原楠
柳州市勘察测绘研究院有限公司 广西柳州 545000
摘要：智慧地球的提出加速了数字城市的发展建设，如何快速、准确地获取具有高真实感的城市三维模型已成为重要的研究方向。三维地图与传统二维地图相比，能够更直观地对地理空间进行展示、更强大多维度空间分析功能等优点。本文首先对城市空间三维地图进行系统梳理，进而探讨三维地图与智慧城市结合的必要性，最后讨论了三维模型在城市规划管理中的应用。
关键词：城市空间三维地图；智慧城市；规划管理
引言
随着计算机技术及传感器的不断发展，城市的数字化表达由二维逐渐过渡到三维，城市发展和建设逐渐趋于规模化和立体化。与二维数据相比，三维数据具有信息量丰富、感官真实等优势，使得动态交互的方式成为可能，在城市规划建设、应急管理等方面意义重大，如何建立高效、准确的城市数字三维模型是一个重要的研究方向。
当前，新型智慧城市建设还未全面深入开展，虽然我国智慧城市试点数量位居全球首位，但无论是特大型的一线城市还是中小型城市，开放、共享的城市信息模型数据仍未全面形成，直接的三维数据获取渠道尚未开放，且数据共享程度不高。多数城市的智慧化应用平台研发迫切需要城市三维模型数据支撑。
1城市空间三维地图关键技术
城市空间三维地图相较于传统二维地图，对象的表达空间从二维平面转变到三维世界，能够将地形地物的几何特征和纹理细节精细且逼真地展现出来，展示效果更具有真实感，且尤其重视人机交互响应时的图像渲染质量、低延迟和实时特征。
本文所采用的城市三维GIS场景快速构建方法技术路线共分为5个步骤：
（1）建筑底面轮廓数据获取。建筑底面轮廓数据即建筑物正射投影到地面所形成的边界矢量数据，且该数据属性需记录对应建筑的高度值或楼层数。建筑底面轮廓数据的获取途径大体上可分为以下3类：从城市全要素地形图直接提取建筑要素；以高分辨率遥感影像或航片为数据源，通过影像自动分类解译，辅以数据后处理获得；向正规渠道的图商采购或借助网络数据抓取手段获取（抓取手段获取的数据可靠性低，可用于实验，实际项目不宜采用）。
（2）拓扑连接及位置配准。得到建筑底面轮廓数据后，对数据进行质量检查及后处理，主要流程涵盖多段线的拓扑闭合处理、闭合线要素转面要素、矢量数据位置与影像底图配准、坐标转换统一。
（3）参数化、程序化建模。以经过处理后的建筑底面轮廓数据为基础，通过CityEngine程序化建模方式或CityMaker、CesiumLab参数化工具建模方式，实现城市级建筑白模批量自动化生成，并导出OBJ、FBX、OSG等通用格式的三维数据。
（4）属性完善。以数据支撑的智慧应用为出发点，通过自动链接方式为三维模型补充完善业务所需相关字段及属性，为可视化应用做铺垫。
（5）场景构建。将经过自动建模生成的城市级白模与数字正射影像（DOM）、数字高程模型（DEM）在CIM平台框架进行集成，从而快速构建城市级三维GIS场景。
2智慧城市概述
日益凸显的城市问题，迫切需要相应的缓解方案。基于城市变量的智能决策、侧重于异构数据集指数增长的潜在趋势预测以及随时随地获取信息的能力促成了智慧城市的出现。本文推演的发展建设过程本质上就是一个地区不断城市化的过程，通过发挥信息及通讯技术的优势，整合城市发展的可利用资源，在保证可持续发展前提下，将城市居民体验置于考察重点，以提高城市在不同职能方面的竞争力。实时收集计算分析各方数据，从生态系统的角度出发，着手优化智慧经济、智慧移动技术、智慧环境、智慧居民、智慧生活与智慧治理六个方面之间的耦合关系，在技术改革、环境制约与居民生活之间寻找平衡点。提高城市居民参与度，注重人与环境的交互体验是打造智慧城市，实现经济发展、科技进步、社会平等的关键所在。
3三维GIS与智慧城市结合必要性
通过三维GIS与智慧城市结合，不管是从智慧城市的建设角度以及从城市管理者的角度来看，都是十分必要的。从智慧城市的角度看，智慧城市通过城市大脑来打通系统、汇聚数据、构建数字孪生，辅助城市高效运行、助力城市可持续发展。从技术维度看，三维GIS将物理城市映射到数字空间，构建城市级物理信息系统，通过BIM解析单体建筑、GIS标注空间位置、IoT设备接入，实现整个城市的互联互通。从城市管理者角度看，将三维GIS平台作为智慧城市底板来建设，将智慧城市的应用植入三维GIS系统来统一操作管理。通过统一管理可以支撑单体建筑和城市基础设施的接入，支撑城市规划、多规合一、建设和统筹利用数据资源、支撑城市管理的精细化。通过建设三维GIS，使得政府决策施政精准以及已经联动指挥更加高效。
4智慧城市三维GIS建设路径建议
4.1使用倾斜摄影对主城区三维建模
倾斜摄影技术通过无人机的高清摄像机从各个角度进行拍摄，客观地反映事物的真实情况，满足了用户对事物三维信息的需求[2]。倾斜摄影的技术优势主要体现在：
（1）能够保证用户在多个角度观察事物，更加客观地反映事物的真实情况。
（2）只需简单的开发量，在浏览器端就可以进行包括长度、高度、面积、坡度、角度等的测绘，方面用户在其基础上扩展应用。
（3）相比其它三维建模方式，使用倾斜摄影进行三维建模能够有效地降低建模成本。
（4）另外，同样单位面积倾斜摄影技术建模之后的数据量更小，方便建模之后数据的共享交换。
4.2利用三维底图对特定二维图层进行升维
在利用倾斜摄像完成三维建模工作，可以利用三维底图对二维图层进行升维。针对在制作二维图层没有高程数据的情况，对于各种井盖、路灯、公交站台等紧贴地面或者在三维GIS底图中有明显参考点的图层，可以利用三维GIS底图的地面高度数据和参考点，赋予每一个二维坐标点一个高度数据，这样方便快捷且几乎零成本解决了区县普遍缺乏三维图层的问题。
本文以超图的iDesktop为例，展示如何利用三维底图对二维图层进行升维。
（1）使用iDesktop打开三维建模数据，然后点击三维分析中生成DSM数据按钮，经过长时间等待，生成DSM数据集；
（2）加载DSM数据集，系统会提示需创建影像金字塔，点击确定，创建影像金字塔，随后选择将数据集作为影像和地形加载，点击确定；
（3）打开二维图层，点击表面分析按钮，随后选择提取三维数据按钮，出现图界面，点击确定，生成三维图层。
（4）选择生成的三维GIS图层，叠加到底图中，选择合适的图标，逐一检查每个点位是否和实际情况相符，若不相符，再调整一下高程数据即可。
通过以上几个步骤，利用倾斜摄影三维建模数据将二维图层转换成三维图层，随后可以利用GIS引擎将三维图层发布成服务，叠加在三维底图中，对图层点位地理位置可以进行直观地展现。
4.3建立三维GIS符号库
地图符号库中的地图符号是形象表达事物内容的主要手段，能够传递在地理信息系统中表达事物在空间位置、区域总体特征、质量、数量及形状等方面的信息，同时也是在GIS地图中直观表达事物一种很重要的工具；在城市层面上建设统一三维GIS符号库是有益于三维应用在后续发展的规范化和标准化。
5结束语
城市空间的三维地图技术能够更加形象直观地对城市立体空间中的物理环境、地物形态、事件动态进行实时、精细、逼真的表达，从而满足智慧城市精细化管理的实际应用需求。通过利用三维GIS空间分析功能，结合城市管理过程中的遇到的实际需求，进行有效、科学、先进的数据分析，为政府及各部门的决策提供有效的依据。
参考文献
[1] 孙宏伟.基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J].现代测绘，2014(01)
[2] 刘万斌.浅析三维GIS及其在智慧城市中的应用[J].科学技术创新，2018(35)
[3] 易海泉.三维GIS助力智慧城市建设[J].中国测绘，2020(03)
[4] 朱庆.三维GIS及其在智慧城市中的应用[J].地球信息科学学报，2014(06)