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三维仿真在城乡规划全过程管理中的应用_邱月

邱月,沧州市规划设计研究院,助理工程师,发表于《建筑工程技术与设计》2018年9月下; 摘要:当前,三维仿真在城乡规划管理中的应用范围比较有限。本文分析了三维仿真技术应用于规划全过程管理的意义,研究了虚拟现实、海量多源数据存储管理、三维时态GIS等关键技术,并结合实际应用探讨了三维仿真应用于城乡规划全过程管理的实施步骤,最后提出了未来发展的建议。 关键词:三维仿真;城乡规划;全过程管理
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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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