引言

城市化进程加快以后，城市规划遭遇了越来越多的难点，传统的二维地理信息系统很难符合现代城市规划对空间信息全面，直观，准确的需求，三维地理信息系统（3DGIS）是一种新兴的技术手段，它具备很强的数据可视化能力和空间分析能力，给城市规划给予了全新的视野和解决办法，本文将会从技术优势，执行难点，关键技术和分析以及应用成果评价这些方面，针对三维地理信息系统在城市规划里的应用展开细致探究。

1技术优势

1.1数据可视化优势

三维地理信息系统最直观的优势就是它的可视化表现力，它不像传统的二维平面图纸那样，只能呈现平面图像，而三维系统可以创建出非常逼真的城市立体模型，把抽象的规划指标变成直观的空间形象，规划师可以用多种视角，各种比例尺的方式全方位观察城市空间关系，决策者仿佛置身其中感受规划方案的实际效果，公众参与时也更容易明白专业的规划内容，这种可视化不只是单纯地静止地展示出来，还可以做日照分析，视域分析等动态模拟，规划评估就从“纸上谈兵”变成了“身临其境”，而且更重要的是，三维可视化拆除了专业门槛，让不同领域的人可以在同一个空间认识下讨论。

1.2空间分析优势

三维地理信息系统把城市规划分析推进到新的层面，在竖向上，它能精准算出建筑的高度，层数，容积率等重要指标，做到地上地下空间的协同分析，水平方向，它可以模仿不同季节的日照阴影，风环境等微气候状况，时间方面，它还可以做城市生长模仿，交通流量预测之类的动态分析，这样全方位的空间分析能力，让规划者能够更为准确地评判规划方案对城市环境的影响，找出潜藏的问题，尤其是针对复杂地形区域，高密度建成区等特别情况，三维空间分析可以显示出二维系统找不到的空间矛盾，给科学决策给予有力支撑。

2实施挑战

2.1数据获取与更新难题

三维地理信息系统建设和应用碰上严峻的数据难题，数据采集要综合采用航空摄影，激光雷达，倾斜摄影等技术手段，成本高，周期长；数据处理包含海量数据的清洗，融合和建模，技术要求繁杂；数据更新维持更要形成常态化机制，保证模型同实际情形同步，特别对发展迅速的城市地区来说，怎样让三维模型保持现势性成了难题，而且，不同部门的数据标准不统一，格式不兼容，也给数据整合造成麻烦，这些数据问题不解决，系统就很难发挥出应有的作用。

2.2系统建设成本问题

想要构建起完备的三维地理信息系统，就要付出高昂的代价，硬件层面，要配备性能优良的图形工作站以及大容量的存储设备，软件层面，专业的三维GIS平台价格不菲，数据制作层面，城市级别的三维建模常常需要花费上千万元的经费，系统维护层面，还要有持续的更新费用。许多中小城市面对如此投入，压力倍增，而且投入产出比难以衡量，于是有些地方政府就对系统创建采取观望态度，怎样在有限的资金下创建起实用又够用的系统，这成了不得不面对的难题。

2.3专业人才短缺困境

三维地理信息系统应用碰上人才瓶颈，一方面，既懂城市规划又通晓三维GIS技术的复合型人才缺乏，另一方面，既有规划人员对新技术接受程度有差异，使用能力参差不齐，系统操作涉及空间分析，模型创建，参数设置等专业技能，学习曲线比较陡峭，在基层规划部门，“重建设轻应用”现象常见，昂贵的系统成了摆设。而且，高校培养体系与实务需求不匹配，人才培养需时日长，这种人才短板极大限制了系统的深入应用和效益发挥。

3关键技术分析

3.1数据采集与处理技术

数据采集技术的飞速发展给三维GIS应用的深入发展形成了稳固的基础，机载激光雷达(LiDAR)技术有着较高的测距精度，可以快速得到大范围地域的地形数据，给三维地形模型的创建赋予了精准的数据支撑，倾斜摄影测量技术通过从不同角度拍摄目标地区，可以形成逼真又细致的城市三维模型，极大地改善了模型的视觉效果和实用程度，移动测量系统长于搜集街道层面的精细数据，包含道路，建筑物立面以及各种城市设施的详细情况。

数据处理环节，点云处理算法的应用明显优化了数据处理效率，可以高效地把采集到的点云数据进行分类，准确地区分出地面，建筑物，植被等地物类型，给后面的模型创建赋予了清楚的数据根基，自动化建模技术的采用，很大程度上提升了三维模型的生产速度，削减了人工干预，缩减了生产开支，语义化建模方法给三维模型增添了诸多属性信息，让模型不但有几何形态，而且包含各种语义数据，像建筑物的用途，材料等等，极大地改善了模型的应用价值。

这些技术不断革新与应用，正促使城市三维建模由传统的、成本高昂的手工作业模式，慢慢过渡到高效、智能的自动化生产流程，这既明显改进了建模的效率和精确度，又给三维GIS系统的大范围应用给予了数据方面的有力保证，从而使得三维GIS技术在城市规划，应急处理，智能交通等诸多领域得以应用，进一步加快了智慧城市的创建进程。

3.2三维可视化技术

三维可视化技术从简单的几何图形展示发展到现在可以渲染出高度真实的场景，实时光照渲染技术可以模拟不同时间段的自然光，使得场景更加真实生动，粒子系统能够表现雨雪等天气，使得场景更加丰富多样，LOD技术实现城市宏观到建筑微观的无限缩放，用户可以自由观察不同尺度的场景，VR技术提供沉浸式体验环境，使用户仿佛置身其中。这些技术的进步提升了视觉效果，而且最重要的是它支撑起规划方案的多种角度评判，像调整建筑的高度和密度，就能明显看出天际线的改变，改变材质设定，就能考察建筑立面的效果，三维可视化技术不再只是简单的表现手段，而是变成十分重要的分析工具。

3.3空间分析与模拟技术

三维空间分析技术正不断突破其应用边界，深入到城市规划和建设的各个方面，空间句法分析是一种重要的手段，它可以对城市空间的连接性和渗透性进行量化分析，揭示不同区域之间的可达性和互动关系，可视域分析则借助模拟从某个视点看到的景观效果，帮助设计师和规划师改进视觉体验，提升城市景观的美观程度和实用性，日照分析技术可以准确地计算出建筑物的阴影范围和日照时间，给建筑设计赋予科学依据，保证建筑环境既舒服又节能，风场模拟技术能预估建筑群对局部微气候产生的影响，评判通风状况和空气流动情形，改善城市环境质量给予强有力的支持。这些先进的三维空间分析技术把传统的定性判断变成准确的定量评价，从而极大地提升了城市规划决策的科学性和精准度。

特别是在这些技术与时间维度的动态模拟相结合的情况下，这种技术的应用价值被进一步地放大了，例如通过模拟交通流量的变换，规划者就能够提前预知各个时间段的交通堵塞状况，并提前拟定出疏通对策；而针对人口密度分布变化的动态模拟又可以使规划者合理分配各项公共设施和生活服务资源，在满足居民日常生活需求的同时，也可以帮助他们更全面、更及时地了解城市发展过程中的各种情况和面临的各类问题，并提前做好充分的准备去解决这些问题，保障城市发展可持续化，更加适宜人们居住发展。

3.4三维GIS的集成与交互技术研究

三维地理信息系统在城市规划中的深度运用，离不开高效集成与交互技术，系统集成技术保证了不同来源、不同类型数据的融合，地形数据、建筑模型、交通网络、公共设施等多维度信息被整合在一起，统一的数据标准和接口协议让跨平台、跨系统的共享与协作成为可能，为城市规划赋予了全面、精确的信息根基，在交互技术层面，三维地理信息系统重视用户的体验感受，直观的操作界面，方便的交互工具，使规划师、决策者以及公众都能轻易上手，迅速掌握系统操作，借助触控、语音、手势等多种交互手段，用户可在三维空间里随意漫步、放大缩小、转动旋转，深入探究城市空间的每一个角落。而且，系统还具备标注，测量，分析等交互功能，利于用户执行方案比较，问题诊断并加以改善，集成与交互技术还推动城市规划过程中各方交流协作，规划师，工程师，政策制定者以及民众可以通过三维地理信息系统展开即时在线交流，一同查看规划方案，给出改进意见，依靠共同的空间认识开展交流，从而防止信息误会和传递差错，提升规划决策的速度和品质。

4三维地理信息系统在城市规划中的应用效果评估

4.1提高城市规划效率的效果

三维地理信息系统在规划编制与管理过程中起到明显的改善效果，在方案比选环节，它可快速创建出很多备选方案的三维模型，这个功能很大程度上缩减了以往手工创建模型所花的时间，规划人员可以更加高效地对不同方案展开比较并加以挑选，系统内设的建模工具加上自动化流程使得原先要花费数天甚至数周才能完成的模型制作任务，如今只需要几个小时就能搞定，工作速率得到了极大提升。

评审环节里，三维可视化技术的使用让参与各方能直接明白并评价方案内容，无论是规划师，设计师还是决策者，都能借助三维模型清楚地看到方案的立体样子，建筑物的形状，空间布置还有和周围环境的联系等等，这种直接的展示方式很好地减少了交流时出现的误会和歧义，缩减了交流的成本，使得评审变得更为流畅和高效。

进入了审批阶段，这时系统集成的指标核算功能就体现出来其重要的作用，它能够自动算出容积率，建筑密度，绿地率等重要规划数值，避免了人工去计算的时候产生误差或者做无谓的努力，不但使得数据变得更准确，而且节约了许多时间和人工，审批变得更快，更可信。

4.2提升城市规划质量的效果

三维技术的大范围使用，给城市规划的质量带来了革命性的改变，实现了从未有过的质的飞跃，在科学性方面，三维空间分析的出现，就像一把锋利的解剖刀，深入剖析了一些传统二维规划手段无法察觉的隐性问题，比如建筑之间距离太近导致的日照遮挡现象，高层建筑对城市通风廊道形成的阻断效果，这些过去容易被忽略的小事，现在在三维技术的精确分析下无处藏身。

在精细度方面，由于有先进的三维系统作为支撑，城市规划可以在许多尺度上进行细致的设计工作，无论是从大的城市总体布局方面考虑，还是从小的建筑细节方面考虑，都可以做到精准地把控，保证了规划方案从宏观层面到微观层面都能保持一致，使规划设计的精细度和准确性得到了很大地提升。

从协调性上来说，三维模型有着很强的整合能力，它把地上和地下，室内和室外这些不同的东西有机地整合到一起，形成一个全方位的立体城市模型，这样整合既防止了不同专业之间出现矛盾和遗漏，又推动各个专业相互协作，给城市规划的协调性给予了保障。

可持续性方面，三维技术的应用更是给低碳城市规划赋予了很强的量化根基，通过微气候模拟，能耗分析这些先进办法，规划者就能科学地评判建筑和区域的能源耗费状况，进而给制订节能减排策略给予精确的数据支撑，有效地推进了城市的绿色可持续发展。

4.3增强城市规划公众参与度的效果

三维地理信息系统凭借其直观的可视化界面以及众多的互动功能，极大地加强了城市规划过程中公众参与的深度，在传统的城市规划模式之下，规划方案的拟定与讨论往往只是局限于专业人士的小圈子内，寻常百姓很难有机会加入其中，如此一来规划方案就很难真正体现民众的实际需求与愿望，从而引发规划同实际需求之间的矛盾，但是三维地理信息系统出现以后这种情况被完全改变过来，它给予了一个易于理解且便于操作的平台，使得广大民众能够以直观的方式知晓规划方案的细节及其影响。

依靠三维地理信息系统的强大性能，公众既能清楚地看到规划地区的立体模型及各项规划内容，又可利用系统的互动功能，像虚拟漫游，场景转换，数据查询之类的操作，全面感受到规划方案的实际效果，并且，大众可以轻松地把自己想说的意见和想法体现出来，从而参与到规划方案的修正完善过程当中来，在这种开放式的互动环境中，政府，规划师同大众之间形成良好互动的良好态势。

通过这般参与力度大幅上升之后，城市规划的民主化和透明度获得了很大程度的提升，民众的声音与需求被给予了充分的关注与回应，在这样的一种环境下规划出来的方案，自然就会愈加接近普通百姓的真实需求，并且具备着较高的科学合理性以及可行性，最后来说，这种多方位参与、相互协作的规划模式不仅提升了规划案本身的质量还有公众满意率，并且规划案的执行效果也被大大改进，整个城市的发展得以朝着可持续性方向稳健前行。

4.4提升城市规划决策的科学与民主水平

三维地理信息系统把多种来源的数据集合起来，给予十分精准的三维模型，并且拥有很强的空间分析功能，给城市规划决策给予了很扎实的科学依照，决策者依靠系统的深入剖析成果，全方位地考量城市空间形态是否合理，环境质量好坏，交通状况是否顺畅等很多方面繁杂的因素，制订出更科学，更合理的城市规划方案，而且，这个系统具有可视化功能，规划方案能够直观，容易理解地表现出来，极大地方便了决策者向大众细致讲述并大力宣传规划理念和目的，有效地加强了规划方案在大众心中的接纳程度和认同度。该系统还具有互动的功能，决策者可以利用这个功能，广泛地收集和听取公众的意见和建议，使规划方案更符合民众的需求和期望，有力地促进规划决策的民主化，实现城市规划与民众的良性互动。

结语

三维地理信息系统技术不断发展并得到应用之后，在城市规划领域体现出非常大的可能性和重要价值，借助数据采集与处理，三维可视化，空间分析与模拟，系统集成与交互这四大关键环节持续开展新技术革新以后，城市规划的工作效率和整体质量被明显改善，而且民众参与到规划事务里的程度也被强化，使得规划决策更具备科学性，民主性等特点，如此一来这些先进的信息技术不但成为城市规划师的有力助手，并且还支撑起了城市可持续发展的前景以及智慧城市的创建进程得以推进，往后由于技术继续向前迈进，三维地理信息系统的使用对城市规划领域的帮助作用将会愈发明显，我们就有机会塑造出更为舒适，持久适宜人们生活的环境。

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