三维gis和其在智慧城市中的应用_朱庆

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1、第16卷第2期Vol.16,No.22014年3月Mar.,2014三维GIS及其在智慧城市中的应用朱庆（西南交通大学地球科学与环境工程学院,成都611756）摘要：三维GIS是当今乃至未来GIS技术的主要标志性内容之一，它突破了空间信息在二维地图平面中单调表现的束缚，为各行各业以及人们的日常生活提供了更有效的辅助决策支持。本文重点介绍了三维GIS的数据模型、数据库管理和可视化分析等关键技术及其研究进展，并以武汉市为例展示了三维GIS对城市立体空间的整体表达，为大城市、全市域的三维数字城市建设奠定了基础，最后探讨了在智慧城市建设与城市安全中三维GIS将发挥日益重要的时空信息承载引擎

2、与空间智能技术支撑作用。关键词：三维GIS；三维可视化；三维空间分析；承载引擎；智慧城市DOI：10.3724/SP.J.1047.2014.00151[1]1引言认识空间之间的矛盾日益突出。智慧城市的本质是要通过信息流控制能量流和物质流，实现资作为国家发展战略，我国城镇化面临的最大挑源自主优化配置，因此，越来越复杂的城镇人口、战是城市人口增长与承载能力不协调，大型地上下资源与设施在三维立体空间的优化配置及其安全空间开发呈现加速态势，而这种日益复杂的人口、等日益严峻的问题急需三维GIS技术支撑。设施和资源在空间的三维立体分布（从地上到地为了突破传统二维地图“多张皮”和传统三维下、室

3、外到室内），使得城镇化进程加快,并在聚集财可视化GIS仅限于三维外观显示的局限，利用三维富的同时,也聚集了大量的风险。例如，由于输油管GIS对整个城市的三维立体空间进行统一描述，并道与城市排水管网规划布置不合理，2013年11月充分准确地集成表达地下的地质、管线、构筑物，地22日，中国石化位于青岛经济开发区的一输油管道上的土地、交通、建筑、植被，以及室内的设施、房发生原油泄漏爆炸，导致62人遇难，136人受伤，成产、人口等，形成与现实世界一致的三维立体空间为特别重大事故。血的教训再次说明，全面透彻的框架，这已成为GIS技术研究与应用的国际前沿。三维空间感知与认知已成为城市规划设计、

4、建设和以GoogleEarth为典型代表，地球空间信息的三维管理亟待解决的问题。城市信息化的同步建设已可视化大众化、并以其开放性、可量测性和可挖掘成为城镇化成功建设与安全的关键保障。GIS因性一并成为了信息化服务的基本要求，三维地图也为提供了日益强大的综合分析、解析分析、定量分因此成为人们跟空间信息交互的基本方式和各种析和可视化分析等功能，业已成为城市信息化的基门户网站信息服务的基本内容。“三维数字城市模本内容，并已成为人们在广泛的领域内理解现实世型在数字城市地理空间框架建设中，既是新颖生动界和解决复杂问题的重要工具。经过十余年的发的亮点、更是技术升华的结晶，越来越为人们所重[2]

5、展，以GIS为核心的数字城市成为了城市信息化视，越来越多的城市开展了三维建模和应用”。数的主要标志之一，人们已经生活在2个城市中，即字地球发展的首要成就是实现了从二维到三维的[3]物质城市和数字城市。然而，传统GIS关于地理跨越，而且中国的GIS技术“在3D领域，已经超过信息的思考是基于纸质地图的，而这种地图最大了其他许多国家”（http://news.3snews.net/2013/的局限就在于时间维和高度维的表达，这造成了1030/27544.html）。传统地图的GIS方法空间跟真实地理空间及人们收稿日期：2013-12-01；修回日期：2014-01-08.作者简介：朱庆（

6、1966-），博士，教育部长江学者特聘教授，新世纪百千万人才工程国家级人选，主要从事数字摄影测量、地理信息系统和虚拟地理环境的研究与教学工作。E-mail:zhuq66@263.net152地球信息科学学报2014年2三维GIS的关键技术划分为3个层次进行描述：地形表面层次、地上下立体空间层次和建筑物三维内部空间层次。三维GIS的研究对象从二维地图转变为三维（1）地形表面层次是面向完整的2.5D地表空间世界，使地形地物的空间形态、结构与相互之间的管理，在整个区域地形表面空间层次上确保合理的关联关系变得更加复杂，相应的GIS数据模型和技空间划分与区域识别；术方法都需要颠覆性的创新，比

7、如传统分幅镶嵌的（2）地上下立体层次是基于基本的立体层次描二维平面地图数据结构需要转变为无缝的三维模述的三维空间，主要解决三维空间对象在二维抽象型（几何+外观+语义）数据结构；离散比例尺地图符表示中产生的地上下交叠问题，满足三维空间层面号可视化需要转变为多细节层次（LOD）真实感场的对象精确表达与分析需求；景的自适应可视化等[4-5]。同时，三维实体空间一体（3）建筑物三维内部空间层次是基于建筑结构化的高精度建模、准确度量分析、高效集成管理与的语义关系进一步详细划分的