三维数字城市在城市规划管理中的应用

1 三维数字城市在城市规划管理中的应用

作为北方经济中心，我市迎来了前所未有的发展机遇。随着我市经济建设和城市建设的快速发展，对城市规划管理工作提出了越来越高的要求。城市规划是城市建设与发展的引导者和先行者，城市总体规划中对城市规划和城市建设提出了总体要求以及对城市的规模、空间发展形态提出了建设目标，如何提升我市城市规划管理工作手段，创新规划管理模式，提高规划管理水平，又快又好的引导我市城市建设工作，适应我市经济和城市建设快速发展的要求，是我市城市规划管理实际工作中需要着力思考和解决的问题。

一、三维数字城市技术

“数字城市（Digital City）”广义上指城市的信息化，它既是城市信息化总的概述，又是城市信息化的目标。它是综合运用地理信息系统（GIS）、全球卫星定位系统（GPS）、遥感系统（RS）、网络、虚拟现实等关键技术，建设服务于城市规划、建设、管理；服务于政府、企业、公众；服务于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和信息系统，是用数字化的手段来处理、分析和管理整个城市，促进城市的人流、物流、资金流、信息流、交通流的通畅、协调。"数字城市"为调控城市、预测城市、监管城市提供了 2 革命性的手段，是对城市发展方向本质特征的一种描述。

“数字城市”是现代城市建设管理与服务的重要基础支撑体系。我国在“十五”、“十一五”期间将数字城市相关项目列入了国家重点科技攻关项目。

“三维数字城市（3D Digital City）”是在“二维数字城市”概念的基础上增加城市三维空间信息，结合三维地理信息系统技术（3DGIS）与虚拟现实技术，更直观、科学、精确的表达城市的各类信息资源。随着地理信息技术、计算机技术的快速发展，三维数字城市技术的应用是数字地球、数字城市建设的一个重要发展方向。

“三维数字城市”属于“数字城市”建设的发展方向，是三维地理信息系统技术一个重要的应用领域，不同于“三维虚拟（仿真）城市”。虚拟城市仅运用虚拟现实技术将城市模型建立来进行虚拟展示，可以在视觉上，空间形态、布局等方面辅助规划，但缺乏信息管理中的“数字”和空间地理属性信息，无法真正满足城市规划管理中查询、分析、统计、信息挖掘等各方面深层次应用的要求，不能真正创新城市规划管理工作的手段和提升规划管理水平。“三维数字城市”与“三维虚拟(仿真)城市”的主要区别是在“数字”二字上，“数字”意味着数据，意味着信息，“数字城市”是指将城市信息化建设和管理，而不仅仅是将城市虚拟化展示。 3 因此，“三维数字城市”是在“三维虚拟(仿真)城市”的基础上运用遥感、地理信息等技术集成“数字”信息，达到“数字”城市系统建设目的。

“三维数字城市”以其强大的三维地理信息技术基础、数据资源基础和空间信息基础来全面表达城市的形态、布局以及现状、规划等信息，全方位的为规划管理工作提供信息支撑、手段支持。我市规划工作有必要运用科学实践的发展观来创新我市规划管理工作手段，运用三维数字城市技术来提升我市规划管理工作水平，进而提升我市政府形象。

三维数字城市对城市规划、建设、管理与服务工作的影响是方方面面的，特别是表现在以下三个方面：

1．城市规划手段的全面革新；

2．城市规划管理工作现代化；

3．城市规划管理决策科学化；

各城市相关部门牵头投入建设的运用地理信息系统技术和虚拟现实技术的三维城市系统都可以算是三维数字城市系统的一部分。

二、三维数字城市在规划管理中的应用现状

（一）国内三维数字城市发展与应用现状

随着数字化脚步的不断加快，“数字地球”、“数字城市”也越来越热。“数字海南”、“数字广西”、“数字福 4 建”、“数字浙江”、“数字北京”、“数字上海”、“数字深圳”、“数字武汉”等相继启动，各地都把建设数字省市作为推进本地区信息化的重大战略措施。于是，地理信息系统作为实现“数字城市”的重要途径，在城市管理和规划中的应用也越来越广泛。然而，以往基于传统GIS的“数字城市”研究成果和应用系统主要集中于描述二维空间信息，由于二维地理信息系统将实际的三维事物采用二维的方式表示，导致只有少数的专业人员才能操作处理地理数据，使得其可用性受到局限，而且也使得大量的多维空间信息无法得到充分利用。因此，能完全真正表达现实世界的三维地理信息系统技术越来越得到数字城市建设的认可和推广。随着地理信息技术和计算机技术的发展，三维地理信息技术的发展促进了三维数字城市的诞生和发展。

（二）国内三维数字城市在规划管理中的应用现状

三维数字城市不仅可以通过虚拟现实技术精确的表达城市空间形态、布局、色彩、天际轮廓线等信息，更能通过三维地理信息技术给用户提供丰富、准确的城市空间属性、地理测绘和规划等信息资源。并利用其强大的空间数据组织、管理与空间分析能力为用户提供信息查询、空间分析、信息统计、信息挖掘等技术手段为其服务。因此，国内外运用三维数字城市技术来辅助规划管理和城市建设的案例也 5 比较多。

国内信息建设较发达的大中型城市（如上海、深圳、广州、武汉、重庆等）的规划部门在城市规划管理、规划展示、方案审批、城市建设等领域都积极推行三维数字化城市建设技术，并且正在政府部门逐步推广使用。

深圳市规划局牵头建立的三维数字城市规划管理系统，前身是深圳市规划局城市仿真系统，始建于1999年，该系统已经成功应用于深圳市中心区（包括CBD、行政中心和文化中心）的规划和城市设计建筑设计评标、方案报建、方案比选、道路选线、规划选址等多种重大项目领域。并已建成全深南路20公里长，30平方公里的建筑模型，三维地形覆盖全深圳市2000多平方公里。

上海市房地资源管理局三维GIS系统以建设用地审批、土地巡查、土地疑似违法、物业小区、开发区、保留保护建筑、楼盘坐落、户主信息等业务数据为立足点，以上海全市域的影像、专题业务数据、矢量数据、三维模型为基础，通过空间数据库和属性数据库，基于网络充分挖掘和利用房地局现有的数据，将上述业务数据信息很好的融入三维数字地球环境。该系统提供了图到数据和数据到图的双向查询、统计功能，将不同的业务以多种形式结合起来，同时该系统还与土地、房产、地质、执法、审批等多个GIS系统和MIS系 6 统之间进行二、三维的实时联动，实现了相互的切换和嵌入，以及业务数据的横向关联，表现形式生动多样、简单直观。

重庆建立三维数字城市系统应用于重庆市两江四岸规划和建设项目，为两江四岸地区的规划设计提供分析和辅助决策。重庆市政府制定两江四岸城市设计及规划的目的，就在于展现重庆山城江城的景观风貌，提升城市空间环境品质，提高城乡规划的科学性，实现市委市政府提出的建设国际化和现代化大都市的要求。使两江四岸城市设计及规划起到指导规划编制，引导规划管理，实现规划、设计、现状及远景有机结合，借助三维可视化技术，实现规划和现实的统一。

烟台市规划局信息中心建设的《数字烟台三维城市规划信息系统》是综合运用航空摄影、外业测量、数字正射影像图和数字高程模型制作等测绘科技技术以及计算机和三维技术开发建立起来的，集成了烟台市五区554平方公里规划范围内的建筑、道路、景点、设施模型构建的整个城市三维景观。该系统的投入使用，改变了烟台市只有二维地形图的历史，开创了烟台利用三维地图的新纪元，创新了城市规划工作的审批方式和管理方式，为推动“数字烟台”建设夯实了基础。该系统还荣获2007年中国地理信息优秀工程金奖。

三维城市规划信息系统,不仅能体现三维建筑的美景， 7 更能全面体现真实的地形地貌。系统操作灵活方便，可以实现城市规划应用上的浏览现场、方案对比、方案修改、建筑体量分析、通视分析、与周围关系分析、建筑色彩仿真、道路规划浏览等功能，极大的提升了城市规划的科技水平。三维城市规划信息系统，既可应用于城市房产管理、土地管理、户籍管理、各种收费管理以及凡使用平面图的所有部门，又可为公安消防、医疗救护、特殊情况处理等提供准确的实况资料。为城市的城市规划建设管理提供了全新的服务手段。

三、我市三维数字城市在规划管理中应用的现状与主要问题

（一）数字城市信息系统基础建设起步较早，但随着GIS技术的不断发展，整体应用水平较发达城市落后。自1998年提出数字地球概念以来，全球各大城市都积极提倡以地理信息系统、遥感、虚拟现实等技术为基础的数字城市系统建设。我国各城市政府部门也由各单位各自建立孤立的信息管理系统到逐渐统一构建城市基础数据库、城市基础设施数据库为基础的数字城市基础应用系统。同时，随着GIS技术和计算机技术的发展，GIS技术已由二维向三维迅速发展。全国各城市也相继顺应数字城市发展趋势统一部署和领导，建立起各自的三维数字城市系统，应用在城市规划、国土资源、交通指挥、消防应急等多个领域。我市基础数据库和信息系 8 统建设已具规模，以GIS技术为核心的各管理系统也广泛的应用在各行业、各部门。但是三维数字城市的统一部署建设还未开始，尚停留在传统二维GIS应用模式上，运用三维数字城市技术真正的辅助规划管理应用更是一片空白。

（二）规划管理审批手段较为传统，需要新技术、新手段的支撑。规划部门作为城市建设与发展的先行者，规划引领着城市建设与发展的方向。随着经济快速发展、滨海新区的开发开放，城市改造与更新的步伐日趋矫促，我局面临着前所未有的压力，空间的发展机遇对我局城市规划管理工作也提出了更高的要求。只有不断创新才能谋发展，只有运用科学实践发展观才能保持工作的先进性，才能与时俱进。目前，我局规划审批工作还是传统的电子沙盘、效果图等静态审批模式，或个别项目制作虚拟动画来展示方案的特点和魅力。无论是效果图还是动画，都难以避免的添加人为艺术处理，都做到了扬长避短，无论是从空间关系、色彩关系还是视点角度都难以保证其真实性。沙盘也只能大致的了解方案周边小范围的空间关系，无法以真实的人视点来浏览方案的空间关系。这些传统的审批手段，难以全面分析方案的优缺点和不足，多个备选方案也难以充分全面的进行比选并做出正确的选择或提出科学的修改意见。因此，这种传统的审批手段不仅主观性大，缺乏科学手段的支撑，而且效率较低， 9 成本高。随着三维数字城市技术的发展，各城市相继建立起三维数字城市系统来全方位的辅助规划审批工作，不仅能以任意视角全方位的浏览方案，还可以将方案与大范围现状融合，进行整体多方案同屏、多屏比选，负责审批工作者直观科学的判断方案的可行性。同时，还可以进行方案调整，随时调整方案的位臵、方位、空间形态甚至方案材料和色彩，直至调整出最合适的方案。让规划管理人员更直观、更科学、更高效的做出决策。创新规划管理手段，提高管理水平。因此，我市规划管理手段还需进一步改革创新，规划管理工作还需三维数字城市技术辅助决策，以提高整体规划管理工作水平。

（三）虚拟城市技术应用较广，三维数字城市技术辅助规划管理应用少。我市三维虚拟(仿真)城市有些行业的个别项目已投入应用，如房产的展示、宣传动画，建筑方案的展示动画，规划展览馆的城市规划宣传动画等。这些运用虚拟现实技术的展示和宣传动画较多，缺乏城市“数字”信息的支持，不能深层次的辅助规划管理工作。而真正结合地理信息系统技术，具有丰富的城市空间地理信息、属性信息、测绘信息、规划信息支持，及强大数据信息查询、分析、统计、挖掘等功能的三维数字城市系统辅助管理的应用较少，更没有将其真正应用于规划管理中。