数字城市空间框架三维模型构建与应用研究.pdf
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1、 高质量发展专栏完善城市信息模型,构建城市大脑 赋能城市治理现代化 数字城市空间框架三维模型构建与应用研究王树魁1,王睿祺2,来兰梅1,崔蓓3,毛燕翎3,张喜梅4(1.商丘师范学院;2.南京市鼓楼实验中学;3.南京市国土资源信息中心;4.安徽省特殊教育中专学校)【摘要】城市信息模型已成为智慧城市数智化治理的重要数字基础设施,城市三维模型是城市信息模型的空间框架。文章针对城市三维精细模型生产成本高、难维护的问题,以南京为例,充分利用现有数据资源,根据智慧城市治理不同应用场景的需要,尝试将城市三维数字框架模型分为基础模型、精工模型、功能模型、管控模型和方案模型等5类,系统地构建了城市空间框架三维数
2、字底板,分别阐述各类模型的数据治理、模型构建和成果应用,为城市信息模型建设探索路径,助推城市治理数智化转型和高质量发展。【关键词】智慧城市;城市信息模型;地理信息系统;数据治理;参数化建模【基金项目】2019年工业互联网创新发展工程,项目编号:TC19083WA;住房和城乡建设部科技计划项目,项目编号:2020-S-034中图分类号:P208 DOI:10.13655/ki.ibci.2024.03.001Research on Construction and Application of Three-dimensional Modelling about Spatial Framework
3、 of Digital CityWANG Shu-kui1,WANG Rui-qi2,LAI Lan-mei1,CUI Bei3,MAO Yan-ling3,ZHANG Xi-mei4(1.Shangqiu Normal University;2.Nanjing Gulou Experimental Middle School;3.Nanjing Land Resources Information Center;4.Anhui Vocational School of Special Education)【Abstract】City Information Modelling(CIM)has
4、 become an important digital infrastructure for digital and intelligent governance of the smart city.Three-dimensional(3D)city model is the spatial framework of City Information Modelling.Aiming at the problem of high production cost and difficult maintenance of 3D refined model of the city,and taki
5、ng Nanjing as an example,this paper makes full use of the existing data resources and attempts to divide 3D city digital framework model into five categories including basic model,fine model,functional model,management model and scheme model according to requirements of different application scenari
6、os of the smart city governance.The 3D digital base plate of the urban spatial framework is systematically constructed and the data governance,model building and application of the achievements of various models are respectively expounded,so as to explore the path for the construction of urban infor
7、mation model,and promote the digital intelligent transformation and high-quality development of urban governance.【Keywords】smart city;CIM;GIS;data governance;parametric modelling1 引言近年来,国家在战略层面提出了数字中国、实景三维中国、城市信息模型平台、新基建等一系列重点工作任务,成为新型智慧城市建设的重要抓手,建设成果形成了城市治理的数字基础设施。国内很多城市也在尝试通过对城市立体空间、建筑物和基础设施等要素的物理
8、和功能特性进行三维数字化模型表达,构建三维数字空间的城市信息有机综合体1,作为新型智慧城市的数字化空间载体,接入实时动态物联网信息,通过虚实精准影射、相互联动,模拟城市规划、建设、管理、运营等复杂系统工作,在虚拟世界试验验证,在真实世界推广执行。该工作在推进城市治理体系和治理能力现代化中具有重要意义。2 现状分析城市管理的众多决策应用场景,需要三维数据模型的科学支撑。城市空间三维数字模型根据表达精度,可分为框架模型和精细模型。在实景三维等工程实践中,常常采用人工建模、倾斜摄影、激光扫描或BIM翻模等数据生产方式,经过长期的投入,积累海量的高精度数据资产应用于城市治理,提升了城市精细科学的管理水
9、平。同时,也逐渐暴露出精细模型的建模成本高、维护难等一系列问题。一般城市的三维精细模型每平方公里的建设成本为5万元左右,地形比较复杂,每平方公里的成本高达10万元以上;且不同的生产方式生成的数据格式不同,有三维矢量、点云、三角面片等,难以相互转换和集6 高质量发展专栏完善城市信息模型,构建城市大脑 赋能城市治理现代化 成融合;精细模型数据量巨大,使用普通网络和计算机难以流畅调度渲染。因此,不少团队另辟蹊径,开展了快速构建城市三维空间框架模型的技术方法研究与尝试,比如白畯文等采用自动化、参数化方法快速构建城市级三维GIS场景2,杨文婧开展大区域三维建筑白模建设及关键技术研究3等,为城市大范围全覆
10、盖的三维建筑单体简模的建设探索技术线路,降低了数据生产成本和维护难度,能满足大部分应用场景的需求。城市是一个多元综合的复杂系统,本文以南京为例,将基于不同数据和不同技术线路生成的数字城市空间框架模型进行系统研究,构建数据体系,建立一套城市三维框架模型数据库,作为新型智慧城市信息协同的空间数字底板,在降低成本和提高效益的同时,满足智慧城市治理中不同应用场景对三维数字模型的多样化需求。3 城市空间框架模型体系城市空间框架模型的生产可基于城市既有的测绘4D产品数据成果,并深入挖掘数据的应用价值,结合实际应用场景的需要研究数据治理的路线和标准,再利用GIS软件批量驱动生产大规模的城市建筑、道路、水体等
11、信息模型。其利用既有的数据资源,投入成本不到精细模型的十分之一,数据结构和存储格式规范统一,数据容易组织形成体系,能兼顾在空间分析和可视化渲染等方面的数据传输效率和显示效果,作为城市治理的空间可视化载体,可满足不同尺度场景下城市空间形态发展研究模拟、管控分析预警和城市运营管理等应用需要。南京面向城市规划、自然资源管理和智慧城市等城市建设发展管理的需要,先后经历了城市三维公共服务平台、城市设计成果建库与管理 4、CIM平台等技术研究与管理应用总结,针对不同应用场景,将城市三维框架模型系统地分为基础模型、精工模型、功能模型、管控模型和方案模型等5类(见表1)。城市空间框架模型在智慧城市建设和运营中
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