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基于三维技术的珠海市规划方案动态支持系统分析和实践
一、建设背景
三维数字化技术作为城市规划中一项新的技术,使决策者能够在一个虚拟的三维环境中,用动态和交互式的方式辅助进行城市规划设计、审批和管理.尤其在城市新区规划、旧城改造、重点路段及景观节点建设等城市规划与管理实践当中具有突出的实践意义.通过这些数据建设与系统的深入应用,规划方案动态支持系统实现规划报建方案的三维辅助评审和规划日常管理工作的辅助决策支持,项目成果已在规划方案评审中得到了深入应用.为珠海的城市规划决策者提供更科学、更准确的城市规划宏观决策支持,进一步提高城市规划管理工作的水平和效率.
二、系统设计
1. 系统架构.系统采用Skyline 搭建城市三维平台,使用Oracle 数据管理技术管理城市规划二、三维数据,集成Arc Engine 强大的空间分析功能,基于SOA 架构的总体架构设计方式,兼容业务框架与技术框架,满足城市规划辅助决策和未来规划信息化发展的需求.为保障系统的高度稳定性、实用性和扩展性,系统框架按照层次化设计思想共分成四层：包括应用层、服务层、数据中心层和运行支撑层.
第一层是应用层,是信息化应用的软件实现及表现层.该层建立在“城乡规划统筹管理一体化平台”之上,与规划业务需求相结合,积极探索三维数字地图在规划管理中的应用方法和模式,使之应用到规划现状分析、规划编制、方案评审和规划实施整个过程.
第二层是功能/ 服务层,是信息系统运行的技术核心部分.负责提供信息系统通用、基础、专业的业务协同运行支撑和为数据提供高效的处理、应用、分析功能.
第三层是数据中心层,是系统的最核心资源部分.由现状三维数据、基础地形数据、航空影像数据、业务审批数据、规划方案数据、城市设计数据和规划成果数据等数据资源组成,并建立统一的数据规范和标准的前提下.
第四层是运行支撑层,主要为信息系统的运行提供软件环境、硬件设施和网络基础.为系统提供的基本桌面操作系统（OS）、网络操作系统和企业级数据库管理系统（DBMS）等基础软件环境,为系统运行提供计算设施、存储设施、安全设施、网络设施等设施保障.
除此之外,还必须结合珠海实现情况建立相应基础地形图建库标准、数据安全规范、三维数据采集与制作规范、三维方案报建规范与数据更新规范,以确保数据建设的规范、有序、合理和高效.同时,必须建立信息安全保障体系, 满足规划地理信息保密的要求,以保证系统安全和数据安全.2. 系统网络结构设计.系统网络结构图如下图1 所示：
3. 可扩展性设计
（1）数据可扩展性.对规划管理业务进行全面的分析,建立为面向规划业务管理的数据化模型,构建空间数据、规划业务数据、管理数据和运行数据之间的逻辑关系,以此为基础形成完善的逻辑架构,有现有数据的数据不完善的情况,后期也可以进行补充完整,实现数据未来的可扩展性.
（2）功能可扩展性.统一框架、统一接口规范,对面向对象的组件开发方式,对组件内部进行严格封装.当系统有新增功能需求的时候,只需要简单的在原来的接口标准的基础上,对组件内部设计进行优化,就能够提供功能强大的组件模块.
三、技术分析和总结
1. 关键技术
（1）遮挡剔除技术
遮挡剔除技术可在对象被其它物体遮挡,当前在相机中无法看到时,禁用对象渲染.在三维数据图形中此功能是不会自动开启的,遮挡剔除技术是利用虚拟相机构建潜在可见对象的层级视图,这些数据被各相机应用于整个场景区分确定可见和不可见物体.对于不可见对象不再对其进行渲染,以减少绘制调用频率,达到提高系统运行效率的目的.
（2）三维数据的逻辑管理
三维城市包含的三维空间信息类型较多,不同的信息类型根据其信息获取方式、影响表现效果的重要程度及其自身特点,需要采取不同的管理方式.
1） 数字地形模型（DEM） 和数字正射影像模型（DOM）可以采用同尺度的标准化网格划分,以网格图幅为粒度实施数据的网格化维护与管理；
2） 独立个体的三维模型（如建筑） 则不宜采用标准网格化划分,可以采用自然网格划分原则,即依据道路、河流等自然边界合理划分管理网格.
（3）LOD 技术
无论是地形还是模型场景的表现都需要解决实时的数据调度和显示问题, 在同等的硬件资源条件下,如何加速图形生成,在不影响表现效果的前提下首先需要解决复杂图形的简化问题.由于场景中不同模型的实体的空间位置不同, 人眼可识别的模型精细层度也会有差异,正确利用这种细致差异来简化显示模型及其纹理,可以加快数据调度、保障实时效果.多细节层次(LOD) 技术是当前三维图形加速应用的主要方法.
（4）三维空间数据调度
1）流模式加载：应用渐进式编码方式,融合先进的流技术,可以使三维模型文件快速、便捷的传输到网络上.
2）网格加载模式：由于城市三维空间数据量非常大,系统处理海量的数据非常困难,将海量的数据根据空间地理坐标按网格划分,系统只处理与视点相关的几个网格的数据,大大降低了系统的负荷,提高了三维场景加载、显示速度.
3）视点优先加载机制：优先加载与视点最近的三维数据,保证三维场景流畅运行.
2. 实施方向
（1）依据七级的三维模型数据编码体系,采用数据库扩展技术将三维模型数据库中的地理实体与二维平面数据库建立对应关系,设计二、三维数据一体化存储架构建设现状三维模型数据库及规划成果三维模型数据库,整合规划地形、现状用地及审批档案等二维数据库.
（2）三维空间数据高效的展示和分析.综合运用模型优化、纹理压缩、三维数据调度、缓存机制、网格数据加载和最近优先加载等技术,实现城市三维空间数据快速、平滑展示.通过设计二、三维一体化的空间分析算法引擎,为城市规划管理提供了缓冲区分析、叠加分析、网络分析、统计分析、通视分析、淹没分析、三维量算等分析工具,方便编制和规划方案审批进行信息查询.
（3）规划方案管理和数据更新机制.项目负责对规划业务整个生命周期进行管理,为规划前期研究—规划编制—规划实施管理—规划监督反馈,这一整个工作过程提供技术支持.通过建立三维数据更新机制,快速将方案三维模型数据和方案所在地方的现状三维数据更新到不同阶段的数据库中,以实现三维数据的限时更新.
3. 技术小结
（1）城市规划二三维数据一体化管理：系统集成多源数据,包括影像、基础地形图、规划专题数据和城市三维模型数据,基于二、三维数据一体化的存储设计思想,利用数据库管理技术,将多源的数据进行有效的扩展、关联,实现了城市规划二、三维数据管理一体化.
（2）海量数据三维可视化：将珠海市影像和数字高程模型进行分层、分块及压缩处理,然后通过网络进行发布；利用纹理压缩、模型分层、模型分块、LOD 技术将三维模型进行优化；通过流模式、网格加载模式对模型进行加载调度,多线程下载数据和渲染场景,动态的内存、显存管理,最近优先加载模式,给用户以流畅自如的视觉体验.
（3）基于三维报建的常态化应用机制：在建设工程规划方案审批阶段建立了规划方案三维报建机制,制定了三维报建数据规范,在办理建设工程规划设计方案审查时,根据要求提交符合数据规范的三维模型电子文件.同时,利用城市规划三维方案报建与验收过程实现城市三维数据动态更新入库,形成了一套灵活、长效的数据动态更新机制.H
系统分析论文范文结:
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