李晗

LI Han

1 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字城市的發(fā)展正在快速向智慧城市邁進。數(shù)字城市和智慧城市有很多區(qū)別，數(shù)字城市主要是通過多分辨率、多空間、多尺寸對城市進行更為立體地描述，讓城市的過去、現(xiàn)在和未來通過數(shù)字化的方式展現(xiàn)出來。而智慧城市則在數(shù)字城市的基礎(chǔ)上，通過互聯(lián)網(wǎng)和一系列智能應(yīng)用，讓用戶獲得更加全面的體驗，同時，在技術(shù)驅(qū)動下，讓城市的信息化特征更加凸顯。三維GIS技術(shù)在智慧城市方面的應(yīng)用能對城市的地理信息進行整合，讓城市的數(shù)字化布局得到更好地展現(xiàn)，推動城市發(fā)展。

2 智慧城市概述

將信息化技術(shù)應(yīng)用在城市各個行業(yè)中是一種更為高級的城市信息化形態(tài)，對加強城市管理、提高城市居民的生活水平都有重大意義。智慧城市概念提出之后，在信息技術(shù)的加持下，得到了快速發(fā)展，是信息時代城市發(fā)展的必然方向。在現(xiàn)代化信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，智慧城市通過先進的通信技術(shù)，能夠圍繞城市運行針對各種信息進行感知，對海量數(shù)據(jù)進行高效整合和處理，尤其在大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，城市公共安全、城市服務(wù)、居民日常生活和城市環(huán)境的管理都會顯著提升質(zhì)量，在多個方面為人們提供便利[1]。

3 三維GIS技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢

三維GIS技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用優(yōu)勢巨大，首先，三維GIS技術(shù)在信息承載和表達方面具有系統(tǒng)化、一體化的優(yōu)勢，尤其在數(shù)字地球理念提出之后，智慧城市在建設(shè)過程中將傳統(tǒng)形式的信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息變得更加高效[2]。傳統(tǒng)形式的信息大都以二維地理信息數(shù)據(jù)為主，而在二維地理信息的基礎(chǔ)上，加入GIS技術(shù)，就可以將二維信息變成三維，這樣大大提升了信息的承載量和表達效果。就這一優(yōu)勢而言，三維GIS技術(shù)為智慧城市的建設(shè)會提供更為強大的技術(shù)支持，在很大程度上提升了地理信息數(shù)據(jù)的精確性，讓智慧城市的建設(shè)和運行更加穩(wěn)定。其次，三維GIS技術(shù)的應(yīng)用還能借助其較高的可視化程度，通過三維建模來讓城市地理信息模型得到更好的建設(shè)，讓城市管理人員能夠在三維模型上對城市的狀況有更為直接的了解。同時，借助三維模型，管理者還能對各個地區(qū)的地貌特征、空間布局等有所掌握，對未來城市的建設(shè)和發(fā)展都會起到積極作用。

4 三維GIS技術(shù)在智慧城市中應(yīng)用的現(xiàn)存問題

4.1 對于智慧城市發(fā)展不夠重視

智慧城市是城市未來發(fā)展的必然趨勢，因為隨著信息技術(shù)的發(fā)展，城市的管理、運行都會借助信息技術(shù)提升效率和質(zhì)量，信息技術(shù)會讓城市的運行更加統(tǒng)一、協(xié)調(diào)，變得高效，甚至實現(xiàn)海量設(shè)備的互聯(lián)[3]。而在這種情況下，智慧城市會隨著科技的發(fā)展而更加成熟。但是，雖然我國信息技術(shù)水平快速提升，但是有些城市對信息技術(shù)支持下的智慧城市發(fā)展建設(shè)仍然不夠重視，沒有找到一條切實可行的智慧城市發(fā)展道路，在一定程度上影響了智慧城市的建設(shè)效果。城市管理人員對智慧城市這一概念理解的偏差也在一定程度上影響了智慧城市的發(fā)展，沒有為三維GIS技術(shù)的深入應(yīng)用創(chuàng)造有利條件，制約了智慧城市的發(fā)展進度。

4.2 對于GIS技術(shù)的應(yīng)用不夠純熟

三維GIS技術(shù)在建設(shè)城市三維模型方面有著無可取代的優(yōu)勢。有些城市在進行智慧城市建設(shè)的過程中，由于缺少專業(yè)技術(shù)人員，導致三維GIS技術(shù)的應(yīng)用不夠充分，達不到理想效果。不僅如此，缺少對于專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)也是一些城市在智慧城市發(fā)展方面比較突出的問題。

4.3 缺少城市傳統(tǒng)形式信息的儲備

要想讓三維GIS技術(shù)的應(yīng)用達到理想的水平，為城市管理和發(fā)展提供技術(shù)支持，城市需要有足夠多的傳統(tǒng)形式的信息，將這些信息進行三維模型的建立，才能取得更好的效果。但是，有些城市在傳統(tǒng)形式信息的儲備上不夠充分，在一定程度上影響了城市三維模型的建設(shè)效果。

5 三維GIS技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用

5.1 三維GIS空間數(shù)據(jù)庫模型

隨著互聯(lián)網(wǎng)＋時代的快速發(fā)展，智慧城市發(fā)展也需要為自動采集城市信息提供新的技術(shù)手段，并使這些信息通過遠程控制傳輸。傳統(tǒng)的三維空間數(shù)據(jù)模型難以提供一個城市完整的空間表達與管理解決方案，尤其是宏觀規(guī)劃管理跟微觀精細化管理之間的矛盾十分突出。利用三維GIS技術(shù)在地面數(shù)據(jù)模型上收集相關(guān)信息，通過三維GIS軟件進行轉(zhuǎn)換，以便滿足智慧城市建設(shè)所需數(shù)據(jù)模型。特別針對地上、地下和室內(nèi)、室外多粒度對象統(tǒng)一表達復(fù)雜技術(shù)應(yīng)用性與高效性難題，地上、地下和室內(nèi)、室外一體化表達的真三維GIS模型，刻畫了三維空間對象幾何、拓撲和語義的特征及其相互關(guān)系。統(tǒng)一的空間基準與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、多層次語義與拓撲關(guān)系，以及幾何與紋理的多細節(jié)層次表達等[4]。

在構(gòu)建三維空間數(shù)據(jù)模型的過程中，需要重點考慮參與建模數(shù)據(jù)的來源格式與分布特征、建模的對象特征形態(tài)與類型、建模的應(yīng)用目的與需要，以及模型操作功能的實現(xiàn)。三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立需要充分考慮實際的應(yīng)用要求，針對不同的應(yīng)用場景構(gòu)建相應(yīng)的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在建模過程中，需要實現(xiàn)矢量與柵格的結(jié)合，并確立面向?qū)ο蟮膽?yīng)用思想。面向?qū)ο蟮娜S空間數(shù)據(jù)模型需要明確四個基本的概念，即分類概念、概括概念、聯(lián)合概念以及聚集概念。

5.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市交通中的應(yīng)用

交通出行和人們的日常生活關(guān)系密切，如何通過信息技術(shù)為城市居民提供出行便利，充分利用交通資源，避免交通擁堵等一系列問題影響出行體驗，成為智慧城市需要解決的重點問題之一。在傳統(tǒng)城市道路管理模式中，由于多種因素的影響，有些城市總體管理水平不好，管理效率低下，交通堵塞等問題經(jīng)常發(fā)生，而且車輛擁堵還有可能引發(fā)交通事故，給人們的出行帶來非常顯著的影響。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可對整個城市交通的運行情況進行實時監(jiān)控和管理，確保城市交通有序、平穩(wěn)運行。

5.3 高性能三維GIS可視化系統(tǒng)

三維GIS數(shù)據(jù)的真實感可視化特別強調(diào)人機交互響應(yīng)的實時、低延遲和穩(wěn)定的圖像質(zhì)量和逼真的場景效果。但對整個城市范圍地上下和室內(nèi)外立體空間復(fù)雜場景來說，由于數(shù)據(jù)量大且粒度不均勻，難達到實時性和逼真性。特別是從室外到室內(nèi)，隨著精細度和逼真度的提高，圖形的實時繪制工作量顯著增加。場景的復(fù)雜性與實時繪制之間的矛盾一直是真實感可視化研究的核心難題。因此，三維GIS技術(shù)在智慧城市中的探究與應(yīng)用顯得非常重要，三維GIS可視化引擎充分利用計算機圖形學研究的最新成果，基于高效的三維空間數(shù)據(jù)組織管理和動態(tài)調(diào)度機制，實現(xiàn)了整個城市范圍三維空間數(shù)據(jù)的局部動態(tài)裝載與優(yōu)化，場景LOD自適應(yīng)計算，視域內(nèi)大量復(fù)雜物體的實時遮擋剔除，GPU、CPU協(xié)同的復(fù)雜三維場景實時繪制，滿足了從精細模型到大范圍景物多種不同復(fù)雜度場景的三維GIS實時可視化需要。

5.4 在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用

GIS技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，在城市公交系統(tǒng)監(jiān)控、居民區(qū)監(jiān)控方面也發(fā)揮著重要作用。應(yīng)用GIS技術(shù)之后，這些需要進行監(jiān)控的區(qū)域都可以更加精確地通過監(jiān)控來提升管理效果[5]。比如，在對居民區(qū)使用互聯(lián)網(wǎng)+GIS技術(shù)之后，居民區(qū)一旦發(fā)生異常情況，可以通過網(wǎng)絡(luò)及時將信號傳輸給相關(guān)部門，讓他們做出響應(yīng)，采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。除此以外，GIS在城市應(yīng)急聯(lián)動響應(yīng)方面也有著顯著的作用。比如，城市一旦因為突發(fā)情況需要進入緊急狀態(tài)時，可以借助網(wǎng)絡(luò)加GIS技術(shù)在短時間內(nèi)達到最快、最廣的廣播效果，讓城市居民都能做出緊急應(yīng)對。

6 結(jié)語

三維GIS技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，在推動智慧城市建設(shè)方面，作用尤其突顯。三維GIS技術(shù)不僅能將海量的城市地理信息進行三維建模，讓城市管理者對城市有更加全面的了解，還能為城市規(guī)劃、布局等提供參考，讓城市發(fā)展得到更好、更全面的掌控。三維GIS技術(shù)建立的模型能夠非常逼真地對城市現(xiàn)有建筑、開敞空間等進行還原，同時在輸入數(shù)據(jù)發(fā)生變化之后，模型也能得到快速調(diào)整，能夠大幅提升城市管理效率和質(zhì)量。不僅如此，在城市交通規(guī)劃、城市安全管理、城市地下管路管理等方面，GIS技術(shù)也能通過三維模型的展示，為相關(guān)人員提供巨大便利，達到傳統(tǒng)模式中難以達到的效果。在和互聯(lián)網(wǎng)進行聯(lián)合應(yīng)用之后，城市內(nèi)的多種子系統(tǒng)、平臺等都能得到更好地互聯(lián)，數(shù)據(jù)的互通更加高效，讓事件響應(yīng)更加及時，為城市管理提供了新的思路。