實景三維建模技術(shù)應(yīng)用于城市風貌設(shè)計探索與實踐

近年來，全國各地都在加速布局實景三維中國建設(shè)，力求全方位、立體化呈現(xiàn)各類自然資源要素現(xiàn)狀和空間分布情況，通過高清、立體、可視化場景精準反映地形空間分布、地表紋理細節(jié)、地物形態(tài)特征，實現(xiàn)自然空間與數(shù)字空間的關(guān)聯(lián)互動。西安中策公司以新型基礎(chǔ)測繪為契機，聚焦實景三維建設(shè)，以推動高質(zhì)量發(fā)展為主題，以構(gòu)建新型基礎(chǔ)測繪體系為引領(lǐng)，提升地理信息公共服務(wù)效能為著力點，通過實景三維技術(shù)的運用，為空間規(guī)劃、城市治理、城市風貌設(shè)計、方案評審、生態(tài)修復(fù)、歷史風貌保護、建設(shè)項目測量等工作提供有力的支撐。本文從服務(wù)國土空間規(guī)劃和城市風貌設(shè)計出發(fā)，選取典型區(qū)域開展實景三維應(yīng)用試點探索，運用實景建模技術(shù)為城市風貌設(shè)計提供技術(shù)支撐。

一、技術(shù)路線

實景三維支撐體系由空間數(shù)據(jù)體、物聯(lián)感知數(shù)據(jù)和支撐環(huán)境三部分構(gòu)成。

（1）空間數(shù)據(jù)體空間數(shù)據(jù)體包括基礎(chǔ)地理實體、部件三維模型以及其他實體等?；A(chǔ)地理實體包括地物實體和地理單元，通過二維、三維形式進行表達。部件三維模型包括建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)部件、建筑室內(nèi)部件、道路設(shè)施部件、地下空間部件等。其他實體包括其他行業(yè)部門生產(chǎn)的專業(yè)類實體。

（2）物聯(lián)感知數(shù)據(jù)包括自然資源實時感知數(shù)據(jù)、城市物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)在線抓取數(shù)據(jù)等。自然資源實時感知數(shù)據(jù)包括通過自然資源管理業(yè)務(wù)獲得的實時視頻、圖形圖像，以及自動化監(jiān)測設(shè)備實時信息等。城市物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)包括城市監(jiān)控視頻，車載導(dǎo)航、移動基站、手機信令等實時視頻及圖像等?；ヂ?lián)網(wǎng)在線抓取數(shù)據(jù)包括在線獲取的地理位置、文本表格等。

（3）支撐環(huán)境包括數(shù)據(jù)獲取處理、建庫管理和應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，以及支撐上述系統(tǒng)運行的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施等。獲取處理系統(tǒng)指對空間數(shù)據(jù)體和物聯(lián)感知數(shù)據(jù)進行獲取、處理、融合的各系統(tǒng)。建庫管理系統(tǒng)指對數(shù)據(jù)集成建庫和數(shù)據(jù)庫管理的各系統(tǒng)。應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)是面向應(yīng)用的服務(wù)系統(tǒng)。軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施指自主可控的網(wǎng)絡(luò)、安全、存儲、計算顯示設(shè)備，以及支撐軟件等。

圖1  實景三維建設(shè)技術(shù)路線圖

二、應(yīng)用與推廣

（1）實景可視性

城市實景三維模型是對城市地形地貌、地上地下人工建筑物等的三維表達，反映對象的空間位置，幾何形態(tài)、紋理及屬性等信息?？梢哉鎸嵎从辰ㄖ矬w的顏色、質(zhì)地和圖案等。

城市風貌規(guī)劃是城市規(guī)劃建設(shè)的延續(xù)與深化，將實景三維應(yīng)用于城市風貌規(guī)劃，通過采集數(shù)據(jù)對三維數(shù)據(jù)進行三維建模處理，實現(xiàn)三維可視化在城市風貌規(guī)劃中可以更真實、更直接的利用實景三維場景對建筑進行模擬。能夠更鮮明、獨特、唯美的表現(xiàn)出城鎮(zhèn)形象，可以更好展現(xiàn)區(qū)別其他城鎮(zhèn)特有的魅力和光彩。

通過實景三維分析結(jié)合地形測繪、現(xiàn)場訪談、實地踏勘等方式，充分展現(xiàn)城市風貌現(xiàn)狀特征和規(guī)劃思路，更直觀的展現(xiàn)風貌規(guī)劃成果質(zhì)量，以高質(zhì)量實景三維可視化成果助力城市規(guī)劃建設(shè)，為提升城市的風貌規(guī)劃添磚加瓦。

圖2  實景三維模型圖（LOD1 ）

（2）真實精確性實景三維模型在城市風貌規(guī)劃的應(yīng)用對城市控制性詳細規(guī)劃、城市設(shè)計、歷史街區(qū)保護規(guī)劃、景觀規(guī)劃設(shè)計其規(guī)劃管理等具有參考引導(dǎo)作用?？梢赃€原歷史風貌、重點保護與合理利用、突出區(qū)域特色、營造宜居城市，解決數(shù)字空間與虛擬空間聯(lián)合、融合問題，打造“動態(tài)、永續(xù)、廣覆蓋、虛實結(jié)合”的同一化場景。進而優(yōu)化城市品質(zhì)和城市特色，化被動轉(zhuǎn)為主動，在現(xiàn)狀本底的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地調(diào)整影響城市風貌的現(xiàn)狀和規(guī)劃，對相關(guān)城市公共空間、交通、建筑、景觀等進行二次規(guī)劃和設(shè)計。

圖3  風貌設(shè)計對比圖

（3）數(shù)據(jù)處理的科學性實景三維模型在城市風貌規(guī)劃的應(yīng)用對于城市規(guī)劃管理工作具有積極的促進作用。通過抽象事物直接轉(zhuǎn)換為具體對象，可以通過模型分析來更加準確地表達出城市未來發(fā)展狀況及變化規(guī)律等?；趯嵕叭S模型，以城市的環(huán)境、發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢為基礎(chǔ)，結(jié)合當?shù)刈匀粭l件對自然環(huán)境分析。在城市風貌規(guī)劃階段綜合考慮各方面因素，合理規(guī)劃城市風貌中的生態(tài)建設(shè)問題，提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力，實現(xiàn)資源利用最大化并使其與社會經(jīng)濟發(fā)展保持一致，實現(xiàn)城市景觀環(huán)境、生態(tài)環(huán)境以及人居環(huán)境之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)展。

圖4  實景三維模型圖（LOD4 ）

三、借鑒與啟示

實景三維模型應(yīng)用十分廣泛，但在實際情況中，由于受到原始數(shù)據(jù)、三維模型等的影響還存在一定的局限性。為此，我們要從以下幾個方面尋求突破與創(chuàng)新。

（1）堅持創(chuàng)新引領(lǐng)

強化創(chuàng)新在實景三維應(yīng)用中的核心地位，與時俱進。精心打造實景三維可視化平臺，推動產(chǎn)業(yè)展示交流與合作。搭建各領(lǐng)域交流合作平臺，推動融合發(fā)展、擴寬服務(wù)領(lǐng)域。

（2）堅持需求牽引

以產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、數(shù)字產(chǎn)業(yè)化、數(shù)字化治理和數(shù)字化服務(wù)等需求為導(dǎo)向，加快實景三維在國土空間規(guī)劃應(yīng)用的進程，推動實景三維建設(shè)在自然資源領(lǐng)域的應(yīng)用。

（3）堅持融合發(fā)展

鞏固實景三維在現(xiàn)代測繪地理信息技術(shù)的重要地位，加強實景三維對新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化等建設(shè)的戰(zhàn)略支撐，進而推動現(xiàn)代測繪地理信息技術(shù)與數(shù)字經(jīng)濟的深度融合。產(chǎn)、學、研深度融合，推動三維成果轉(zhuǎn)化。

（4）堅持系統(tǒng)觀念

加強全局性謀劃、戰(zhàn)略性布局、整體性推進，推動測繪地理信息領(lǐng)域教育鏈、人才鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈，形成有機銜接，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈布局，健全以政府為重要引導(dǎo)、企業(yè)為主導(dǎo)、高校和科研機構(gòu)為重要支撐、產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)為中心任務(wù)的融合發(fā)展機制。

實景三維中國建設(shè)的理念新穎，內(nèi)涵豐富，意義重大，任重道遠。實景三維建模技術(shù)應(yīng)用于城市風貌設(shè)計的初步探索、深入研究、成功構(gòu)建與廣泛應(yīng)用，將帶動實景三維中國建設(shè)的創(chuàng)新發(fā)展。