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三维 GIS以何优势来助力智慧城市的建设?

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2019-04-08


三维 GIS 技术是在 GIS 的基础上,将二维地图转换为三维地图的一种技术。该技术拥有GIS技术的地图功能,还能更加明显的,更加具体的体现现场的实际情况,给人们展现了一个全方位的地图结构。

 

一、三维 GIS 的关键技术

1、真三维 GIS 数据模拟

三维 GIS 的基础一般是三维空间数据模型,该模型在很大程度上也决定了三维 GIS 系统能力。传统的三维空间数据模型是针对特定领域和专业来建设的,像地质模型,矿山模型等等。这些模型的缺点是数据单一,无法表达多源异构数据等,所以就使得三维GIS技术在实际应用上效率很低。

 

故而,传统的三维 GIS 技术已然无法满足日常所需了,但真三维 GIS 技术,就针对这些问题统一了空间的基准和数据结构,以及多层次的语义和拓朴关系,实现了建筑道路等设施及其部件级别的物理性能和功能语义的转换,进而达到了室内室外定位的无缝转接,从而达到了将复杂三维地理环境划分为三个层次,即地形表面层次,地上下立体空间层次和建筑物三维内部空间层次。

 

其具体内容为:

1)以 2.5D 的地表空间管理形式展现地形表面的层次,并且确保整个区域的地形表面空间层次都是合理的空间划分。

2)三维空间,在基于基本的立体层次的情况下,决定了地上下的立体层次,进而化抽象为图像,简单直观的展现了三维空间层面的对象精准表达。

3)结合建筑结构的语义关系,进一步详细划分内部空间层次,进而确定建筑物三维内部空间层次,从而建立完整的三维内部空间。

 

2、精确高效的三维 GIS 集成建模

2010 年,“城市三维建模技术规范”被国家住房和城乡建设部颁布了,不仅在城市规划设计方面要求做到统一,还在管理等方面提出了新的要求。在 2012 年,三维模型的数据生产、产品以及数据库被国家测绘地理信息局面向基础地理信息颁布了,进而模型的类型、内容以及模型数据的采集制作等内容得到确定。

 

近几年来,随着一大批高新技术在进度和速度方面得到了飞速提高,研究的对象大多是地和物的三维自动重建,再根据相关的分辨率、进度等,已使得可供选择的方案变多,再加上获取技术的成熟与规范,使得三维 GIS 在进行普及时有了保障。但是,由于各个地区的环境不同,三维建模技术的方式方法也是各不一样的,需要根据现有的地图,或高分辨率的影像进行自动建模,另一方面,再结合人工交互式的建模方式,集成建模已经成为日后发展的新方向。

 

3、大规模三维 GIS 数据的高效组织管理模式

目前,大量的二维 GIS 数据的地形景观数据的组织管理技术已经很成熟且高效,在很大程度上促进了虚拟地球的应用服务性。然而,三维 GIS 仍然存在难题,比如,如何高效的一体化的组织和管理复杂不均匀的地上地下室内室外的三维空间模型数据。

 

三维 GIS 数据在高效组织管理上的难题从两个方面来说:一是由于三维 GIS 数据太过庞大且抽象形状各异,甚至空间分布稀疏不均匀,进而导致了数据动态存取难的问题。另一方面,在三维空间数据分析和实时可视化的应用过程中,其应用过程越来越复杂,进而导致了空间数据操作的难题。

 

4、高性能三维可视化分析

对于普罗大众而言,其可视化主要表现出的就应该是平滑流畅、逼真高效,这实则也是三维 GIS 的一项基本。在实际情况中,三维 GIS 和二维 GIS 的明显区别就在于真实感的不同,三维 GIS更有身临其境的感觉,在某种程度上来说,这也就很好的促进三维 GIS 技术的应用。

 

同时,在人机交互响应时,低延迟和稳定的图像质量方面也到了强调,从而构建出了更加逼真的场景效果。然而,在整个城市范围内,地上下,室内外,就立体空间的复杂场景来说,其大量的数据以及不均匀的数据,还是导致了三维 GIS 技术很难达到预期的效果。其中,尤其是但从室外进入室内,随着精细度的不断提高,其数据也量也会不断增加,进而这也就导致了图像实时绘制工作量的增加。

 

二、实时三维 GIS 在智慧城市中的作用

所谓智慧,主要指的是人对某种行为和事件的认识,并对某些其他人、物、事的联系性认识。而所谓智慧城市,即知道的信息越多而越聪明。其中,这些信息是与人的智慧有所不同的,而又是密不可分的。其主要包括人、物、事,但这些信息是可计算,可推理的,甚至可以全息感知。在物联网和传感网等承载下,城市运行又急切需要一个可以真实感强的实时三维 GIS,进而,实时三维 GIS 自然而然的就成了新一代 GIS 的标志。

 

近年来,新一代的 GIS 已经慢慢的向着 VGE 的方向发展了,而在 VGE 中,现实世界中的动态信息获取,处理和共享已然成了一个活跃的信息链路,不仅将数字世界与现实世界进行了紧密联系,还给人们提供一个与真实生活不可分割的工作空间。其中,这里空间主要有历史、未来和现实的集合数据环境,在动态数据的作用下,全程可以控制的地理过程建模和仿真环境等。

 

众览上文,就智慧城市而言,是将智慧城市和真实城市环境以及虚拟城市环境融合协同的一种方式,而三维 GIS 则作为纽带,提供了技术方法的支撑,日前也正成为国家政府,人们群众关注的焦点。但是,目前的三维 GIS 技术在实际应用中仍然面临着巨大的挑战,为了更加有效的支撑智慧城市的建设和城市安全,就需要着重对三维 GIS 的数据模型,数据结构,数据组织和数据管理,可视化空间等方面提出新的概念框架,并寻找更有效的改进方法和学习更加先进有效的技术,从而实现智慧城市的建设。

 

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