随着“数字城市”建设的推进，传统的二维数字地图已不能满足城市三维空间管理的需要。建立三维数字城市成为城市规划、建设、管理部门在空间信息社会化服务同追求的目标。.

　　“三维数字城市”是通过对城市地形、建筑及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“数字包头”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。

　　包头市测绘院紧跟先进测绘技术发展方向，高度重视三维领域的发展，经过前期充分的考察、调研，于2011年8月正式启动包头市三维数字城市建设工作 。

　　包头市三维数字城市建设以虚拟现实技术、三维GIS技术和信息管理技术等为核心，以计算机网络和软硬件平台为依托，以相关国家政策、法规和行业标准等为保障，通过Internet/Intranet等方式真实、直观、充分地展现包头市的城市空间框架，实现城市三维空间信息数据的全方位共享与交换，形成对行政管理和社会的应用与服务。

　　包头市三维数字城市数据库目前主要分为二个层次，第一层是地形地貌模型库，第二层是城市三维模型库。

　　城市三维模型库主要对城市建筑、道路、水系等进行精细建模，能够真实再现城市景观。三维模型基底位置与1：1000数字线划图平面位置保持同精度，即一类地物点平面中误差不大于，模型上其他特征点利用全数字摄影测量系统采集的矢量数据制作，其平面定位精度点位中误差不大于，高程精度以原始立体像对采集的矢量线精度为准，高程误差不大于100cm。目前已建成三维模型数据70 km2。

　　地形地貌模型库主要利用数字高程模型和数字正射影像生成，采用1：2000比例尺DEM和DOM数据，平面坐标系采用包头市独立坐标系，高程系统采用1985国家高程基准，地形地貌数据库可以展现真实的三维地理环境。

　　平台建设主要用于为服务对象提供直接产品体验。应用支撑系统主要软件有三维辅助规划决策系统、三维数据管理系统，系统构成及各部分特点如下：

　　三维辅助规划决策系统：适用于对效果要求强烈，仿真度高，数据区域范围有限的规划方案审查等领域。

　　三维数据管理系统：适用于即时性要求高，宏观决策支持要求高，以办公应用为需求的政务管理等领域。

　　与传统的二维数据相比，三维地理信息数据具有数据复杂、数据量庞大的特点，其数据建库组织是一个非常重要的技术和策略问题。主要包括：

　　（1）数据组织方法。在三维数字城市建设过程中涉及到二维和三维数据，对于二维数据可采用传统的数据组织方法，对于三维数据主要采用不规则网格组织模型数据，充分发挥各种数据组织方法的优势：同时，考虑三维模型数据与二维数据的对应．以实现二维数据和三维数据的统一管理。

　　（2）数据压缩方法。对规则格网的栅格数据（如DEM、DOM数据），建立金字塔数据结构并进行压缩；模型数据则采用LOD方法进行压缩。

　　（3）空间索引建立。对于海量数据的三维场景，必须建立适当的空间索引以加速三维模型数据的定位与访问，提高数据访问和存储的效率。

　　三维数字城市的三维建模就是重建城市真实地理环境，即以真实的地理空间位置再现城市现状景观（包括地形地貌、城市建筑与道路设施等）。要在计算机中模拟现实世界，就必须建出在尺度下外形、光照、质感等各方面都与真实对象相似的对象模型。需要解决以下问题：

　　（1）建模区域划分。城市包括了建成区、郊区等，建成区包括了新建地区、待改造地区等，首先要对建模区域进行规划，合理划分建模工作片区 (格网划分、街区划分)，对每个区片设定建模级别，是建模之前首先要开展的工作。

　　（2）多源数据的整合利用。三维城市模型建设涉及DEM数据、DOM数据、地形图、实拍照片、规划图纸等多种数据源，需要有效整合这些原始数据，并按应用要求，对原始数据进行流程化处理，满足三维模型在几何、细节上的要求。

　　（3）大范围三维场景模型的快速建立。对于大区域的三维模型的建立，要有一个快速建模的技术和方法，提高模型建立的自动化水平，同时保证模型的质量。

　　（4）制定建模技术规范技术标准。三维数字城市建模范围大、模型种类多样，统一的建模标准和规范非常重要，它不仅可保证模型建设的质量和效率，使建模工作顺利进行，还可推动和实现三维数据的共享。

　　包头市三维数字城市已经初步建立，在辅助规划决策领域也做了初步尝试。随着项目建设的深入，包头市三维数字城市会为城市规划、资源管理、灾害防范、事故应急处理、环境影响评价等领域提供全新的手段，从而为实现城市管理的直观化、智能化提供技术支撑，做到“科学规划、科学建设和科学管理”，有利于提升包头市各级政府的科学决策和科学管理水平，有利于提升包头市的城市软环境，实现城市的可持续发展。

　　[2] 朱庆，李逢春，张叶廷．三维城市模型的统一表示．长安大学学报(自然科学版)，2007年1月，27卷

　　“数字城市”的概念来源于“数字地球”，它是“数字地球”的理念在城市的引用、延伸和拓展。由于在理解层面和切入角度上的差异，目前仍很难对“数字城市”内涵作确切的定义。但随着对“数字城市”理论与技术的研究及应用探索的不断深入，人们对它的认识将会逐渐趋向统一，并形成对它的标准定义。

　　三维模型能够真实、生动地表达三维空间信息，成为数字城市的研究重点。建筑物的三维建模作为主要的建模内容有着重要的地位，快速、逼真地建立建筑物的三维模型成为建模的研究重点。

　　三维地理信息系统的建立，可以和现有的二维地籍数据、规划数据、土地利用数据等结合，分别形成三维地籍系统、三维规划系统、三维土地利用系统等。这些三维系统具有快速的三维漫游、查询、定位、统计、分析、打印输出等功能，将更好地为“数字国土”服务。三维模型的快速建立与更新，对维护三维地理信息系统数据的现势性、直观性、更好地为国土资源利用提供更好的决策，具有十分重要的作用和意义。

　　三维城市模型(3DCityModel，3ocM)是地理信息系统、数字摄影测量及其相关学科的研究热点之一。尽管3DCM的研究历史非常短暂，但人们针对不同的应用目的，构建了各种具有不同功能的3DCM，具体分为以下几类：

　　即直接利用DEM生成地形三维透视图，遥感影像作为纹理映射到地形表面。这种方式只是一种地形景观，无法对地表实体对象进行三维显示、空间信息查询和分层管理。大多数成熟的商品化GIS系统(如ArcView、MapGuide)己经具有这种2.5维的地形显示功能。

　　（1）在二维GIS的基础上，直接添加一些信息(如房屋高度、墙面纹理等)，使用假定高度和模拟纹理来构建建筑物对象。这种方法的缺点在于模型真实感差，对城市景观信息的表达少，另外没有考虑DEM。（2）DEM和二维GIS结合的方式，这种方式用DEM作为建筑物的承载体，表达地表的起伏，然后使用假定高度和模拟纹理来构建建筑物对象，比上一种方式更具线DGIS系统(Arc/Info)发展了构建3DCM的功能模块，具有初步的量测功能，但缺乏对建筑物纹理的提取与处理，景观表达的线 纯三维的构建方式

　　（1）利用地面摄影影像与地面激光扫描仪来构建，这种方法每次采集数据范围受通视条件所限，在建筑群密集地区难以应用；（2）利用卫星影像与机载激光扫描仪来构建，该方法采集数据快，但获取的DEM精度不高；（3）利用航空立体像对的方法，利用目标提取技术，实现航空影像房屋三维数据的半自动量测，进而在地面与建筑物表面二维半不规则三角网和原始数字影像的基础上，实现建筑物可见表面纹理恢复，重建城市三维景观。

　　目前建筑物三维建模的一般流程如图1所示。三维空间数据的获取，实质是空间定位数据的采集。三维模型的建立与编辑，三维几何模型是纹理数据和属性数据的载体，也是数码城市GIS提供各种定量空间解析分析能力的基础。建筑物表面纹理数据主要用于提供逼真的视觉标识，增强对建筑物本身及其相互之间空间关系的感知和识别。可视化技术的运用，用于增强用户与数据模型之间的交互操作性能，尤其是与虚拟现实技术的结合，使得用户沉浸于三维的场景中与模型数据直接进行交互操作。

　　三维建模的首要任务就是要收集建模的数据。在城市中存在着众多的数据源,这些数据源包括：(1)规划建筑物的设计图纸及文档资料。(2)城市数字地图(地形图、地籍图等)和2DGIS数据库。(3)摄影测量数据。数字摄影测量不仅可以提供丰富的几何和纹理数据，而且还可以提供丰富的拓扑和语义信息。(4)遥感数据。

　　就当前的应用需求来说，场景三维建模需要的数据主要有：二维图形、地形数据、地表图像、三维观测数据和模型表面纹理等。

　　(1)使用CAD软件建模。AutoCAD软件具有强大的二维图形绘制功能及编辑功能，是当今二维图形绘制软件的主流工具，这是它的优点。但是它在三维图形建模、渲染处理及动画制作方面功能较弱，不适合于复杂三维模型的建造和动画的制作。AutoCAD模型表达精细、精确，有精确尺寸定义,但数据结构复杂、数据量大，不支持与地形的叠加，不支持属性定义,主要用于工业零部件建模和单独的桥梁等建筑物建模。(2)常用动画软件建模。如3D MAX等，模型表达精细，建模工具丰富，但是数据结构复杂，数据量大，不支持与地形叠加，且不能交互编辑查询，仅限于动画浏览。(3)专业软件建模。如MutiGen Creator软件功能强大，支持大面积地形建模，支持建筑物建模。模型数据结构简洁，可以在运行过程中进行交互操作，实时计算动画场景，通过开发，可以与影像、矢量数据、DEM数据等叠加。但表达不精细，数据交互编辑、查询能力较弱。(4)OpenGL开发。使用OpenGL＋VC模式，通过编程的方式建立模型。此方式能大量使用数学曲线、曲面表达三维模型、自定义数据结构、数据显示算法等。一般用于开发三维基础软件。

　　目前，在实际应用技术中，较为普遍和实际的模型制作是利用3DMAX制作或者是利用MultiGen Creator制作。

　　3.省略技术，开发了一套能够实现对矢量数据、影像数据、DEM、三维模型等多源数据集中管理的三维地理信息系统，从而实现三维场景的显示、漫游米乐·M6「中国」官方网站、定位、查询等功能，为决策部门提供辅助决策。

　　本次实验以“skyline”中的三维建模为例米乐·M6「中国」官方网站。采用3Dmax软件对建筑物进行三维建模，以及能够访问海量数据、具有强大二次开发功能的三维地理信息软件skyline作为开发平台开发演示系统。

　　地形建模的方法主要是采用在某地区的DEM数据的基础上叠加遥感影像来完成三维地形的显示。对DWG地形图进行处理，删除不必要的图层，仅保留建筑物、标注、绿地、道路树木以及等高线所在的图层，提取其中的等高线图层，然后对等高线数据进行内插处理，生成地形DEM。这一过程可以在AutoCAD和ArcGIS中完成。对快鸟影像进行纠正和投影变换，并使用Photoshop进行调色处理，使其符合美观自然的原则，作为地形纹理或者说是三维城市的“底图”。

　　对于大区域的建筑群进行三维建模时，需要对不同类型的建筑物进行分别建模，提高效率。对于城市片区内部的建筑以简单纹理的体块表示；沿街的主要建筑需要在体块的基础上添加照片纹理，增强真实感；对于结构复杂或者重要的标志性建筑可使用3DSMAX进行单独建模，赋以精细的结构和纹理。这样处理不仅会提高建模的效率，而且减少了数据量，有利于三维场景的显示和漫游。

　　在Skyline 系列的TerraExplorer Pro软件中加载之前生成的地形数据集，导入建筑物矢量数据，按照高度属性进行拉伸处理，得到建筑物体块。由于数据源的时间差问题，可能会存在少量的建筑物与遥感底图中显示的建筑物不匹配的问题，需要使用TerraExplorer Pro中的3D-Building功能，在建筑物的位置上进行三维建模，使建筑物体块与遥感底图一致，并辅以简单统一的纹理。对于处于城市地块内部的大量建筑群可采用这种方式进行建模。

　　建筑物的纹理包括侧面和顶面两部分，分别通过近景数码照片提取和影像提取的方式。试验区内拍摄有大量的建筑近景照片，需要在Photoshop中对近景照片进行处理,主要是综合利用裁剪、拼接、自由变换和拉伸等一些基本操作。根据试验可以得出：处理后的照片最好保存为JPG格式,以减少数据量,同时图像的分辨率应调整为2的幂次方,图像的大小也应该尽量小于100KB。而建筑模型的顶面纹理则是从遥感影像中采集的。对纹理图片进行处理之后，在TerraExplorer Pro软件中选择沿街建筑的相应立面，进行纹理映射，添加纹理，增强了城市三维表达的线 结论

　　文章对数字城市中的三维建模关键环节进行探讨，总结了当前三维建模过程中的主要技术和方法，并以实例的方式实现了三维建筑物建模和，结果表明在数字城市建设中，主要把握数据获取、三维建模和模型的与应用三个环节，即能较好完成数字城市工作，使其满足实际应用。

　　目前对于城市级别大众化的三维GIS应用，还存在一定的限制，如对机器的配置要求比较高，尤其对于城市级的模型展示及业务应用，存在着相当大的限制，也是GIS发展的一个新需求，既要求客户用低配置机器能够展示城市级的三维模型场景，又要求能够在这个三维场景中实现客户的业务逻辑，这是一个不小的挑战，同时也是一个巨大的市场，也促使我们解决基于缓存的ArcGIS三维解决方案的形成，其优势在于能够在低配置客户机上实现城市级三维模型场景的展示，实现用户的业务逻辑，如查询、分析、模型更新等。

　　方案要解决的问题是在普通的PC机上实现海量城市三维数据库系统的运行。解决的技术关键点为：动态分块的大小、批量缓存的生成、动态加载浏览方式、基于缓存的模型选择、基于缓存的模型查询、客户端部署方式。

　　一个完整的三维系统需要数据源予以支持，数据种类包括影像数据、高程数据、矢量基础数据（行政区划、街坊、宗地、房屋、道路、注记等）、矢量业务数据（以国土部门为例，包括建设用地批、供、用、补的矢量数据）、三维模型等。

　　三维模型：以一平方公里左右的范围进行分块分图层，进行编号，然后分别创建缓存，该缓存需要部署到客户端本地。

　　根据数据的组织方式，除了三维模型其他数据的加载方式全部得到解决，这里重点设计实现海量三维模型的加载和浏览。

　　首先，要解决的问题是如何确定三维模型图层分块加载的大小，根据实际的测试，加载1平方公里的缓存模型数据加载和浏览的效果是较为合理的（我们的测试范围分别按5、4、3、2、1平方公里，模型密度约200个精模/平方公里）。然后就是批量缓存的生成，我们调用ArcEngine的接口，递归数据库中的三维模型图层，设定缓存路径，进行批量缓存生成，在客户端部署时可在客户机上统一批量生成模型的缓存（切缓存的速度快慢取决于CPU的处理能力）。视距小于1公里的时候，加载已经创建好的三维模型缓存数据（er方式获取），浏览的时候在当前视野范围内动态加载分块的三维模型缓存数据，超出范围的将被移除，实现占用内存的释放。具体方法为根据模型的分块情况，设定分块区域矢量面图层，每一个矢量面记录一个分块的名称位置信息，就就像每一个房屋应该坐落在每一个宗地内，我们将属于某个宗地内的房屋作为一个单独的层来保存，浏览的时候也要单独加载。在三维场景中进行浏览时根据设定的视距阀值，用观察点（Obsersver）做缓冲面与当前分块区域矢量面图层进行叠加分析（IIdentify），根据缓冲分析得到面要素的分块属性，加载相应的三维分块模型缓存数据，同时和前一查看的范围进行比对，将前一范围的移除掉，释放内存。经过实际测试该种三维模型的加载浏览方式，响应速度非常快，同时可以根据机器的配置动态调整加载范围阀值，可以根据实际情况加大和减小城市级海量三维模型的加载范围。

　　在完成基于分块缓存动态加载三维模型后，我们要做的是根据该种情况进行业务选择、查询、分析等。这里所有的工作均离不开分块区域矢量图层，首先是选择三维缓存模型，第一步，我们在三维场景中试图去一个三维缓存模型，用ArcEngine自带的选择工具选择起来十分困难，选上之后要查看其属性也相当的不易，基于分块缓存的动态加载模式为，根据鼠标选择的位置（有缓存模型的话不会被穿透，如果用系统自带的选择工具缓存会被穿透无法获取实际位置）和分块区域矢量图层进行叠加分析（IIDentify）获取当前加载的模型分块，获取真正的模型图层（IFeatureLayer），然后当前的鼠标选择位置再和获取的有数据源的三维分块模型图层进行叠加分析（IIDentify），获取真正的被选中的三维模型，接下来要做的就是高亮该选中的模型，高亮的方式为利用缓存图层做高亮（globeControl.GlobeDisplay.Scene.SelectFeature(pCacheLayer,pTruthFeature)），这里面需要注意的是图层为缓存图层，高亮的要素参数为真实的要素；通过该种方式即选择了高亮的被缓存的模型，也获取了真实的模型要素。

　　我们完成了海量数据的加载、浏览、查询、分析等功能之后，还需要考虑系统数据的更新，尤其是三维模型的更新，普通方式为三维数据基于二维的更新方式。由于在ArcEngine中没有提供三维的模型编辑工具，而我们自己写的三维模型工具条在进行模型编辑的时候需要实时刷新缓存如果机器配置不高的话，编辑效果十分不好，因此我们还提供了基于二维的三维模型编辑方式，完全用MapControl进行操作，统一的进行缓存重建，其中模型的导入调用系统的GP工具来完成（Import3DFiles）。完成三维模型的编辑，刷新了本机的缓存，那么其他客户端如何进行更新缓存呢？我们的做法是，在每一次更新完成之后，都要记录更新的位置到数据库更新表中，其他客户端在登录时需要读取更新表中的记录进行本地缓存重建客户端缓存，保证本机缓存数据与数据库中的数据保持同步。

　　实际的应用案例为《长春市国土三维地籍数据库系统》，覆盖范围长春市350平方公里，模型的数量约8万精细模型。用户单位希望构建一个全国领先的三维地籍管理系统，实现地籍业务的三维管理，提出了几点要求：

　　（3）机器配置不能高，因在实际的地籍业务中，工作人员比较多，不可能给每一个业务人员都配置高性能的服务器。

　　常规的系统平台随着三维精模模型的不断加入，导致系统频繁的崩溃，我们研发的基于分块缓存动态加载的ArcGIS三维解决方案，在对系统进行了几轮实际检验测试后到了客户的认可并形成了测试报告。

　　在使用ArcGlobe或其他三维平台时遇到的最大难题就是普通的PC机展示宏观超大场景的三维模型，一般来说，我们推荐使用性能较好的工作站或者服务器来实现。但是，在浏览三维场景时我们通常只关注局部小场景的展示，这样我们可以只显示需要的内容，将其他的内容移除释放硬件资源。

　　数字城市当中，地形是最主要的地理对象，也是城市实体三维空间的基础。它是将卫星遥感技术捕获的影像通过一系列的修正及校正后得到的正射影像辅以数字高程模型，即DigitalElevationModel（DEM）从而生成三维地形的图形表示。DEM以数字化的形式将地形表面形态一展无疑，同时也占据了地理信息系统中空间信息资料以及分析地形的核心位置，三维实体绘制和分析地形都离不开它，而DEM主要是通过离散分布平面点上的高程数据来进行连续分布地形表面的模拟。DEM数据主要通过三种方法来获取。一，利用野外测量仪等设备在野外进行实地测量，以此获得的数据较为精准，但是效率较低，劳动强度大，不适合大范围的数据获取；二，将地形图数字化，即将地形图扫描之后，利用相关软件对图像进行矢量化，在添加了地形的特征后，就能得到DEM数据，该方法方便快捷高效；三，全数字摄影测量，以卫星遥感影像为基底，利用该法获取数据，需要借助专业的仪器设备才能使数组准确可靠。

　　目前，建筑物进行三维建模的方法有三种：一，基于二维GIS的建模方法，即将二维城市的GIS数据直接转换成三维，该方法不仅方便，还节省经费。但是二维GIS缺少了三维，建模所需要的第三维信息，因此，采用此法时，通常会将其与DEM相结合，以弥补三维建模所需的信息数据。但是由于缺乏准确的第三维数据以及相应的纹理信息，也让构建的三维模型缺少真实感，对实体城市的表达也不够完美；二，基于CAD的建模方法，也就是通过一些建模软件如AutoCAD、3Dmax等来建立相应的三维CAD模型，其中，一个或多个多边模型就能够建立一个三维CAD模型，对建筑物的几何特征及属性信息能够详细准确的表达；三基于遥感影像的建模方法，即以立体的影像数据以及数字摄影测量技术为保障，再根据影像中所得到的第五坐标来建立数字模型。

　　在建筑物的三维模型构建中，除了几何模型的构建，纹理数据是不可缺少的一个要素。纹理数据可由三种方法获得：一，贴图素材库；二，实地拍摄采样；三，从遥感影像当中提取；以上三种方法是最为经济的。地物三维模型的真实程度主要是取决于其表面贴的纹理影像的真实程度，而该纹理影像从航空影像当中进行提取。在获取纹理数据之后，需要将其映射到相关的建筑物上，让其具有真实性，纹理映射的原理是将模型中可模拟或是不可模拟的细节部分利用图像来替代，从而使显示速度以及真实程度有质的飞跃。纹理映射的核心技术是对纹理坐标的控制，每一个图像都对应着一个坐标，并以文件的形式进行保存，因此，程序在运行时，只要其中的纹理映射坐标到位，地物上就能够准确清晰的显示出相应的纹理。

　　三维可视化技术的出现，让世界出现了无数的可能，该技术被应用到各个领域、学科，促进了发展。例如，对于数字城市三维，要实现城市三维可视化，城市实体三维建模是必不可少的一个环节，而对城市实体的分析、表达都是其中的关键。目前，三维可视化技术大多以三维软件的形式来展现。三维软件分为三类：建模软件；以模型为基础，能够实现漫游、分析、决策等基本操作的平台软件；以及让三维可视化技术能够应用到相应领域的应用软件。

　　城市三维可视化是通过对三维地形及地物的构成进行研究，利用计算机图形学以及图像处理技术，将城市实体以三维图形的形式展现在人们眼前。将地理要素直观、真实地展现出来，将空间数据可视化，因此，三维空间数据为三维可视化的实现建造了一个坚实的基底。三维可视化应用系统的框架主要由数据的提取与处理模块、三维景观生成模块以及三维景观浏览模块组成。首先，数据的提取与处理，是指系统要将获取的DEM、正射影像以及矢量线引入到三维地理信息系统当中，建立起相应的三维模型，同时将相关的数据输入建立起对应的属性数据库，建立完成建筑物的模型，将其表面进行纹理映射，再进行地物的模型建立；其次，三完成维景观建立后，便可对其进行漫游浏览，也就是从多个视角进行观察，包括缩放、扩大、旋转以及俯仰等，或是对制定路线进行漫游，如果条件允许，还可以辅以立体观测设备进行真正的漫游。三维可视化系统的整个实现流程，如下图：

　　三维景观可视化包括地形可视化和地物可视化，首先，利用遥感影像技术来获取地形、地物的数据信息，即将高分卫星影像、DEM数据以及控制成果作为基本资料，正射纠正全色影像，并将纠正后的全色影像作为参考资料，配准纠正多光谱影像，再将纠正后的全色影像和多光谱影像进行融合，融合后的影像再按照图幅来镶嵌、裁切，通过影像增强、色彩调整等方法对分幅影像进行相应的处理，制作出DOM成果。三维可视化是将三维空间数据模型完美呈现，也可以将其称之为3D几何模型。可视化的实现方法如下：方法一，以数学数据为主的直接建模，即以OPENGL作为平台进行建模，以此法进行建模时，要注意二维到三维转换时像素的转换，即投影的变换、视角的变换以及窗口的裁剪情况，还要注意将光照加入到模型中时，光源的位置、颜色以及其中对象的材料等因素；方法二就是以虚拟现实建模语言的VRML进行建模。

　　模型层次细节是以物体与视点之间距离的远近来确定模型精细的程度。在进行虚拟仿真时，数据量非常巨大，需要实时处理，精细程度直接决定了数据的处理速度，如果模型的精细程度过高，那么数据的处理速度就会相应地降低，若是精度过低，又达不到预期的显示效果，因此精度的选择很重要，为了避免这样的问题出现，最好的方法就是进行分层，不同层次的模型用不同的惊喜程度，这样交错出现就不会造成数据压力，同时也能达到预期的效果。

　　模型分块是指根据模型所在空间位置的不同，将其划分为不同的区域，这样在进行数据处理时就能够将模型各个模块的优点突出来，如果模型的空间范围较大，利用模型分块技术不仅节约系统资源，而且将资源最大化后再与模块层次化相结合，就能够将数据量控制住，提升数据的处理速度，让演示更加的流畅。

　　纹理处理是对纹理的命名、格式、大小、贴图方式的处理。首先，纹理的命名，对于一些仿真场景较大的模型来说，所用到的纹理也是一个大数目，因此为了保证不重名或是混乱情况的发生，就需要加上一个与模型模块箱配合的前缀，然后再加上相应的名字就能够清楚的区分其所属模块与所傥恢茫黄浯危纹理的格式，一般是根据操作系统的兼容情况以及分辨率来选定用什么格式的纹理图片，同样，纹理的大小也由操作系统以及实际情况来决定，但是一般其长宽方向的像素必须是偶数倍；其三，纹理的贴图方式有很多，应该遵从其预期的表达效果来选用，而对于一些特殊纹理比如透明纹理的处理来说，一般是选用RGB格式，大小为标准大小。

　　总之，可视化技术作为一种动态技术，让数字城市成为现实，让城市的规划、管理、建设更加的先进、方便，让理论与实践完美地融合在一起。

　　全球化、信息化是未来城市经济发展的总趋势,实现城市信息化是一个城市融入全球化浪潮的必要条件。城市信息化最显著的特征就是“数字城市”的建立。数字城市是综合运用GIS、遥感、遥测、网络、多媒体和虚拟仿真等高技术手段,对城市的基础设施、功能机制等进行采集、动态监测管理和辅助决策支持的技术服务系统。数字城市具有使城市地理、资源、生态环境、人口、经济、社会等系统数字化、网络化、虚拟仿真、优化决策和实现可视化等强大功能。数码城市作为数字城市的三维可视化表现,为人们在处理城市复杂系统问题时,能帮助人们更好地建立全局观念。

　　本文以中小城市的三维仿真建设为例，在对现有三维城市模型的建模方法的了解基础上，对城市三维仿真建模的基本技术路线和方法进行探讨和研究。

　　与传统二维数字地图类似，作为空间数据基础设施的重要内容之一的三维城市模型是覆盖整个城市范围的。目前，三维城市建模过程的数据获取仍是一项投资巨大、技术要求复杂的工程，其技术水平成为三维城市建模的制约因素，也是提高三维城市建模的自动化水平的瓶颈。目前三维城市模型的建模方法主要可以划分为以下几类：

　　三维CAD模型是三维城市模型的重要数据源之一，这一方法是使用AutoCAD、3D max等建模软件来建立三维城市模型。三维CAD模型由一个或多个多边形模型构成，能够详细地表达建筑物的几何特征。其信息表达是通过对图形进行实体拉伸和计算各种设计参数来实现的。在图形处理和三维建模方面，CAD系统则具有独特的技术优势。这一方法的优点在于可逼真地表示规划设计成果的精细结构和材质特征，并达到较高水平的细节程度；其缺点在于建模时间周期长，成本高，需要大量的手工操作和复杂的人机交互过程。

　　城市三维场景包括许多组成要素，例如建筑物，地形，水系，道路，植被，公共设施等等。但是在其中最重要的包括两类：地形和建筑物。地形是三维场景中最基础的要素，控制地面的基本走势和起伏。而高低大小不一的建筑物则是城市的标志，两者均是三维场景中最重要的组成部分。这两部分也是三维场景构建中工作量最大，成本最高的部分。

　　所谓的三维地形建模，就是指在需要工作的范围内，按照一定的建模算法，采集该区域内适当比例尺的真实地形地貌数据，来描述该范围内区域的地形起伏。采取利用DEM数据对地形进行三维建模。利用DEM对地形进行建模的方法有多种，常用的有规则格网（Grid）、不规则三角网（TIN）和混合网（Grid-TIN）。

　　Grid模型是用一组大小相同格网描述地形表面,通常用于地形较为平坦的地区。规则格网是一种栅格数据结构，它把数字地面模型覆盖区划分成为矩形格网，每个网格的大小和形状都相同，用相应矩阵元素的行列号来实现网格的二维地理空间定位，第三维为高程信息。矩形格网数据结构、拓扑关系简单，便于存取和处理，算法容易实现，但数据冗余过大，尤其是在地势起伏不大的地区更加明显。TIN模型由分散的地形点按照一定的规则构成的一系列不相交的三角形组成。它描述地面的真实性由地形点的密度决定，划分的三角形数量越多，越能反映真实的地貌。不规则三角网数字地面模型根据地形的起伏决定数据量的大小，因而能有效地表达地形的结构特征。在同等精度下不规则三角网地面模型比正方形格网存储效率更高，但其算法实现比较复杂。

　　在DEM模型上叠加各种诸如道路，水系等矢量信息，可以更逼真地反映实际的地表情况。构造基于DEM的三维建筑物模型，可以产生城市的虚拟现实景观。为获得真实感的城市地面场景显示，表现出城市地面的各种要素特征，可将遥感影像作为纹理数据叠加显示在地表模型上。其原理即获得与地形数据相应的遥感影像数据，依据这两种数据建立纹理空间和景物空间之间的映射关系，将影像数据按规定的要求“贴”在三维地形表面上，使所生成的三维地形图既立体又真实。纹理空间和景物空间之间的映射实际上是实现遥感影像数据与相应地形数据在平面位置上的配准，其映射关系一般采用下面的仿射变换：

　　式中(X、Y)是任意一点在遥感影像数据中的坐标，（xT、yT）是其对应地形数据点的平面位置，(aibi，i=0、1、2、3)为八个变换参数。建立这样一个映射至少需要个己知其纹理坐标和地形坐标的控制点。

　　三维地形建立主要采用TerraBuilder，TerraBuilder是Skyline系列产品的一个组件，可以用于创建地理配准，具有照片实景效果的三维地形模型。主要步骤包括：

　　三维场景的制作流程一般经历以下几个阶段：二维数据准备、地形数据导入或创建、矢量数据导入、矢量数据编辑、三维模型导入、场景要素编辑、动画和输出编辑等几个步骤。

　　三维数据的建库与一般二维数据的建库具有很大的区别，一般经过数据转换、数据生产和数据上载等几个主要的过程。

　　随着数字城市建设工作的发展，虚拟现实技术，空间可视化技术和GIS技术都得到了迅速的发展。城市三维仿真模型的建立，若结合其开发出城市三维景观平台，可以实现虚拟现实与3D GIS的有机结合，可以为各行各业的三维一个用提供有力的支持，能够全方位的，直观的为人们提供有关城市的各种具有真实感的场景信息。通过对平台的数字化管理，为城市规划、建设与运营管理、安全管理、决策支持等提供直观的三维信息化服务。同时可以大大提高城市空间信息共享和利用水平。本文着重研究了浙江省中小城市三维仿真模型的建模方法，以望在今后同类项目中能起到参考作用。

　　[1] 朱庆，林晖.数码城市地理信息系统―虚拟城市环境中的三维城市模型初探. 武汉:武汉大学出版社，2004.

　　[2] 朱庆，李德仁，龚健雅等.数码城市GIS设计与实现. 武汉大学学报信息科学版，2006.

　　城市发展，规划先行。随着各行业信息化建设的推进，为城市规划行业信息化的发展带来了新的机遇和挑战。

　　为适应城市规划行业信息化发展的要求，提高漯河市城市规划管理与服务的科学水平，漯河市规划局确定了规划信息化的总体建设目标 —— 建设阶段性的“数字规划”。内容包括：内容包括各种空间数据库、规划管理信息系统、规划档案信息管理系统、规划信息网站、基础地理信息系统、三维规划信息系统、全球卫星定位连续运行服务系统等。特别确定了把三维地理信息系统运用到城市规划管理中来，三维规划信息系统将成为“数字规划”的重要内容。为了给全面建设三维规划信息系统打下基础，漯河市规划局以漯河市食品产业集聚区为示范进行了“三维规划评审系统”建设，现在对该三维规划评审信息系统的建设情况进行说明。

　　漯河食品产业集聚区位于食品产业享誉四方的 “中国食品名城”“国家园林城市”“国家卫生城市”和“国家最佳生态旅游城市”之称的漯河市东南隅，京广—漯阜铁路、京珠、洛宁高速的“双十字”交汇地带，规划建设面积30km2。产业集聚区由西部食品加工产业园区和东部食品产业配套园区组成，依托高速公路“十字”生态景观长廊形成四个食品产业组团。年产值超过300亿元中国最大世界第二的肉制品加工企业双汇集团、休闲食品加工企业旺旺集团和年产值5亿元的中高档面粉加工企业中粮集团等品牌食品加工企业已在此成功入驻，食品加工业已经成为漯河食品产业集聚区的主导产业。为配合打造“中国第一食品工业基地”，更好的规划和宣传集聚区，加大招商力度，漯河市规划管理局和杭州科澜信息技术公司合作完成了以三维地理信息系统为核心的“数字食品工业基地”工程。项目的建设目标如下：

　　1、首先打造食品工业基地的三维数字沙盘，将基地现状建设成果、规划成果通过虚拟现实技术制作成数字沙盘，采用创新的手段展示基地的现在和未来；

　　2、面向规划和招商，以三维地理信息系统为支撑，建设三维辅助规划系统，为未来规划方案建设提供辅助评审工具，同时系统方便携带，可以将加工基地数字沙盘带到世界各地进行招商；

　　4要求系统扩展性和定制能力较强，未来可以为规划局提供辅助规划方案评审和规划管理，同时满足“数字城市”地理信息框架系统技术要求。

　　针对“三维数字食品工业基地”三维规划方案评审系统的需求，我们提出了“以一套数据为基础，3DVP平台（3DGIS）为核心，一网一站为依托，多类应用为方向”的总体解决方案（如图1）。

　　（1）一套数据为基础：建立一个开放式的三维城市地理基础信息数据库，整合城市地形地貌、矢量图层等传统GIS数据，建立城市三维模型和整合业务数据，满足城市规划管理过程中的三维可视化要求，为各级领导、管理和技术人员提供可视化的三维城市数字仿线）一个平台为核心：即基于3DVP的三维地理信息公共平台。

　　（4）多类应用为方向:1)、面向规划办公业务网络的应用，围绕城市规划、方案评审、规划管理以及宣传、招商等业务开展应用。2)、面向公众政务服务门户网站的应用，围绕规划展示、公众政务服务、门户网站创新、综合成果展示、公众电子地图服务等业务开展应用。3）、建立三维城市仿真数据共享平台。在构建城市空间资源信息平台的同时，既兼顾目前现实情况，又为今后留有足够的发展空间，利用当今先进的web-service、XML、GML等技术，逐步建立城市空间资源信息的分布式基础服务平台。

　　三维地理信息系统技术平台采用杭州科澜公司自主研发的，拥有核心技术产权的全国产化平台——3DVP。系统介绍

　　3DVP Planner三维规划方案评审系统可以为领导、管理人员、设计师和专家等提供一个非常直观、简单易懂的业务操作平台。三维规划方案评审系统以涉及到规划方案设计及评审的真实城市为背景，在对方案中涉及到的建筑和环境进行建模后，领导、管理人员、设计师和专家等就可以对场景模型进行从单个物体到整个场景、从点到面的准确、有效的分析。以丰富、真实的城市空间数据库为后台，进行准确、快速、有效的互动编辑、空间分析、协同设计、协同评审等操作，并可以进行互动展示以及成果输出等。方便大型复杂工程项目的规划、设计、投标、报批、管理，有利于设计人员与上级领导决策者和其他参与者对各种规划设计方案进行辅助设计与最终方案的评审。

　　1.1）、方案导入：能够对新提交的单体建筑模型数据进行检查，对不符合要求的数据提供修改手段和方法，能将符合系统要求的方案数据直接导入到三维场景中，进行审批前期处理。能够支持同一位置多个方案的导入。能够支持3DMAX等多种通用数据格式的模型数据。

　　1.2）、方案调整：对方案进行建筑方位、层数、高度、基底、栋数、材质的调整，建筑物能根据调整实时改变。（如图2）

　　1.3）方案定位：对于场景中已经存在的方案，能够快速定位到选定的方案；如场景中存在多套方案，可以设置只显示选定方案；对于选定的方案，能够以属性框的形式显示该方案的各项指标数据：容积率，建筑面积，建筑密度等。

　　1.4）多方案比较：对同一位置的多个建筑方案可进行双屏或多屏的可设置的动态效果比较，对于多屏的数量用户能够根据实际的使用环境能自定义选定。（如图3）

　　1.5）控高分析：检测是否有超过控高要求的建筑物，使得城市的建筑规划能够合理，能够支持高度控制规划成果，根据空间位置识别控高指标。（如图4）

　　2.1）快速建模：系统支持可根据SHP数据快速建立模型的功能，可以设置其材质、纹理等，可与其二维属性挂接；同时支持根据用户自定义底部建筑轮廓，设置其高度、纹理、女儿墙等参数，快速建立模型的功能。

　　2.2）通视分析：检测场景中任意两点之间在直线）视域分析：可对空间点的可视区域或不可视区域直观显示，并可输出立、剖面图。

　　2.4）在三维数字沙盘基础上叠加规划、招商、人口、法人、经济等业务数据和相关统计数据，信息量集中，丰富，为领导提供一应俱全的查询资料，便于开展规划建设、招商引资、汇报交流等工作；

　　[计算机世界独家]（记者 许泳）晚上请朋友吃饭，在预订餐厅前先在网上找到它的地理位置，并查看周边线度街景，甚至“步入”餐厅虚拟参观个遍，这是三维景观带给人的最初印象。初次接触三维的用户，无不惊喜雀跃于它的立体、真实和美观。能够直观显示地球上的建筑物或地形的还有谷歌地图(google earth)，它通过访问庞大的卫星图片扩展数据库为用户展示出丰富的地理信息。

　　应用三维技术，可以将城市街道、建筑物及市政设施的立体模型融合在一起，再现城市建筑及街区景观，用户在显示屏上就可以很直观地看到生动逼真的场景，并进行诸如查询、测量、漫游等一系列操作，带给人感官上的愉悦。近年来，三维技术除了满足用户体验外，还在城市规划、交通、能源等领域深挖应用，提供决策支持等功能。在今年的中国地理信息系统优秀工程评选中，获奖单位苏州市规划局、济南市勘察测绘研究院、青岛市城阳区规划局以及温州市港航管理局都无一例外地采用了三维技术，增强其管理决策功能。

　　城市要建高架桥、要修地铁、要规划园林绿地，现在都可以先在决策者的桌面PC上通过三维影像数据直观地“摆排”一番。只需修改几个参数，就能改变建筑高度，改变建筑外立面的材质、颜色，或者是园林绿化密度。“以前需要一周时间做出的决策，现在只要半天就可以完成。” 苏州市规划局城市规划中心处长刘争齐介绍说，“通过建立三维地理空间信息资源共享体系和环境，苏州市规划局为社会各行业提供了真实、全面和高效稳定的城市三维地理空间数据服务。该工程覆盖了苏州市区2100平方公里，其中核心区范围50平方公里，整个工程数据量达到280GB。”据悉，苏州市规划局除了建立地上的三维实景，还有地下管线的三维信息，使以前重叠在二维地图上的一些管线数据，在层次上被分离开来，更利于决策。通过增加一维高度信息，能够构造出更接近于现实的三维地表模型和各类建筑物模型。“工程累计投入资金1500余万元，利用基础测绘资金6100万元，包括地形图、影像图、数字高程及其他数据调查。”刘争齐给出了两个具体数据。

　　随着我国城市化进程的发展和城市旧城区改造工程的大规模开展，当前我国大部分城市正处于详细规划修编时期，济南市城市规划三维辅助决策支持系统就很适应时机地走上了规划设计者的办公桌。“工程覆盖济南市控制规划范围4000平方公里内的地形、正射影像，完成了以大明湖、趵突泉和千佛山为中轴线平方公里的三维景观，系统数据量达到400多GB。” 济南市勘察测绘研究院主任仲伟政说。建成后的系统，能够对规划方案进行比选，调整规划单体的纹理、位置、形体、高度，然后输出规划效果图，甚至是动画多媒体展现。仲伟政表示：“这样一来，我们改变了规划工作以往单调、不直观的状况，规避了因缺乏高度信息带来的设计风险。” 决策者通过在三维场景中任意漫游，可以发现很多不易察觉的设计缺陷，减少由于事先规划不周全而造成的无可挽回的损失与遗憾。这是传统手段如平面图、效果图、沙盘乃至动画等所不能达到的。

　　同样的，在“数字城阳”项目中，规划系统各级领导、业务部门也可以通过C/S模式访问数据服务，完成三维规划审批及三维辅助决策支持。

　　除了城市规划，三维技术也开始涉通运输。温州市港航管理局局长叶建国告诉记者：“温州市有丰富的航道资源，内河航道总里程达1283公里，其中通海轮航道达113公里。我们创新性地将二、三维技术综合应用在港航管理行业，提供了可视化的航道管理、港区规划成果展示界面和港航资源查询定位功能。” 以虚拟现实的方式展示港区规划成果提升了港口、航道对外招商的影响。

　　拖动鼠标，就能在城市中漫游，找到历史文物古迹和城市标志性建筑，三维景观在数字城市建设中已经成了对外的形象工程。目前，美国有50多个城市正在全面进行数字城市建设，欧洲一系列数字城市的规划和实践也相继展开。在我国，数字城市建设已被列入信息产业和城市基础设施建设“十一五”期间发展战略重点。然而，各个城市建设的步伐不同，切入点也不一样。要建设三维景观，前期资金投入是很大的，在平台搭建、数据量、网络传输等方面都有特殊要求。对于中小规模城市，或者一些有特色的行业来说，高投入能否得到高回报？是“面子工程”，还是实际需求？这些都是业界争论的问题。

　　带着这些问题，记者走访了曾参与过多个三维数字城市建设的北京灵图软件公司。灵图公司首席运营官秦春乐观地告诉记者：“三维地理信息系统的建设是未来发展的一个方向，计算机和网络技术以及数据获取技术都在日新月异地发展，技术不是问题，重要的是思维模式的转变。”

　　秦春分析：“以城市三维基础平台系统为例，它属于网络服务体系结构，具有基础设施的特点，即初期投资较大，而边际成本很低。系统的投入使用节约了数据采集成本，克服了重复劳动、重复投资的现象。” 据了解，三维基础平台由于提供了数据接口，可以直接与原有的各专业系统集成，实现数据的共享，从而大大节约了基础数据的应用成本，缩短了系统建设和投资回收周期。同时，通过开发、提供基于三维虚拟城市的增值服务，例如与中国电信、中国移动等运营商合作，具有开拓增值应用渠道的广阔前景。

　　除了在应用中的推广，三维信息系统的建设还要跨越一些技术难点，比如海量存储、网络传输、数据、数据共享等。

　　1998年美国副总统戈尔在美国加利福尼亚科学中心发表了题为“数字地球: 二十一世纪认识地球的方式”的讲演, 提出了数字地球概念，而数字城市是数字地球的重要组成部分。从技术角度讲, 数字城市是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，综合运用GIS、遥感、GNSS、虚拟仿真等测绘地理信息技术，通过数字化虚拟以实现对城市基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的技术系统。从应用角度出发, 数字城市可被视为一个服务于政府、企业和公众的城市信息化平台，数字城市为城市规划、智能化交通、网格化管理和服务、基于位置的服务、城市安全应急响应等创造了条件，是信息时代城市和谐发展的重要手段。

　　建设数字城市的基础是描述真实城市的各种数据，包括空间地理数据和非空间数据, 因此其实现过程中需要空间数据获取技术、可视化与互操作技术、虚拟现实技术的支持,而这些关键技术均依赖于测绘地理信息技术的发展。

　　另一方面，城市GIS在众多GIS领域中应用最为广泛, 主要应用在城市规划、交通、物流、土地管理、通信、电力、环境监测、地下管网、城市应急指挥系统等数字城市的各子系统中。

　　虽然测绘地理信息技术在我国数字城市建设中已取得了很多成就, 但目前我国所处在的数字化测绘水平仍十分有限，制约了其在数字城市乃至智慧城市建设中的应用。

　　当前, 城市空间信息服务平台的地理数据源大多仍只能是传统的数字化测绘4D产品。4D产品是有限的基础信息数据，难以满足不同行业和用户对空间信息的需求，在迅猛发展的空间信息时代4D产品存在如下局限：

　　4D产品典型的是三维现实世界在二维平面上的投影，且其不是实景数据，在此过程中存在大量的信息损失，因而其无法满足人们对可视化、三维仿真、实景空间信息的需求。

　　4D 产品通常是按测绘专业规范得到的产物，而不是按需求制作的，因而无法满足社会多个行业、多种应用对空间信息的需求。如公安GIS只能从4D产品中获取其20%左右的信息，这就造成了4D产品与用户需求之间的信息鸿沟。

　　绝大多数4D产品的更新效率低、现势性较差，而往往社会需求对城市空间地理数据的现势性要求很高。

　　4D产品社会化属性不足，仅仅对测绘规范中要求的地理要素进行了测绘，没有包含详细的环境、社会、经济等信息，不能直接满足大多数行业用户的需要。如武汉市城市网格化服务系统在1:500数字地形图基础上, 补充调查、采集了185万个城市部件。

　　数字城市环境下，测绘地理信息服务的对象越发广泛，且众多的服务对象大多具有其特定的空间信息需求。这些空间信息或与行业应用或和个人生活相关，如电力部门的电力设施、市政的市政设施、门重点布防设施(消防栓、门牌号码)、交通部门的交通信息、个人位置要求的快餐厅等细小的信息。可以说，这些繁多的与城市空间有关的信息尚未涵盖在传统的4D产品中，即使部分4D产品中包含了这些信息，信息的完整性、准确性及现势性，都存在着问题。而当数字城市建设对三维空间数据获取、地理信息实时更新的需求日益增长，技术上实现对空间信息的自动化、智能化处理便成为了进一步发展的必然。

　　另一方面，由于测绘行业、测绘产品本身的历史局限性，导致城市测绘院所拥有的测地理信息数据虽然种类繁多、数量巨大，但其数据的明显缺点是缺少城市空间维度中立面向（即垂直于地面方向）的空间信息数据，因而其数据至今最多只能算是2.5维的，因而存在城市空间信息上的空缺，这种空间信息上的缺失必然会阻碍数字城市的建设。同时，对地观测领域近年来取得了长足的发展，城市遥感发展迅猛，这种发展态势的一个方向是同时包含了时间维度上的“天、空、地一体化遥感”方向，这也必然要求地面遥感的发展和应用须深入和拓展，在城市范围上也应如此。

　　当空间信息的增长需求与数字化测绘的现状已不相适应，发展信息化测绘便是大势所趋。2006年9月, 国务院批准了我国首个《基础测绘中长期规划纲要》, 纲要首次提出了建设信息化测绘体系的口号。信息化测绘体系是以数字化测绘技术体系为基础而形成的多学科交叉融合的业务体系, 它的基本特点是以多源化和实时化的数据采集技术为支持, 以自动化、智能化的数据处理与数据融合为手段, 开发丰富多样的地理空间信息产品, 借助快速安全的网络设施,实现为国民经济和社会可持续发展提供多元化和人性化地理空间信息服务的目标。

　　数据获取实时化: 以卫星遥感、GNSS、LIDAR技术为支撑的对地观测体系可以动态、快速、实时地获取空间导航定位数据，多分辨率、多时相、多光谱的遥感影像数据及三维点云数据。

　　数据处理自动化: 广泛采用自动化、智能化技术, 可直接高效生产处理面向数字城市的信息化空间数据, 不需二次加工即可满足各类用户共享要求。

　　信息应用社会化: 地理信息服务领域更加广泛, 地理信息应用无处不在社，会要求的产品更加多样化、实用化。

　　由此可见，信息化测绘的2个落脚点是测绘地理信息服务的网络化和测绘地理信息应用的社会化；而其相比于数字化测绘的差异在于数据生产上有了2点提升：实时化获取，自动化处理，可以预见这2点提升对于提高测绘产品的生产效率、丰富产品种类以更好的提供社会应用的效应将是十分显著的。

　　伴随着信息化测绘口号的提出，近几年我国测绘地理信息技术得到迅猛发展，突出体现在如下方面：北斗导航卫星系统进入实质化建设期，我国发射了立体测绘卫星，天地图系统通过互联网推向社会，无人机航测投入应用，应急测绘体系正逐步建立，LIDAR技术发展迅猛，地理信息公共服务平台应用不断深入，可量测实景影像技术得以推广应用，等等。其中，可量测实景影像以其实时采集、自动化处理、以丰富的信息供数据挖掘等先进的技术特点，以及社会应用广泛、易于网络实现的实用价值的应用特点逐渐成为发展的热点。

　　可量测实景影像是指在一体化集成融合管理的时空序列上, 具有像片绝对方位元素的航空、航天、地面立体影像(Digital Measurable Image，简称DMI)的统称。它不仅直观, 而且通过相应的应用软件、插件和API, 让用户按需在其专业应用系统上进行直接浏览、相对测量(高度、坡度等)、绝对定向解析测量和属性信息挖掘。

　　时间序列上的航空、航天立体影像可来源于对地观测体系中的DOM产品库，但是其垂直摄影导致摄区地物立面信息丢失和较长的数据更新周期影响了其产品可视、可量测、可挖掘效应的发挥。而海量的、具有地理参考、高分辨率地面实景立体像对则具有数据采集实时化、数据处理自动化的特点，由于实景采集方式使其包含大量空间信息和社会、人文信息，因而其成为可视、可量测、可挖掘实景影像体系的首选产品。不仅如此，DMI中的地面实景立体像对符合近地面人类活动的视觉习惯。

　　相比于传统平面投影的4D产品，可量测实景影像是一种地面近景可量测影像，主要按照人的视角提供详细的城市立面信息，包括：城市部件信息、建筑物外立面信息、道路及附属设施信息、POI信息、城市详细的环境信息、地形信息、自然景观信息以及反映城市现状的社会、经济乃至人文信息等。对于行业用户而言，既可从DMI中提取所需要的业务要素，又可进行数据的挖掘，更好满足管理与决策上的高级应用。对于公众而言，影像是客观世界的最直观和最真实的写照，也是无需专业知识判读，可直接回答公众有关城市空间信息方面的问题。

　　可量测实景影像目前较成熟的方式是采用移动道路测量技术制作。移动道路测量技术(MobileMappingSystem，简称MMS)是一种全新的测绘技术，它是在机动车上装配GPS、CCD成像系统、INS惯性导航系统等传感器和设备,在车辆高速行进之中,快速采集道路及两旁地物的可量测立体影像序列DMI,这些DMI均具有摄影测量解析所需要的外方位位置元素和姿态元素,配合精准的时刻参数,在严密的摄影测量检校参数支撑下,实现任意空间、时间序列上的DMI 构成立体像对,实现多层次的测量和根据应用需要进行各种要素(特别是城市道路两旁要素)的按需测量，其过程可看做是动态的基于时间序列的地面近景摄影测量。移动道路测量系统示意图如图1所示。

　　可量测实景影像，是一种“可视、可量测、可挖掘”的地面近景影像数据，弥补了4D产品的不足，且与4D产品集成应用，可满足国防、公安、市政、交通、通讯、导航、LBS、市容管理等行业需求，更可应用于数字城市地理空间框架平台。

　　在作业过程中拍摄的均为连续可量测的三维影像,对于重点关注的线路、地区和部位,均可将其实景图像拍摄下来存放在数据库中。这样公安GIS系统可容许公安内部各级用户通过连接到服务器的计算机沿着道路,点击任何位置就可以浏览所需要查看目标的实景图像，从而使得公安系统达到“可视化的目标管理”水平。此外,可量测实景影像采集的数据可以实现可视化的警备路线管理,为重点警用路线提供的任意方向的实景影像和视频的浏览,查看,测量等功能,并和实际地图数据相匹配,可以为决策人员提供辅助决策。

　　城市部件是最基本的城市要素,按照城市管理功能分为公用设施类、道路交通类、市容环境类、园林绿化类、房屋土地类和等六大类,如井盖、路灯、交通标志牌等。应用实测法、行为观察法等传统的城市部件调查手段,主要是人工外业作业,使用的工具、技术相对落后,自动化程度比较低,调查、管理效率低下。利用可量测实景影像可以快速、高效、精确的采集满足数字化系统所需的综合市政设施、道路及其附属地物的电子地图数据、连续的街景影像数据和属性数据(铺装材料、分类信息) ,为道路、市政、环卫等部门的道路管理、新修道路验收,各种市政设施的管理维护,提供了有力的支撑和一种符合人眼视觉习惯的全新展现模式,也为数字化城市管理部件数据采集更新提供了一种快速高效的手段。

　　在传统的三维城市和虚拟现实结合方式中，多是直接使用三维建模软件，通过三维建模和纹理粘贴，制造出视觉上逼真的三维模型，但所建模型多不具有量测性。而可量测实景影像可直接进入三维城市模型, 使得各种数字三维的应用既可视又可量测，实现数字城市的真三维管理。

　　针对企事业单位和社会公众，可提供旅游品牌形象推广及个性化线路导航，房地产投资环境及选址，娱乐场所和商场等特色信息，交通线路、商店、医院和饭店等专题信息查询、定位和搜索等功能。采用MMS技术，可快速编制与更新导航电子地图, 为基于位置服务(LBS)、智能交通系统(ITS)等建设项目提供数据增值服务。

　　可量测实景影像的硬件、软件系统现已开发研制较为成熟，但可量测实景影像的应用仍需拓宽，技术上仍有待提高，分析认为其改进和发展须考虑如下几点：

　　(1) 目前可量测实景影像主要应用于道路沿线要素采集，如何将这种范围有限的带状采集方式发展为覆盖面更广的面状采集方式，及重点地区的点状采集，是有待发展的方向，只有这样可量测实景影像的应用才能更广泛和深入，更具有应用价值和技术优势。

　　(2) 在城市建筑密集区进行信息采集时，由于互相遮挡等原因，会导致拍摄影像信息的不全，如何应用数字影像处理、计算机视觉技术避免遮挡问题，是有待解决的问题。

　　(3) 移动采集时的移动路线规划问题，这关系到项目成本、进度及产品质量。目前可量测影像应用方面未见系统的移动路线设计的规范、技术流程、标准等，建议有关人员尽快建立相关成文规定。

　　(4) 可量测实景影像数据库提够了海量的实时、立体、实景影像，这些实景影像包含了大量丰富的环境、经济、人文信息，如何充分、有效的挖掘出影像包含的信息，是一个具有意义和难度的课题，否则，大量的影像数据就成了冗余数据，其用于数字城市建设的信息提供用途就成了空线) 由于采用地面采集的方式，其采集的信息仍受垂直地面方向高度的限制，这方面，低空、近地采集的影像可作为现有可量测实景影像的有益补充，如何与低空可量测实景影像系统相结合必将是未来的发展方向。而低空影像采集由于种种限制，目前仍未有实质进展。

　　可量测实景影像由于其自身的特点，在采集方式、数据表达的直观性、数据的丰富程度、后期数据处理上都较传统的4D产品有了质的飞跃。由于采用了地面遥感的原理，除了获得城市空间要素的地理位置和属性数据以外，还能获得多要素的高分辨率立体影像数据，建立城市空间地理信息全要素的影像数据库，并可以深入挖掘数据价值，为社会各界用户提供全方位服务。

　　[1] 李德仁,胡庆武.基于可量测实景影像的空间信息服务[J].武汉大学学报信息科学版,2007,32(5).

　　激光雷达技术简称为LIDAR： 该技术可以实现空间三维坐标的同步、快速、准确地获取， 并根据实时摄影的数码像片， 通过计算机重构来实现大型实体或场景目标的3D 数据模型， 再现客观事物的实时的、真实的形态特性， 为快速获取空间信息提供了简单有效手段。

　　根据载体的不同， IIDAR 技术主要分地面三维激光扫描技术和机载激光雷达扫描技术两大类， 顾名思义， 地面二维激光扫描系统的空间载体是地面， 类似于传统的地面近景摄影测量。它将激光扫描仪直接与数码相机、GPS 相结合， 对目标物进行扫描成像， 获取激光反射回波数据和目标表面影像， 并在软件支持下构建三维数字模型和纹理的精确贴加， 从而达到目标物快速、有效、精确的三维立体建模。经过改装， 地面三维激光扫描系统不但可以安置在固定设备上， 也可以装载在运动的汽车上， 进行连续的二维场景和目标形态的空间数据采集。

　　与普通光波相比， 激光具有方向性好、单色性好、相干性好等特点， 不易受大气环境和太阳光线的影响。使用激光进行距离量测可大大提高了数据采集的可靠性和抗干扰能力。当来自激光器的激光射到一个物体的表面时， 其中一部分光会反射回去， 而被激光雷达所配备的接收器所接收。当仪器计算出光由激光器射出到返回到接收器的时间为2t 后， 那么， 激光器到反射物体的距离（ d） = 光速（ c） ×时间（t）/2。

　　在LIDAR 系统中， 结合GPS 得到的激光器位置坐标信息，工NS 得到的激光方向信息， 就可以准确地计算出每一个激光点的大地坐标X、Y、Z， 大量的激光点聚集成激光点云， 组成点云图像。这就是机载激光雷达的测高原理。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲， 拿频率为每秒一万次脉冲的系统来说， 接收器将会在一分钟内记录六十万个点， 数口相当可观。很多LADAR 系统还能记录同一脉冲的多次反射，激光束可能先打在树冠的顶端， 其中的一部继续向下打在更多的树叶或枝干上， 有些甚至打在地面上被返回， 这样就会有一组多次返回的具有X、Y、Z 坐标的点记录， 并分层表示。利用这个特点， 我们可以通过分类和滤波处理， 获取地面高程， 以及树高及建筑物的高度等信息。利用机载工ADAR 系统进行测高作业， 根据不同的航高， 其平面精度可以达到0.15～1m， 高程精度可达到10～30cm， 地面分辨率甚至可达到厘米级。可以说， 机载LIDAR 系统是为综合航摄影像和空中数据定位而设计的新技术手段， 它能为测绘工程、数字地图和GIS 应用快速提供精确的空间坐标信息和三维模型信息。

　　LIDAR 技术最主要的数据产品是高密度、高精度的激光点云数据， 该数据直接反映点位的三维坐标。通过自动或人工交互处理， 把人射到植被、房屋、建筑物等非地形目标上的点云进行分类、滤波或去除， 然后构建不规则二角网TIN， 就可以快速提取DEM。由于激光点密度大， 数目多， 使得生产高精度、高分辨率的DEM 也成为可能， 因此它是解决快速进行DEM 数据采集的最有效方法， 其产品精度甚至可以满足多行业对高程的需求。

　　除了数字高程模型， 基础测绘的“4D”产品还包括数字正射影像（ DOM） 、数字线划地图（ DLG） 和数字栅格地图（ DRG） 。对于DOM 和DLG 两种产品， 其生产也不能缺乏高精度三维信息的支持。

　　例如：DOM 是在DEM 提供精确的地形信息的前提下， 进行数字微分纠正得到的。如果没有可靠的DEM 资料， 传统生产DOM 方法是通过数字摄影测量的方法实现的。数字摄影测量作业工序繁琐， 设备要求和技术路线非常严格对生产人员的技能要求比较高； 而机载激光雷达优化技术提取的地面三维坐标， 完全满足高精度影像微分纠正的需要， 使得DOM 的生产变得相当容易， 可以无需使用数字摄影测量这种昂贵的专业平台， 在一般的遥感图像处理系统中即能实现规模化生产。此外， 高精度的激光点云数据还直观反映植被和地物的三维信息， 利用这些资源， DLG 地形地物的判读和量测更加准确， 数据的采集变得更加容易。

　　很多精密工程测量， 都需要采集测量目标的高精度三维坐标信息， 甚至需要建立精确的三维物体模型， 比如： 电力选线、矿山和隧道测量、水文测量、沉降测量、建筑测量、变形测量、文物考古等等行业。地面和机载LIDAR 就是解决这种实际问题的最有效手段。通过数码像片获取的纹理信息与构筑物模型进行叠加构建三维模型， 是进行景观分析、规划决策、形变量测、物体保护的重要依据。

　　例如： LIDAR 技术为公路、铁路设计提供高精度的地面高程模型DEM， 以方便线路设计和施工土方量的精确计算。在进行电力线路设计时， 通过LIDAR 的成果数据可以了解整个线路设公共区域内的地形和地物要素情况。在树木密集处， 可以估算出需要砍伐树木的面积和木材量。在进行电力线抢修和维护时， 根据电力线路上的LIDAR 数据点和相应的地面点的高程可以测算出任意一处线路距离地面的高度， 这样就可以便于抢修和维护。

　　数字城市是21 世纪以来， 很多地方正在力争构建的信息化目标。空间信息作为数字城市的基础框架和平台， 是构建数字城市的重要研究课题。LIDAR 系统可以获取高分辨率、高精度的数字地面模型和数字正射影像， 提供了构建数字城市最宝贵的空间信息资源， 因此是数字城市建设的重要技术力量。

　　数字城市还需要构建高精度、真三维、可量测， 具有真实感的城市三维模型作为管理城市的虚拟平台。但是采用传统技术， 进行城市三维建模是精雕细琢的工艺， 工作量很大， 效率非常低， 而且效果并不好， 影响了数字城市服务面的宽度和深度。利用LIDAR 技术对地面建筑物进行空中激光扫描或地面多角度激光扫描， 可以快速获取目标高密度高精度的三维点坐标，在软件支持下对点云数据进行模型构建和纹理映射， 多方面地构建大面积的城市三维模型。并可以实施快速动态史新， 为数字城市建设基础数据源的持续性、历史性提供了确实的保障

　　随着科学技术的飞速发展，计算机软硬件技术、多媒体技术、传感器技术等一系列技术越来越多的被人们应用，与此相关的虚拟现实技术也得到了进一步发展，传统的固化沙盘模型，逐渐被具有人机交互、动态模拟的电子沙盘所代替，主要应用于军事上的沙盘模型也逐渐应用于城市规划、交通分析等方面。如何充分利用地形、影像、三维空间信息结合光、电等技术实现真实、实时的三维交互式城市场景，将成为辅助城市决策、城市规划不可缺少的手段。

　　简单来说，城市电子沙盘就是以城市基础地理空间信息为基础，综合计算机图形学技术、多媒体技术、传感器技术、人工智能、仿真技术、立体显示技术等多种学科技术造就一种生动逼真的视、听、触一体化的特定虚拟环境，使人们“沉浸”于等同真实的环境，进行感受和体验，其原理为通过控制系统调用准备好的信息数据，依靠多媒体手段将信息模拟真实的环境展现在显示端，示意图见下图。

　　数据建设是城市电子沙盘制作的核心，同时也也是电子沙盘制作的难点，主要包括数据预处理，三维建模、建立数据库、功能实现。

　　城市电子沙盘系统中数据预处理主要是指地形图、影像图等数据的处理，使其满足建设城市电子沙盘系统的应用。预处理主要包括：①统一规范数据格式。为了保证数据融合和集成显示的效果，必须对数据格式进行统一，保证各类数据之间很好的结合，也保证各类数据准确的应用操作控制系统中。②地形图处理。根据城市电子沙盘建设的效果选择不同比例地形图，城区一般选择1:500数字线数字线划图，将道路、水系、房屋、信息点注记分级、分类、分层。③影像图处理。将航片影像和卫片影像处理为不同分辨率数字影像，进行调色、纠正处理。④数据处理。高程模型、规划信息、视频、动画等数据处理，使其能够与地形、影像、三维模型等数据整合在一起，集成在电子沙盘系统。

　　城市电子沙盘系统中三维建模为一般建模要和精细建模。一般建模是指在一定的坐标系统基准下，以城市二维地形图为基础，套合城市数字高程模型（DEM）,建立城市三维空间框架模型，再叠加城市数字正射影像（DOM），将影像数据作为纹理，与城市三维空间框架模型叠加显示，建立城市三维地表空间模型。精细建模是指依靠专业的三维建模软件如3DMAX等进屋、道路等要素精细化三维模拟真实搭建，对搭建的三维模型依照坐标位置移植到城市三维地表空间模型。对于建立城市电子沙盘系统而言，一般建模主要用于山地、丘陵地，从宏观的方面表现三维环境；精细建模主要用城镇，从微观方面展现城市的特征风貌。

　　城市电子沙盘系统建设必须依靠大量的各类数据信息，同时在演示必须能够加载相关信息，这就必须创建一个能存储多种信息类型的数据库，包括地理信息数据库、媒体数据库、三维模型数据库等。通过访问不同数据库中的数据，来管理和调用地形、影像、视频等各类信息数据，提高数据使用效率。

　　飞行漫游。它是电子沙盘展示最基本的变现方式，通过直观、真实的三维环境来表现地形、城市特征，其表现为以观察点为基点的前进、后退、左移、右移进行三维场景的游览，可根据要求自定义游览的路线、高度、视角等。

　　动态影像动画输出。电子沙盘不同于传统的沙盘的主要在于它能够实现事先设定，或者展示时实现自定义设定的三维影像和三维动画的动态表现，通过程序实现这些将直接展现电子沙盘的特点。

　　查询、分析。城市电子沙盘说通俗一点，可以认为是高级的电子地图，其兴趣点的查询、感兴趣区域的分析是要实现的基本功能。

　　专题功能的实现。是指根据需要，加载有关行业方面的信息，实现如城市规划、交通分析、绿地监督调查等方面的功能。

　　硬件设备包括高性能图形工作站、高端存储设备、大屏幕液晶显示器和多点触摸屏或高清投影仪和银幕，以及音响、灯光、网络设备等设施，是为流畅、高清显示、人机互动提供基本支撑。

　　软件系统包括计算机操作系统、GIS数据库、图形图像处理软件、基于三维的地理信息管理系统等，是为调用各类数据资源提供基本服务。

　　场景布设是根据设计方案、表现效果要求，选择能够将图像、动画、解说、音乐、灯光等多种元素很好的融合在一起，为观众留下深刻影响的环境设计。

　　自动控制模式：通过事先设计好的思路，由计算机程序自动按一定的顺序对模型概况、各规划分区、主要路网、主要建筑等信息通过多媒体形式展示出来，同时模型灯光电器与背景灯光也会自动与展示内容配合亮灭。此模式适合展厅全面开放，参观者人数较多且来源复杂的情况时使用。 手动控制模式：由讲解员或参观者通过手指触摸屏幕，有选择的、交互的演示对应内容，有目的的主动对展示信息进行索取。通过手动控制能够实现感兴趣区域的突出展现，使其地理方位、形状在模型上一目了然，同时配以图片和音乐介绍，使感兴趣区域的相关信息全方位解说。此模式适于参观者较少的情况，如领导参观、投资商考察等情况时使用。 遥控模式是通过将整个系统的显示、音乐及灯光等统一起来编制的演示系统，再结合遥控设备，使用户可以手持遥控器，演示感兴趣的区域。

　　城市电子沙盘不同普通的电子沙盘，普通的电子沙盘一旦完成后，需要维护很少，主要因为其核心的基础数据不会发生变化，而随着城市建设的不断加快，城市面貌将会发生很大变化，如果不能将发生变化的地理信息数据进行及时更新，花费造价很大城市电子沙盘就会很快失去了现实意义，这需要我们在建造城市电子沙盘时，考虑到以后的维护方面的相关问题，真正实现其可持续发展。

　　[1] 杨宇航，李会杰，冯允成. 基于虚拟现实技术的电子沙盘仿真系统. 《计算机仿线] 杜建丽. 电子沙盘制作方法的研究.米乐·M6「中国」官方网站三维数字城市十篇