城市三維地理信息系統建設總體框架武漢市國土資源和規劃信息中心武漢市地理信息中心二○一○年十一月二日趙中元數字城市、數字區域經過十余年的發展，已從國家戰略和研究層面逐漸走向社會應用，在國民經濟和社會發展中發揮了重要作用，成為推動城市管理數字化、信息化、協同化、精細化、智能化的重要引擎。

隨著城市化進程特別是中國城市化進程的加快，城市土地資源日益緊缺，地上與地下空間的綜合和復合利用就顯得特別重要，城市功能組織及景觀要求以及城市交通和市政設施趨向立體化，城市的建設管理迫切需要實現從平面向立體轉變。

城市部件重點項目園林綠地地籍地政地下管線三維模型遙感影像……….城市三維地理信息系統管理的是城市三維地理數據，城市三維地理數據的數字表示核心是三維數字模型。

城市三維數字模型是將自然地形地貌、道路、建筑、市政管線以及重大基礎設施等城鄉自然和人文要素，通過劃分模型單元和管理對象，進行平面、高程、結構、紋理等數字化處理，按照統一坐標無縫拼接而成的可視化三維數字表達。

城市三維地理信息系統在真實表達城市三維空間要素的基礎上，通過增加時間維度和社會經濟等信息，構成融空間、時間和社會經濟信息為一體的網絡化多維數字城市信息平臺。1.目標設計2.建設內容3.系統建設框架與系統劃分

4.三維數據體系、模型分類與標準

5.三維數據模型與數據組織6.管理平臺及應用系統功能設計

7.系統運行模式和數據維護

8.總結與展望

報告主要內容城市三維地理信息系統空間范圍一般為城市行政轄區范圍，其總體目標是：

1.建立覆蓋市域范圍的多尺度三維數字模型數據庫

2.建立三維地理信息集成管理發布平臺

3.通過業務應用擴展，成為城市規劃、建設和運營管理的多維空間信息平臺。

4.

為社會提供多樣化的三維空間信息服務系統建設需要達到以下4個方面的目標要求：1．提供城市虛擬仿真數字化環境。三維地理信息系統融合了最新RS、GIS、VR、數據壓縮、計算機及網絡通信等多種高新技術，集成城市多源、多尺度、多時態三維空間信息，實現海量數據的動態交互式瀏覽、空間分析和模擬，提供真實城市物質空間環境的數字化模擬。2．支持網絡環境下的數據和軟件并發服務。基于網絡技術的三維地理信息系統，要提供對城市空間的多尺度的無縫管理，可以同時支持多種網絡環境下的在線數據和軟件服務。

3．成為城市管理的三維空間共享平臺。三維地理信息系統要利用全市域的宏觀地形地貌、河流水系等空間信息，利用城區和重點地區的空間骨架和城市形態等信息，利用街區、單體建筑、市政設施及景觀設施等詳細信息，建立一個開放式的空間協同信息系統，成為城市各種管理活動的三維數字空間共享平臺，城市行政管理部門及應用單位僅需要在此平臺上進行二次開發，即可滿足其業務管理研究需要。4．成為城市公共服務產品。三維地理信息系統利用其自身真三維模型的逼真表達、可視化分析和模擬等特點，在城市規劃、網格化管理、智能交通、應急指揮、防災減災、數字旅游、電子商務與小區管理等方面有著十分廣闊的應用，特別是在空間信息的社會化服務中，三維數字地圖要發揮不可替代性的作用。1.目標設計2.建設內容3.系統建設框架與系統劃分

4.三維數據體系、模型分類與標準

5.三維數據模型與數據組織6.管理平臺及應用系統功能設計

7.系統運行模式和數據維護

8.總結與展望

報告主要內容城市三維地理信息系統的主要任務是：

1.建立全市域多尺度三維模型數據庫框架模型基礎模型標準模型精細模型2.開發用于城市規劃、建設和運營管理的真三維空間信息平臺

3.建立好數據生產、管理與更新維護標準與機制集成管理平臺規劃審批三維決策支持系統1.目標設計2.建設內容3.系統建設框架與系統劃分

4.三維數據體系、模型分類與標準

5.三維數據模型與數據組織6.管理平臺及應用系統功能設計

7.系統運行模式和數據維護

8.總結與展望

報告主要內容3.1建設框架三維地理信息系統框架3.2系統劃分城市三維地理信息系統是一個數據內容豐富、應用面廣、多技術融合的大系統，按照數據采集處理、數據建庫、集成管理、軟件開發與應用4大塊來劃分，可將整個系統劃分為4個部分。1.數據生產與制作系統：包括衛星、航空遙感數據獲取及DEM、DOM生成，城市大比例尺地形圖和專題圖數據獲取，三維幾何和紋理數據采集，三維模型制作與數據優化等多源、多尺度、多時相數據的生產與制作處理。2.數據集成建庫系統：包括對二維平面數據、三維立體數據的數據庫管理。3.2系統劃分3.三維地理信息管理平臺：提供對二維平面數據、三維立體數據的集成化、無縫尺度的動態可視化調用、編輯、維護、更新等管理，提供基于WebServices的目錄、元數據、地址、信息查詢與分析等的功能接口。4.三維信息發布及專業應用系統：包括基于WEB技術的內網和互聯網三維信息發布瀏覽，以及各類專項應用等。數據生產與制作處理系統數據集成建庫系統三維地理信息管理平臺三維信息發布及專業應用系統系統劃分

1.目標設計2.建設內容3.系統建設框架與系統劃分

4.三維數據體系、模型分類與標準

5.三維數據模型與數據組織6.管理平臺及應用系統功能設計

7.系統運行模式和數據維護

8.總結與展望

報告主要內容按照城市規劃建設管理需要，按照要素內容和建模方法的不同，將城市三維要素分為以下六個部分：1.地形模型2.建筑模型3.交通設施模型4.管線模型5.植被模型6.其他模型

每一類建模物體按照三維模型建立和應用需求，包括幾何數據、紋理（材質）數據及屬性數據。4.1數據體系4.1數據體系1.地形：表示地面起伏形態及覆蓋情況。2.建筑：表示建筑的空間位置、幾何形態、外觀效果和室內布局等。3.道路交通設施：主要表達道路、橋梁、軌道交通及道路附屬設施的空間位置、幾何形態及外觀效果等。4.管線：表示管線的空間位置、走向、管線類型及附屬設施等。5.綠化：表示樹木的空間位置、分布、形態及種類等。6.其他：除地形、建（構）筑物、交通、管線和綠化模型以外的要素模型，如圍墻、城墻、欄桿等桓柵，路燈、電話亭、戶外健身器械、各類裝飾雕塑、消防水池、消防水塔等公共設施，以及其他獨立地物等。4.2三維模型分類模型類型LOD1LOD2LOD3LOD4地形模型DEMDEM+DOM高精度DEM+高精度DOM精細模型建筑模型體塊模型基礎模型標準模型精細模型交通設施模型道路中心線道路面道路面+附屬設施精細模型管線模型管線中心線管線體管線體+附屬設施精細模型植被模型通用符號基礎模型標準模型精細模型其他模型通用符號基礎模型標準模型精細模型4.3數據標準三維模型標準是三維地理信息系統建設的基礎，包括數據獲取與采集、數據處理、數據交換、元數據、屬性數據等內容，這里主要討論與三維數據有關的數據采集、模型數據制作、數據交換等標準的一些主要內容。4.3數據標準1.數據采集標準三維地理信息的原始數據包括：DEM、DOM（衛星影像、航空影像）、DLG（1:2000、1:500地形圖）、激光測量與掃描數據、建筑物底部輪廓數據、規劃圖紙，以及通過實地采集的照片、錄像等，這些數據是制作三維模型的基礎，要保證模型建造的正確性，必須從源頭保證數據的規范性。4.3數據標準2.數據處理與制作標準三維模型數據處理包括圖形數據處理與影像處理兩部分。原圖清除遮擋物透視矯正后地形模型的制作精度細節層次表現要求DEM格網尺寸DEM網格點高程精度DEM分辨率平地丘陵山地高山地LOD1反映地形起伏特征的模型10m×10m2.05.010.020.0無LOD2反映地形起伏特征和地表影像的模型5m×5m1.42.05.010.01.0mLOD3反映地形起伏特征、地表形態及其影像的模型2.5m×2.5m0.71.02.45.00.2mLOD4逼真反映地形起伏特征和地表形態的模型，宜以1:500、1:1000、1:2000等比例尺的地形圖、航空影像及實地采集數據為基礎，采用真實的地表鋪地紋理反映地表的質地、色彩、紋理等特征。4.3數據標準3.三維模型標準細節層次表現要求平面尺寸精度高度精度體塊模型根據建筑基底和建筑高度生成平頂柱狀模型建筑物基底宜以1:500、1:1000、1:2000等比例尺的地形圖建筑輪廓線為依據，不宜低于2m不宜低于3m，對于高層建筑的高度精度可放寬至5m基礎模型表現建模物屋頂及外輪廓的基本特征小于2m小于2m標準模型精確反映房屋屋頂及外輪廓的基本特征小于0.5m小于0.5m精細模型精確反映房屋屋頂及外輪廓的詳細特征小于0.2m小于0.2m建筑模型的制作精度4.3數據標準3.三維模型標準

體塊模型

基礎模型

標準模型精細模型三維模型的級別3）不同細節層次的交通設施模型的制作精度要求：①

道路中心線模型反映道路走向，宜利用城市道路中心線及其高程數據生成三維道路中心線

。②

道路面模型真實表現道路走向、路面起伏等情況，宜以1:500、1:1000、1:2000等比例尺的地形圖或數字正射影像圖為基準，構建道路面的三維幾何面

。4.3數據標準3.三維模型標準3）不同細節層次的交通設施模型的制作精度要求：③道路面及附屬設施模型基本反映道路的起伏、車道、隔離帶、照明、交通站點等，路面紋理和道路附屬設施可采用標準紋理和通用模型建立和表現

。④

精細模型包含道路模型以及交通附屬設施模型，應真實準確反映道路及附屬設施的結構、尺寸、質地、色彩等特征

。4.3數據標準3.三維模型標準4）不同細節層次的管線模型的制作精度要求：①

管線中心線應表現各類管線的走向及空間拓撲關系，應以管線普查和管線竣工測量數據為基礎建立

。②

管線體模型應表現各類管線走向、空間拓撲關系、管線口徑及埋深等，應根據管線類型、管線斷面尺寸等信息建立管線體模型

。4.3數據標準3.三維模型標準4）不同細節層次的管線模型的制作精度要求：③

管線體及附屬設施模型應表現各類管線的主從關系、連接及分流情況，附屬設施可采用通用模型

。④

精細管線模型應真實準確地反映各類管線的形態、結構、管線點、管網布設及附屬設施等，并宜增加模型的細膩度和質感

。4.3數據標準3.三維模型標準5）不同細節層次的綠化模型的制作精度要求：4.3數據標準3.三維模型標準基礎模型+=紋理幾何通用符號+=紋理幾何標準模型+=紋理幾何樹干樹枝4.3數據標準3.三維模型標準+=紋理幾何樹干樹葉+精細模型4.3數據標準3.三維模型標準6）不同細節層次的其他模型的制作精度要求：①

通用符號模型可使用通用模型表達模型的分布和特征。宜以1:500、1:1000、1:2000等比例尺的地形圖為基礎，反映其他模型物體的分布及主要特征，可采用通用的三維符號模型庫或紋理庫示意表現

。②

基礎模型應以實際測量數據為依據，結合真實的紋理圖片，宜采用單面片、十字交叉面片、多面片等方式表現建模物體的基本形態、樣式、高度、分布、位置及紋理特征，紋理宜采用簡單貼圖，高度精度不宜低于模型自身高度的20%

。4.3數據標準3.三維模型標準6）不同細節層次的其他模型的制作精度要求：③標準模型應根據實際測量的物體尺寸和外業采集的紋理信息精細建模，應真實、準確的反映物體的各部位幾何特征、樣式、高度、分布、位置、質地、色彩及紋理等，模型細部可根據實際情況進行取舍，取舍掉的細部結構可采用紋理進行輔助表現，紋理貼圖要求細節清晰，高度精度不宜低于模型自身高度的10%

。4.3數據標準3.三維模型標準6）不同細節層次的其他模型的制作精度要求：④精細模型應根據實際測量的物體尺寸和外業采集的紋理信息精細建模，應真實、準確的反映物體的各部位幾何特征、樣式、高度、分布、位置、質地、色彩及紋理等，模型細部可根據實際情況進行取舍，取舍掉的細部結構可采用紋理進行輔助表現，紋理貼圖要求細節清晰，高度精度不宜低于模型自身高度的5%。4.3數據標準3.三維模型標準

其他模型主要包括：城市雕塑、休息設施、衛生設施、信息設施、通信設施、娛樂休閑設施、游樂設施、城市照明設施等。城市三維模型數據交換格式的數據類型數據類型文件類型三維模型數據.3DS/FLT/OBJ/X/WRL/KML/DAE等紋理數據不帶Alpha通道.JPG/TIFF/PNG等帶Alpha通道.TGA/TIFF/PNG等動畫紋理.AVI/MPG等4.3數據標準4.數據交換標準4.3數據標準4.數據交換標準城市三維模型數據的交換可采用下列方法：1.直接數據交換，即把一個系統的數據進行格式轉換，寫成另一系統所需的格式；2.公共數據交換，采用標準的或公共的數據格式，將一個系統的數據進行格式轉換，寫成標準要求的格式；3.通過提供三維數據服務交換，制定統一的三維數據互操作規范，通過服務的方式提供數據讀取和操作等功能，實現數據交換。1.目標設計2.建設內容3.系統建設框架與系統劃分

4.三維數據體系、模型分類與標準5.三維數據模型與數據組織6.管理平臺及應用系統功能設計

7.系統運行模式和數據維護

8.總結與展望

報告主要內容5.1地形模型的數據組織地形模型的數據組織地形模型主要反映城市地形的起伏特征，是城市三維模型的基礎和載體，地形模型主要通過DEM和DOM生成。為滿足三維顯示的需要，在1:2000分幅數據的基礎上，建立柵格數據的金字塔結構，一般采用了四叉樹索引，每層數據在某一比例范圍內顯示。5.2三維模型的數據組織

三維模型數據的組織方法及分塊、分層、多細節層次之間的關系。

三維模型數據的組織區（縣）1三維場景區（縣）2區（縣）3…管理單元1管理單元2管理單元3…建模單元1建模單元2建模單元3建筑交通設施管線……建筑1建筑2建筑3…LOD1LOD2LOD3分塊分層LOD分對象5.3管線三維模型的數據組織管網三維模型的數據組織分為管線數據組織、管點數據組織、通用模型庫三部分。前兩類數據采用GIS的數據組織方式，按照給水、排水、電力、通信、燃氣、熱力、工業進行分層組織，通用模型庫采用三維模型庫。管線數據庫管點數據庫通用模型庫管線模型管點模型管網模型管網數據的組織及管網模型的生成1.目標設計2.建設內容3.系統建設框架與系統劃分

4.三維數據體系、模型分類與標準5.三維數據模型與數據組織6.管理平臺及應用系統功能設計

7.系統運行模式和數據維護

8.總結與展望

報告主要內容6.1管理平臺功能設計6.2規劃審批三維決策支持系統功能設計

規劃審批三維決策支持平臺的功能

1.目標設計2.建