抓住机遇，谋划建设三维数字增城
图1 二维GIS地图与三维GIS地图对比。
图2 常用三维空间数据获取技术对比。
图3 三维应用驱动。
图4 增城区三维地形场景。
图5 通视分析（绿色线表示可视，红色表示视线阻挡）。
图6 停车场设计模拟。
图7 行人模拟。
图8 三维数字增城建设及应用体系。
图9 基于网格的三维拆迁管理。
图10 三维招商展示。
图11三维综合管线管理系统。
编者按：三维技术是空间信息管理的一项热门技术，利用空间地物的三维坐标数据和空间地物表面纹理数据，对城市建筑、园林绿化、道路桥梁等进行直观显示。传统三维数据生产具有工作量大、周期长、费用昂贵的特征，一直是制约三维技术应用的主要因素之一。随着无人机、倾斜摄影、激光扫描、云计算等技术的发展，三维数据生产的模式有了巨大的进步，大大降低了三维数据生产的周期及成本，使三维技术在越来越多的行业和领域得到应用，如不动产、土地确权、三维地下管线、文物保护、电力巡线、智慧旅游、智慧社区、公安应急、消防应急等。下面小编将结合增城区已有的三维应用基础，带大家开启一段三维技术的科普之旅。
——作者：焦汉科
一、数字三维时代
三维GIS与二维GIS一样，具备最基本的空间数据处理功能，如数据获取、数据组织、数据操纵、数据分析和数据表现等，另外三维GIS具有空间信息展示更直观、多维度空间分析功能更强大等优势。二维GIS用二维平面的图形界面展示空间信息，三维GIS用平面加高度及纹理的图形界面展示空间信息，三维GIS为空间信息的展示提供更丰富、逼真的平台，将抽象难懂的空间信息可视化和直观化，人们结合自己相关的经验就可以理解，从而做出准确快速的判断。我们以增城万达广场、增城广场展示二维GIS和三维GIS，如图1所示，图1左侧部分是二维GIS，增城广场主要以浅绿色面表示，水体部分采用浅蓝色面表示，万达广场以浅黄色面表示，图1右侧部分是三维GIS，增城广场采用不同的符号表示广场路面、水体、绿化等，和真实场景非常相似，万达广场采用具有高度和纹理效果的三维模型表示，可以清楚的看到地下车库入口等，非常直观、真实，易于辨认。三维GIS表达的信息量更大，更详细，和现实效果更为相近，即使非专业人员都可以很容易的理解使用。三维GIS具有立体性、直观性、真实性，最大的优点就是直观，易于辨认。
（1）三维技术应用驱动因素——需求驱动
现实世界是三维立体的，并随着时间在不断发生变化。但受技术手段限制，我们长期以来习惯使用平面地图或二维地理空间信息作为城市规划设计、运营管理的基础资料。进入21世纪以后，在立体化纵深发展的现代城市中，既有地上鳞次栉比的高楼大厦，地下密如蛛网的管线，又有海底隧道、钻井等多样的海洋工程，这些“上天入地下海”的现代人类活动，已不是传统二维平面所能表现的，迫切需要三维地理空间支撑，以实现立体表达、精细管理和科学决策之目标。
下面简单列举几个应用三维技术的场景。新规划建设一个商业住宅小区，制作建筑方案模型，直观表达建筑分布、间距、层数、高度、外立面纹理等，放置于三维现状大场景中，分析是否与周围已有建筑高度、间距、外立面纹理等协调，平面设计图纸是无法满足这种需求的，必须通过立体表达实现。城市地下管线包括电力管线、通信管线、给水管线、排水管线等，是承载一个城市稳定发展的血脉基石，也是基础设施的重要组成部分。地下管线错综复杂，管径、埋深、材质不同，采用平面图仅能表现管线类型、横向分布等基础情况，且符号复杂，通过三维技术，管径大小、埋深、井盖、弯管等均可形象的表达，管线横向和纵向分布清清楚楚，实现对地下管线的精细管理。在房屋管理方面，传统上仅以房屋建筑边线表示房屋位置、形状、大小，但一幢房屋是包含多层的，采用三维技术，可清晰的表现房屋高度、层数、户数等，并可将权利人等信息与户关联，实现由楼栋到户的更精细管理。
（2）三维技术应用驱动因素——技术驱动
三维空间数据获取及三维展示应用平台是制约三维应用的两个因素。基于传统手工建模方式生产三维模型数据工作量大、周期长、费用昂贵。随着无人机技术、倾斜摄影技术、激光扫描技术、并行计算技术的发展，使三维空间数据获取难的瓶颈基本得以突破，规模化作业生产模式基本形成。三维空间数据获取技术对比（见图2）。
传统三维平台具有兼容性差、插件化、不支持移动端展示等问题。而随着WebGL、HTML5及云平台技术的发展，三维平台无需插件，基于浏览器应用，支持PC、PAD、手机多终端，为三维的广泛应用提供了条件。
（3）数字三维时代来临
在需求牵引和技术进步双重动力驱使下，数字三维无疑将进入高速发展和广泛应用期，必将拉动整个测绘产业队伍走向三维地理空间信息采集、处理和数据库建设，以及基于三维地理空间信息的应用与服务。这一切昭示着数字三维时代的来临。在数字三维时代，我们增城如何在城市规划建设到运营管理中充分应用三维技术，建设三维数字增城？
二、增城三维实践
三维地形场景中进行呈现，可基于三维场景实现绿道导览、景点导航等，三维场景是三维应用的基础。
（2）辅助挂绿新城安置新社区方案评审
挂绿新城安置新社区建设是增城区的“一号工程”，在方案评审中，充分利用三维城市规划辅助决策系统，制作安置新社区三维模型，放入三维大场景，观察与周边城市现状环境的空间关系，审视建筑方案与周边环境是否协调。通过三维仿真模拟可以身临其境的感受安置区建成后的效果，辅助决策。
（3）市政设计方案三维精细化模拟
在广州市公安局增城区分局办公大院景观优化设计模拟中综合采用了3dsMax、无人机倾斜摄影建模、三维GIS技术，对市政优化设计方案进行精细三维可视化模拟，建设前直观感受体育场馆、停车场、人行绿道、绿化效果等，辅助领导对规划建设方案的决策。
三维技术在规划编制、规划选址、规划审批、城市设计、城市建设、城市运营管理的各个阶段都具有重要利用价值或优势。通过整合DEM（数字高程模型）、DOM（数字正射影像图）、地形图、规划成果数据和三维模型等数据，提供虚拟现实环境，支撑地形坡度坡向分析、水淹分析、通视分析、可视域分析、日照分析、天际线分析、多方案比对分析等二维模型无法支撑的分析能力，提升规划决策的科学性。
增城区城乡规划与测绘地理信息研究院在三维技术应用方面做了一些基础及应用研究工作，列举以下几个案例。
（1）建立增城区三维地形场景
基于DEM和DOM数据建立了增城区全区范围的三维地形场景，建设了区政府、增城科技文化博物馆、增城图书馆、万达广场、增城广场、合汇广场等20多处的建筑三维模型。建立三维场景目的是实现三维可视化，逐步完善建立的建筑模型、城市部件模型等均在
三、谋划建设三维数字增城
增城区在三维技术的发展与三维推广应用上已做了许多有益的探索，但也存在许多问题，如DEM数据现势性差、三维建筑模型数据未覆盖建成区、三维展示应用平台需完善等。
为迎接数字三维时代的来临，全面建设三维数字增城，建议开展三维数据采集制作工作，建立三维GIS系统，支撑各行业专业三维应用系统的定制开发，满足政府人员、企事业单位及公众用户不同用户人群的需求。三维数字增城建设需从基础设施、数据资源、开放接口、运维支撑、行业应用、服务对象及应用终端全面考虑，形成系统安全管理规范、系统运行维护管理规范、系统数据管理更新规范、数据服务共享规范。建立基础平台，开放二三维平台开发及数据服务调用接口，政府各部门可结合具体业务需求，快速搭建专用三维系统。三维数字增城建设及应用体系如图8所示。
行业应用是建设三维数字增城的落脚点，下面简单介绍几个方面的应用，包括拆迁分析指挥、美丽乡村管理、三维土地储备管理应用、三维城市规划、三维招商展示、三维不动产、三维轨道交通、管线三维管理、应急救灾、环保三维应用等。
（1）三维拆迁分析指挥系统：拆迁前在三维场景计算待拆迁范围内建筑面积，估算拆迁费用，制定拆迁方案；拆迁过程中进行拆迁指挥和拆迁进度动态显示。
现状三维场景的实际位置，直观反映报审项目与其周边城市现状环境的空间关系，审视报审项目与周边环境是否协调，为规划设计与审批提供科学的决策依据。如利用三维城市规划及仿真系统对广州第二机场等大型项目的建设方案进行三维可视化模拟，建设前，在真实的现状场景中模拟出建成后的效果，方案表达更直观，有助于对建设方案更科学的评价，有利于项目的顺利实施。
（5）三维招商展示系统：在整合各类招商资源的基础上，充分运用地理信息技术、网络技术、移动互联和三维仿真等信息技术，在直观的三维场景中，对招商信息资源进行全方位的信息化管理，提升招商质量，强化政府的主动服务意识，为政府和企业决策提供信息和依据。
（2）三维美丽乡村管理系统：对具有历史意义的旧厂房、旧村居进行提升改造前，将改造方案进行三维可视化展示、宣传，让村民看得到乡村的变化，提高参与积极性，利于旧村改造顺利推进，改善人居环境，建设宜居乡村。在三维场景中叠加乡村自然生态、特色产业、历史文化等信息，对美丽乡村进行全方位三维展示、宣传，促进乡村旅游发展，有助于实现乡村振兴。
（3）三维土地储备信息管理系统：集成城市基础地理信息和土地规划、城市规划及土地储备专题信息，形成土地储备地理信息数据库，在三维平台进行可视化管理，直观了解储备土地的空间位置、场地条件、周边环境情况，支持储备地块信息查询、统计和分析等。
（4）三维城市规划系统：建立城市现状三维场景，在审批新的建设项目时，将项目三维模型加载到
（6）三维不动产管理系统：以不动产权籍调查数据为基础，采用无人机倾斜摄影建模与传统手工建模相结合的方式，建设不动产权籍调查三维立体图形数据库，满足对土地使用权在地表、地上、地下分别设立的管理需求，并与登记信息关联挂接，在不动产登记及管理中充分发挥三维立体图形的优势。
（7）三维轨道交通系统：基于三维基础平台建设三维轨道交通系统，可为轨道交通选址、方案设计、可视化、方案审批、工程建设、运行管理提供全流程的技术应用。以地铁三维展示管理为例，按传统的三维建模方式，构建地铁站点地下三维模型，通过倾斜摄影建模或航拍360度全景视频展示地铁站点及地铁线路沿线三维场景，在线发布，满足地铁管理及大众化导乘需求。
（8）三维综合管线管理系统：提供基于二维管线数据的三维检查、三维管线自动化生成、地上地下一体化、三维管线可视化管理和三维管线应急辅助决策分析等功能，实现从管线规划、设计、施工、运维到更新的安全生命周期管理。
（9）应急救灾：提供及时的三维地理信息服务，为治安管理、警力部署、巡逻布控等业务及火灾、泥石流、山体滑坡等突发事件提供有力的辅助决策支持。
（10）环保信息系统：实现环境监测信息的模拟仿真，对环境规划、项目建设、环境功能区划的三维动态模拟等。
四、结语
三维技术在城市规划选址、规划编制、规划审批、城市设计、城市建设、城市运营管理的各环节均具有重要应用价值，相比传统二维技术在可视化、城市精细管理、辅助决策方面更具优势。随着三维数据采集及应用技术的发展，数据采集效率大幅提升，生产成本大幅降低，为三维技术的广泛应用奠定了数据基础。三维应用平台在多终端、多系统、多浏览器支持方面的技术突破，为三维技术的广泛应用奠定了平台基础。广州、武汉、济南等城市均在大力推进城市三维模型建设及三维应用工作。增城区已在三维应用领域做了一些技术储备，目前应抓住机遇，大力推进三维数字城市建设，为政府各部门提供三维应用服务，将数字增城向三维数字增城提升，并为智慧增城建设夯实数据基础及平台基础。
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