三維 GIS以何優(yōu)勢來助力智慧城市的建設(shè)？

發(fā)布日期：2019-04-08 23:35 瀏覽量：10190

三維 GIS 技術(shù)是在 GIS 的基礎(chǔ)上，將二維地圖轉(zhuǎn)換為三維地圖的一種技術(shù)。該技術(shù)擁有GIS技術(shù)的地圖功能，還能更加明顯的，更加具體的體現(xiàn)現(xiàn)場的實際情況，給人們展現(xiàn)了一個全方位的地圖結(jié)構(gòu)。

一、三維 GIS 的關(guān)鍵技術(shù)

1、真三維 GIS 數(shù)據(jù)模擬

三維 GIS 的基礎(chǔ)一般是三維空間數(shù)據(jù)模型，該模型在很大程度上也決定了三維 GIS 系統(tǒng)能力。傳統(tǒng)的三維空間數(shù)據(jù)模型是針對特定領(lǐng)域和專業(yè)來建設(shè)的，像地質(zhì)模型，礦山模型等等。這些模型的缺點是數(shù)據(jù)單一，無法表達(dá)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)等，所以就使得三維GIS技術(shù)在實際應(yīng)用上效率很低。

故而，傳統(tǒng)的三維 GIS 技術(shù)已然無法滿足日常所需了，但真三維 GIS 技術(shù)，就針對這些問題統(tǒng)一了空間的基準(zhǔn)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及多層次的語義和拓樸關(guān)系，實現(xiàn)了建筑道路等設(shè)施及其部件級別的物理性能和功能語義的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而達(dá)到了室內(nèi)室外定位的無縫轉(zhuǎn)接，從而達(dá)到了將復(fù)雜三維地理環(huán)境劃分為三個層次，即地形表面層次，地上下立體空間層次和建筑物三維內(nèi)部空間層次。

其具體內(nèi)容為：

（1）以 2.5D 的地表空間管理形式展現(xiàn)地形表面的層次，并且確保整個區(qū)域的地形表面空間層次都是合理的空間劃分。

（2）三維空間，在基于基本的立體層次的情況下，決定了地上下的立體層次，進(jìn)而化抽象為圖像，簡單直觀的展現(xiàn)了三維空間層面的對象精準(zhǔn)表達(dá)。

（3）結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的語義關(guān)系，進(jìn)一步詳細(xì)劃分內(nèi)部空間層次，進(jìn)而確定建筑物三維內(nèi)部空間層次，從而建立完整的三維內(nèi)部空間。

2、精確高效的三維 GIS 集成建模

在 2010 年，“城市三維建模技術(shù)規(guī)范”被國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布了，不僅在城市規(guī)劃設(shè)計方面要求做到統(tǒng)一，還在管理等方面提出了新的要求。在 2012 年，三維模型的數(shù)據(jù)生產(chǎn)、產(chǎn)品以及數(shù)據(jù)庫被國家測繪地理信息局面向基礎(chǔ)地理信息頒布了，進(jìn)而模型的類型、內(nèi)容以及模型數(shù)據(jù)的采集制作等內(nèi)容得到確定。

近幾年來，隨著一大批高新技術(shù)在進(jìn)度和速度方面得到了飛速提高，研究的對象大多是地和物的三維自動重建，再根據(jù)相關(guān)的分辨率、進(jìn)度等，已使得可供選擇的方案變多，再加上獲取技術(shù)的成熟與規(guī)范，使得三維 GIS 在進(jìn)行普及時有了保障。但是，由于各個地區(qū)的環(huán)境不同，三維建模技術(shù)的方式方法也是各不一樣的，需要根據(jù)現(xiàn)有的地圖，或高分辨率的影像進(jìn)行自動建模，另一方面，再結(jié)合人工交互式的建模方式，集成建模已經(jīng)成為日后發(fā)展的新方向。

3、大規(guī)模三維 GIS 數(shù)據(jù)的高效組織管理模式

目前，大量的二維 GIS 數(shù)據(jù)的地形景觀數(shù)據(jù)的組織管理技術(shù)已經(jīng)很成熟且高效，在很大程度上促進(jìn)了虛擬地球的應(yīng)用服務(wù)性。然而，三維 GIS 仍然存在難題，比如，如何高效的一體化的組織和管理復(fù)雜不均勻的地上地下室內(nèi)室外的三維空間模型數(shù)據(jù)。

三維 GIS 數(shù)據(jù)在高效組織管理上的難題從兩個方面來說：一是由于三維 GIS 數(shù)據(jù)太過龐大且抽象形狀各異，甚至空間分布稀疏不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致了數(shù)據(jù)動態(tài)存取難的問題。另一方面，在三維空間數(shù)據(jù)分析和實時可視化的應(yīng)用過程中，其應(yīng)用過程越來越復(fù)雜，進(jìn)而導(dǎo)致了空間數(shù)據(jù)操作的難題。

4、高性能三維可視化分析

對于普羅大眾而言，其可視化主要表現(xiàn)出的就應(yīng)該是平滑流暢、逼真高效，這實則也是三維 GIS 的一項基本。在實際情況中，三維 GIS 和二維 GIS 的明顯區(qū)別就在于真實感的不同，三維 GIS更有身臨其境的感覺，在某種程度上來說，這也就很好的促進(jìn)三維 GIS 技術(shù)的應(yīng)用。

同時，在人機交互響應(yīng)時，低延遲和穩(wěn)定的圖像質(zhì)量方面也得到了強調(diào)，從而構(gòu)建出了更加逼真的場景效果。然而，在整個城市范圍內(nèi)，地上下，室內(nèi)外，就立體空間的復(fù)雜場景來說，其大量的數(shù)據(jù)以及不均勻的數(shù)據(jù)，還是導(dǎo)致了三維 GIS 技術(shù)很難達(dá)到預(yù)期的效果。其中，尤其是但從室外進(jìn)入室內(nèi)，隨著精細(xì)度的不斷提高，其數(shù)據(jù)也量也會不斷增加，進(jìn)而這也就導(dǎo)致了圖像實時繪制工作量的增加。

二、實時三維 GIS 在智慧城市中的作用

所謂智慧，主要指的是人對某種行為和事件的認(rèn)識，并對某些其他人、物、事的聯(lián)系性認(rèn)識。而所謂智慧城市，即知道的信息越多而越聰明。其中，這些信息是與人的智慧有所不同的，而又是密不可分的。其主要包括人、物、事，但這些信息是可計算，可推理的，甚至可以全息感知。在物聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)等承載下，城市運行又急切需要一個可以真實感強的實時三維 GIS，進(jìn)而，實時三維 GIS 自然而然的就成了新一代 GIS 的標(biāo)志。

近年來，新一代的 GIS 已經(jīng)慢慢的向著 VGE 的方向發(fā)展了，而在 VGE 中，現(xiàn)實世界中的動態(tài)信息獲取，處理和共享已然成了一個活躍的信息鏈路，不僅將數(shù)字世界與現(xiàn)實世界進(jìn)行了緊密聯(lián)系，還給人們提供一個與真實生活不可分割的工作空間。其中，這里空間主要有歷史、未來和現(xiàn)實的集合數(shù)據(jù)環(huán)境，在動態(tài)數(shù)據(jù)的作用下，全程可以控制的地理過程建模和仿真環(huán)境等。

眾覽上文，就智慧城市而言，是將智慧城市和真實城市環(huán)境以及虛擬城市環(huán)境融合協(xié)同的一種方式，而三維 GIS 則作為紐帶，提供了技術(shù)方法的支撐，日前也正成為國家政府，人們?nèi)罕婈P(guān)注的焦點。但是，目前的三維 GIS 技術(shù)在實際應(yīng)用中仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，為了更加有效的支撐智慧城市的建設(shè)和城市安全，就需要著重對三維 GIS 的數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)管理，可視化空間等方面提出新的概念框架，并尋找更有效的改進(jìn)方法和學(xué)習(xí)更加先進(jìn)有效的技術(shù)，從而實現(xiàn)智慧城市的建設(shè)。