同区域 三维建模的技术和方法 ,并在后继工作中不断验证 城市发展研究 l6卷 2009年 11期 Urban Studie8 Vo1.16 N0.n 2009 和完善,最终建立起三维模型数据采集、处理、制作、 检查 、验收的标准化流程,在此基础上全面推进城市 三维模型建设 ,取得了良好的效果。 2.2 以我为主,高位嫁接,博采众长 项目启动之初,我们提出了“以我为主、高位嫁 接、博采众长”的建设路线 ,在局系统内,市局领导亲 自负责,处室协调 ,信息中心、规划院 、勘测院抽调精 干人员组成工作专班,形成了多学科集成的主体建 设队伍。同时,全面与国际、国内顶尖公司进行专业 合作,吸收各家公司所长,消化吸收后自主开发,形 成了应用引导的技术研发模式,保证 了项 目建设的 顺利进行和可持续发展。 2.3 多方合作 ,积极开展攻关,解决技术难题 三维数字地图系统是一项涉及众多领域和技术 的工程 ,为解决系统建设 中的难点问题 ,我局开展了 与国际顶尖 的三维公 司和多家国内一流企业 的合 作,与高等院校和研究院所合作开展关键技术攻关, 对海量、多源 、多细节多层次三维模型数据的无缝集 成与管理、数据在网络环境下的动态调度、地上与地 下、室内与室外一体化三维模型数据的组织管理、三 维模型数据库的更新与维护等进行了专题研究,同 时开展了项 目成果在城市规划管理 、地下工程适宜 性评价、应急反应中的应用研究。 2.4 市场化运作,多方筹措推进 系统建设 三维数字地图系统建设是一项要求高投入的工 作,项 目建设初期,建设资金主要计划通过政府财政 拨款进行投人 ,由于项 目建设资金量大,技术难题 多,这种方式不能满足长时间资金持续投入的要求。 针对当时实际情况,我局及时进行调整,采取了“政 府财政投入 +事业单位自筹 +市场化运作”的策略, 用财政资金起步,建立试点片三维模型,利用事业单 位 自筹资金 ,推进系统开发 ,通过加强成果的利用和 转化,依靠市场化运作,利用社会资金和 自筹资金推 进成片三维模 型建设 ,保证 了项 目建设 的可持续 发展。 2.5 以应用为抓手,逐步完善三维数字地图系统 三维数字地图系统建设是一项时间跨度较长的 工作,如果要等系统和模型全部建成后再投入使用, 会给项 目建设带来很大的不确定性风险。我局采取 了“边建设、边应用、边完善”的策略,以应用为抓手, 推进系统建设。三维模型建设方面,以规划项 目三 维模型建设为主导 ,建成一片,应用一片,以点带面 l03 鞫 譬豫 盛洪涛:武汉市三维数字地图系统建设及其应用 全面推进;系统开发方面,以规划审批的应用为突破 口,通过在局重点项 目审查会和市长项 目审查会上 辅助多个重大项 目审批 ,提高了项 目审批效率 ,优化 完善了系统功能,以此同时 ,还积极探索了项 目成果 在规划展示、数字旅游、城市网格化管理等方面的应 用,通过应用不断完善系统功能,增强了系统的实用 性和开放性。 3 项目成果与应用 3。1 建立了三维数字地图系统的软件体 系,形成三 维数字地图全方位服务能力 该软件体系由模型制作与处理系统 、三维数字 地图集成管理平台、规划审批三维决策支持系统 、互 联网发布系统 、开发商版系统等组成。其中,三维数 字地图集成管理平台采用大型数据库管理系统,实 现了框架模型 、基础模型、标准模型、精细模型 ,以及 总体规划、控制性详细规划、“五线”等规划信息的集 成管理 ,实现了网络环境下大范 围三维精细模型的 实时浏览、二维矢量数据叠加、地名查询、属性查询 等功能。规划审批三维决策支持系统采用组件化的 开发方式 ,实现了多种浏览方式下的三维漫游 、空间 量测 、多方案 比较、方案调整 、日照分析 、通视分析等 规划审批功能 ,开发 了三维模型转换和特效制作工 具,为规划审批工作提供了强有力的信息服务和决 策支持。 O◇O O● 图 l 软件体 系图 3.2 完成了8494平方公里 市域框 架模型和主城 区 450余平方公里标准模型,建立了逼真的虚拟武汉 环境 集成了市域 5米格网的数字高程模型、市域 1 米分辨率的航空影像和主城区0.2米分辨率的航空 影像,同时集成了全市骨架重要基础设施模型,建立 了全市域三维模型框架,真实表现了武汉市的地形 起伏特征和滨江滨湖的城市特色。同时,基于统一 104 的建模标准 ,以 1:2000和 1:500比例尺地形要素为 基础 ,按照不同城市区域 、不同城市道路级别 、不同 建筑、树木、小品和环境要求 ,完成 了主城 区 450平 方公里的标准模型建设。 图2 三维数字地图集成管理平台 图 3 三维数字地图集成管理平台 图 4 建成 区精细模型 城市发展研究 16卷 2009年 11期 Urban Studies Vo1.16 No.11 2009 盛洪涛:武汉市三维数字地图系统建设及其应用 |{II 澹疆j 3.3 服务城市规划建设 ,实现规划管理从平面到立 体 的转 变 一 是辅助规划选址。在多精度现状三维模型的 基础上,利用三维数字地图系统强大的数据集成能 力 ,能够方便地集成各类数据,通过叠加各类基础 图 层和专业图层 ,同时结合市政地下管线、地形坡度坡 向分析 、水淹分析等功能 ,对不同的拟建地址进行 比 较分析,可以迅速筛选出宜建的项目地址;在选址审 查阶段,可以模拟不同规划条件下方案建成后的效 果,快速辅助用地条件审批。 图 5 辅 助 规 划选 址 二是辅助规划项 目审批。利用规划审批三维决 策支持系统,城市规划人员可以在三维空间对报建 方案进行实时浏览、多方案 比较 ,能够对建 筑的层 数、朝向、体量等进行调整 ,优化设计方案。该平台 应用于我局日常审批工作,先后在新华路、两江四岸 等城市重要地区辅助了中国银行、银监会、融侨华 府、武锅等 100余个重点项目的审批,为项目审查提 供了直观有效的技术手段。 三是辅助城市设计。利用系统提供的逼真的城 市三维环境,能够让设计人员在真实的场景中去设 计,充分考虑现状建筑环境、自然地形、山体、水域、 道路、绿化等现状条件,利用系统丰富的数据资源, 可将二维上一层次规划控制图形数据与三维模型进 行叠加 ,从而清晰的判断设计成果是否满足功能 、技 术标准、规范等要求;利用视线分析、界面分析等功 能,能够清晰地判断城市设计方案是否满足空间尺 度适宜、建筑问和谐性以及城市设计效果等方面的 要求。 四是辅助城市市政交通规划。利用三维数字技 术辅助交通规划 ,能够直观地展现建成后的道路与 周边环境的空间关系,计算拆迁工程量,优化设计线 路 ,优化线路周边的环境景观,未来通过与智能交通 系统的结合,还可实现车辆的三维导航 ,在城市应急 指挥和交通管理等方面具有巨大的潜力。 五是辅助地下管线和地下空间管理。在地下空 间选址阶段 ,利用剖面分析功能,可以获取任意方 向 的地质信息,辅助线状工程地下空间的选址;利用地 下漫游功能,可以查看地下工程沿途的地下管线和 地质信息;通过集成地下空间工程适宜性评价模型, 还能够对各个选址方案进行评价,对多个拟建方案 进行比较。在地下工程建设阶段,利用该系统可以 清楚地知道地下线网的精确位置,避免挖断管线等 事故的发生 ;同时可以模拟地下管线迁移、地下工程 开挖,计算土方量 ,为管理人员制定工程方案提供依 据 ;利用虚拟打钻功能减少实际钻孑L数量,节省项 目 建设成本。在地下管线和地下空间管理阶段,通过 对三维地层模型和地下空间设施模型的统一管理, 方便地下空间信息的查询统计,以及地下管线管理 图 6 交通规划 城 市发展研究 16卷 2009年 11期 urban studies Vo1.16 N0.11 2009 l05 攀 漱 盛洪涛:武汉市三维数字地图系统建设及其应用 和故障检修。 六是宣传展示城市形象。汉口江滩是武汉市的 名片,整个江滩全长 7公里 ,建设规模达到 110万平 方米。通过对整个汉口江滩建设区域数据的建模和 集成,用三维模型真实再现了汉口江滩大气、精致 的 建设景观,为江滩宣传、管理等提供了形象直观服务。 图 8 汉 口江滩虚拟仿真系统 图 7 地下管线 圈 9 东 潮 周 边风 景 3.4 主编国家行业标准,推进三维数字城市建设标 准化 2008年,我局获批主编国家城镇建设行业技术 标准《城市三维建模技术规范》。该规范以武汉市三 维数字地图模型制作标准为基础,结合有代表性城 市建设经验,从模型分类与规格、技术要求、数据组 织与命名、数据采集与处理、三维模型制作、模型评 106 价与验收、数据集成与管理、数据更新与维护等方面 进行编写 ,涵盖了城市三维模型的生产、管理、应用 和更新,该规范的建立与实施将进一步推进中国三 维数字城市建设的进程和成果的共享共用。 4 工作展望 三维数字地图系统是城市规划管理的一个全新 平台,目前的研究与应用仍然是三维数字城市研究 与应用的冰山一角 ,即使是一角,也依然可见其锐利 的锋芒。下一步 ,我们将从 以下几个方面推进该项 工作: 一 是进一步优化和完善系统功能和平台建设 , 拓宽和深化在规划管理领域 的应用。 目前 ,武汉市 三维数字地图系统主要应用于市局的重大建设项 目 设计和审批,下一步将按照统一推进的要求 ,对 中心 城区重点项目和一般项 目实施统一的三维管理 ,并 在各个分局和远城区局加强推广 ,实现三维数字地 图系统在全市规划系统的广泛应用。另一方面 ,拓 展项 目成果的应用,将 当前 以地上为主的应用拓展 到地下空间,深化项 目成果在地下空间选址、建设和 管理中的应用 ,同时,将三维模型运用到竣工验收环 节,开展三维竣工验收 ,并用三维竣工测量结果更新 系统数据。 二是加大宣传与推广力度,积极开展在区政府 和相关行业的应用。下一步要加大宣传与推广力 度,积极开展项目成果在区级政府的应用,争取更大 的支持和投入,同时开展在旅游、安保、交通、城管、 网格化管理、灯光、广告等领域的应用,提高城市的 精细化管理水平,并将成功经验推广到武汉城市圈 及相关城市。 (下转第38页) 城市发展研究 16卷 2009年 11期 Urban Studies Vo1.16 No.11 2009 : 臻麓 l 王文录等:改革开放30年我国小城镇的发展 北亚研 究院在读 博士 生。主要 研究方 向:人 口迁 移与城 市化 赵培红(1982一),男,山西忻 州人 ,硕 士,中国城 市 科学研究会研究人员,《城市发展研究》责任编辑。 主要研 究方向:区域经济与城 市发展 。 收稿 日期 :2oo9一O9一O5 The Development of China’S Small Cities and Towns in Three Decades of Reform and Opening up WANG Wenlu ZHAO Peihong 【Abstract】China’s small cities and towns developed the rapid ment in driving regional economic development,transferred of the rural population and enhanced the level of urbatfization in China and other methods have played a small role in three decades of reform and opening up.Today,China’S economic development has reached a new historical period,in the industrial area,into the mid and post-industrialization; in the context of urbanization and urbanization a little faster;On the production side,into a era of IT support;in consumption,to to a dominant high-end consumer durables period.Faced with this new era,not only the need for the development of China’S small cities and towns to be a fundamental failure of the merits and demerits of the judge,but also Need for to offer constructive opinions for further development of small cities and towns. 【Keywords】Small Cities and Towns;Development Experience;Problem;Strategy (上接第 106页) 三是加强行业管理力度 ,实行行业准入。不同 于效果图和三维动画制作,城市三维模型的制作在 坐标系统、模型精度 、数据组织和命名 、制作方法和 模型质量等方面有严格的要求 ,为加强城市三维建 模工作的管理 ,我们将抓紧完成《城市三维建模 规 范》的编制,在此基础上,对建模团队实行行业准入, 以提高三维模型制作和管理水平,促进城市三维建 模行业的 良性发展。 四是探索三维数字地图的市场化运用。在完成 我市主城区精细模型建设的基础上,探索三维数字 地图的市场化运作方式 ,为城市管理提供三维数字 信息服务 ,实现跨行业和部门的数据共享,促进信息 资源的集约利用,实现三维数字地 图系统 的可持续 发展 ,为推进我国城市三维数字地图建设的标准化 和地理信息产业化做出新的贡献。△ 【参考文献】 [1]朱庆 ,林晖 .数码城市地 理信息系统—— 虚拟城市环境 中的三 维城市模型初探[M].武汉大学出版社,2004. [2]李清泉,杨必胜等.三维空间数据的实时获取、建模与可视化. 武汉大学 出版社,2003. [3]刘晓艳,林晖等.虚拟城市建设原理与方法.科学出版社. 作者简介:盛洪涛(1966一),男,博士,武汉市国土资源和规 划局副局长,高级城 市规划师。研 究方向 :城 市规 划管理 收稿日期 :2Oo9一O8—15 The Construction and Applications of W uhan 3D Digital Map System SHENG Hongtao 【Abstract】Wuhan is one of prior city in construction three dimension digital city,wuhan 3D digital map system is key content in wuhan 3D digital city,the project has been completed by three years.This article introduces its main contents,construction strategies,achievements and applications,Some advices about next step works is been put forwand.It is believed that it is helpful for national 3D city and city planning design and management. 【Keywords】3D Digital City;3D Digital Map System;Strategy;Applications;Wuhan 38 城市发展研究 16卷 2009年 11期 Urban Studies Vo1.16 No.11 2009
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