到了今天，三維城市，已經(jīng)是智慧城市建設(shè)過(guò)程中不可或缺的部分，我們期望通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)感知現(xiàn)在，通過(guò)真三維空間的模擬預(yù)測(cè)未來(lái)。

　　三維城市在智慧城市建設(shè)中遇到的瓶頸

　　三維城市這個(gè)概念，人們探討了十年，在若干年前就有了諸如日照分析、水淹分析、洪水模擬、噪音傳播分析等各類應(yīng)用?？墒牵谐鞘屑?jí)別的三維應(yīng)用只應(yīng)用于規(guī)劃展示，就連最簡(jiǎn)單的光照分析，分析一個(gè)新建建筑對(duì)周邊建筑的遮光影響，也沒(méi)有應(yīng)用到規(guī)劃決策上，為什么呢?

　　原因很簡(jiǎn)單，現(xiàn)在的城市級(jí)別的三維建模，缺少了兩個(gè)最核心的東西：精度與效率。所有應(yīng)用過(guò)度偏向了美觀。

　　現(xiàn)階段建設(shè)的三維城市，看上去非常逼真，與你生活的城市一模一樣，商店、告示牌、斑馬線、屋內(nèi)的窗簾，都是那么逼真。但是，當(dāng)你拿著尺子去量測(cè)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)實(shí)中這棟樓高是168米，而模型中數(shù)據(jù)差異巨大。沒(méi)有精度，在一個(gè)錯(cuò)誤模型基礎(chǔ)上分析出的數(shù)據(jù)，如何作為決策依據(jù)?

　　目前主流采用的城市三維技術(shù)主要是人工建模與傾斜攝影建模。但這兩種方式以現(xiàn)階段的技術(shù)水平，都無(wú)法解決模型應(yīng)用中所需要的精度、效率、單體化矢量化等各方面的問(wèn)題。

　　人工建模，只要有足夠的時(shí)間與人才，我們可以將一個(gè)建筑描繪得無(wú)比逼真，只要想想電影特效，就能知道人工建模有多么精美，而人工建模的缺點(diǎn)是效率太低、費(fèi)用太貴，且地理空間的絕對(duì)精度太差。在城市級(jí)別的三維模型建立上，若單純采用人工建模，三年也未必能建好一座城市。

　　傾斜攝影技術(shù)極大的提高了建模效率，采用傾斜攝影技術(shù)可以節(jié)省掉大量的人工工作。其數(shù)據(jù)處理有了較高的自動(dòng)化，但是自動(dòng)生成的三維模型為三角網(wǎng)模型，在三角網(wǎng)基礎(chǔ)上很難進(jìn)行自動(dòng)單體化與矢量化，而三角網(wǎng)模型存在模型數(shù)據(jù)大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題，在三角網(wǎng)模型上進(jìn)行的三維分析(比如微環(huán)境分析、流體動(dòng)力學(xué)分析)所產(chǎn)生的運(yùn)算量巨大到極難實(shí)現(xiàn)。

　　因此，目前大部分的傾斜三角網(wǎng)模型都需要進(jìn)行后續(xù)的單體化、矢量化的操作，而這一步驟將耗費(fèi)掉大量的人力與時(shí)間。

　　建設(shè)一個(gè)500平方公里城市的矢量化單體化三維場(chǎng)景，快輒半年一年，慢輒兩年三年，等模型建好，城市也變了。在應(yīng)急、土方等小面積范圍內(nèi)，傾斜攝影技術(shù)有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是城市級(jí)別的管理應(yīng)用，不談精度問(wèn)題，單單是時(shí)效性，就很難滿足城市管理應(yīng)用要求。

　　以激光雷達(dá)為主的三維城市特點(diǎn)

　　傾斜攝影有著天然的缺陷，激光雷達(dá)也不是什么問(wèn)題都可以解決，通過(guò)激光雷達(dá)為主、傾斜攝影為輔生成的三維城市，有幾個(gè)特點(diǎn)：

　　1.高精度

　　城市模型可以達(dá)到高度精度10cm級(jí)別，在南方山區(qū)植被茂密的區(qū)域，建筑高度精度也能輕松達(dá)到30cm以內(nèi)。

　　2.高效率

　　數(shù)據(jù)采集完成后到模型生成，以1000平方公里計(jì)算，不會(huì)超過(guò)一個(gè)月(白模)。輔助上激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集可以夜間進(jìn)行，夜間可申請(qǐng)航線更容易且時(shí)間更長(zhǎng)，且不受天氣影像，多云多霧一樣可以采集。因此，無(wú)論是激光點(diǎn)云的數(shù)據(jù)采集，還是建模速度，都將比常規(guī)方法大大提高。

　　3.單體化、矢量化、可量測(cè)

　　所有模型自生成之日起就是單體化可量測(cè)的矢量模型，無(wú)需人工二次描邊。要知道一個(gè)城市的模型好不好，需要去掉色彩，單純觀看模型結(jié)構(gòu)線，因?yàn)樯实拿烙^會(huì)隱藏掉很多不足的地方。

　　4.低成本

　　任何項(xiàng)目任何技術(shù)的推廣應(yīng)用，成本是最重要、最核心的要素之一。

　　采用激光雷達(dá)技術(shù)，生產(chǎn)矢量化、單體化的三維城市模型，其數(shù)據(jù)采集成本與矢量化三維城市模型生產(chǎn)成本，都會(huì)低于傳統(tǒng)人工方式與傾斜方式。

　　5.數(shù)據(jù)衍生價(jià)值

　　若采用單純的人工建?；蛘邇A斜攝影建模，拋開(kāi)模型本身精度、單體化等問(wèn)題不談，花了100塊錢，建立好的三維模型，僅僅只有一套成果。而采用了激光雷達(dá)為主的三維建模方式，建立好三維城市以后，拋開(kāi)三維城市，激光雷達(dá)本身的原始數(shù)據(jù)，激光點(diǎn)云，還可以廣泛的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、電力、交通、國(guó)土、規(guī)劃、地質(zhì)、水利等多個(gè)行業(yè)。

　　高精度三維城市的應(yīng)用

　　無(wú)論通過(guò)什么方式，只要滿足了高精度、矢量化、單體化、可量測(cè)、高效率這些特點(diǎn)的三維城市，會(huì)有什么用處呢?

　　一、可視化

　　可視化是三維城市最基本的應(yīng)用，用于規(guī)劃展示、方案報(bào)批、政府宣傳、城市形象設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。

　　二、城市風(fēng)道模擬、風(fēng)壓分析

　　通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)采集到城市各個(gè)位置的風(fēng)向風(fēng)力等參數(shù)，在真三維模型中可以模擬颶風(fēng)穿過(guò)城市的衰減過(guò)程，及分析每個(gè)建筑面所承受的風(fēng)壓等參數(shù)。

　　這個(gè)應(yīng)用可在城市規(guī)劃建設(shè)時(shí)對(duì)新建建筑預(yù)先進(jìn)行風(fēng)道分析，來(lái)模擬新建建筑對(duì)城市空氣流通是否起到了促進(jìn)作用，為霧霾防治提供支持。

　　同時(shí)也可在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)分析危險(xiǎn)建筑，對(duì)承受風(fēng)壓過(guò)強(qiáng)的建筑進(jìn)行提前防范，同時(shí)可以在真三維模型中進(jìn)行微環(huán)境模擬，為雨島分析、熱導(dǎo)分析等提供應(yīng)用支持。

　　三、污染物擴(kuò)散分析

　　采用國(guó)際主流的流體動(dòng)力學(xué)軟件在三維模型中進(jìn)行分析，模擬出不同的有害氣體在三維城市中的擴(kuò)散路徑，分析結(jié)果以動(dòng)態(tài)的方式可視化顯示在三維平臺(tái)上。這個(gè)應(yīng)用只能為城市安防應(yīng)急提供參考，而不能作為單一的決策依據(jù)。因?yàn)榱黧w動(dòng)力學(xué)分析也是世界級(jí)的難題，其分析結(jié)果無(wú)法達(dá)到百分百的準(zhǔn)確度。

　　四、光線通視分析

　　1.建筑物日照分析

　　可以對(duì)設(shè)計(jì)中的建筑進(jìn)行模擬，分析其對(duì)周邊建筑的遮光影響與周邊建筑對(duì)新建建筑的遮光影響，以此來(lái)決定是否需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改。同時(shí)可以將各個(gè)位置的平均日照強(qiáng)度以數(shù)值顏色的方式可視化。

　　2.太陽(yáng)能應(yīng)用分析

　　這個(gè)應(yīng)用主要依據(jù)于非凡智慧方案生產(chǎn)的三維城市具有極高的高程精度，對(duì)每個(gè)屋面斜率、朝向的識(shí)別都較精準(zhǔn)，而太陽(yáng)和地球的運(yùn)行軌跡都是已知的，綜合當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門采集的平均日照等參數(shù)，就能得到較為準(zhǔn)確的日照信息。

　　3.路燈照明管理

　　通過(guò)事先采集的照明參數(shù)(光源高度、廣度、強(qiáng)度等)，在三維場(chǎng)景中模擬路燈照明范圍，可為路燈管理布設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。

　　4.攝像頭布設(shè)選點(diǎn)分析管理及安防模擬

　　在三維場(chǎng)景中可以模擬每個(gè)攝像頭的掃描范圍，同時(shí)生成二維的簡(jiǎn)略圖進(jìn)行分析，在項(xiàng)目施工前進(jìn)行足夠的分析模擬，力爭(zhēng)用最少的資源做出最好的效果。

　　五、城市規(guī)劃應(yīng)用

　　三維城市在城市規(guī)劃中的應(yīng)用太多了，雖然目前三維還沒(méi)有真正的普及，但只要模型精確可靠，隨著技術(shù)的發(fā)展，城市管理的需求，三維的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣。

　　由于激光雷達(dá)點(diǎn)云對(duì)地類地物分類的特點(diǎn)，將施工紅線導(dǎo)入，可以自動(dòng)識(shí)別出紅線內(nèi)的路面、植被、電塔、建筑、水面等多種地類屬性，對(duì)不同的地類輸入一定的評(píng)估價(jià)格，則可得出大致的拆遷賠償預(yù)算。同時(shí)導(dǎo)入設(shè)計(jì)方案相關(guān)數(shù)值也可以求出項(xiàng)目所需要的挖填方量。

　　六、城市水淹分析及洪水模擬

　　有著城市高精度的三維模型與DEM，可以簡(jiǎn)單模擬出不同水位面時(shí)城市的水淹情況，結(jié)合城市地下管網(wǎng)系統(tǒng)及周邊水庫(kù)湖泊等蓄水能力，可以得出更精準(zhǔn)的模擬結(jié)果。在大雨來(lái)臨之前，通過(guò)三維平臺(tái)模擬能對(duì)水淹區(qū)域提前進(jìn)行預(yù)防。

　　七、無(wú)人駕駛

　　無(wú)人駕駛汽車采用在汽車上方安置激光雷達(dá)的技術(shù)來(lái)探測(cè)汽車四周物體，以便系統(tǒng)做出駕駛決策。成本是無(wú)人駕駛汽車其中一個(gè)瓶頸。

　　在沒(méi)有高精準(zhǔn)三維城市模型的情況下，汽車上安置的激光雷達(dá)必須能探測(cè)到較遠(yuǎn)、較廣的范圍，并實(shí)時(shí)對(duì)探測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析的內(nèi)容不僅僅包含哪里有行人有車輛，還需要分析出哪里有什么樣的地類地物需要躲避，因此雷達(dá)的成本很高，對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的要求也很高。

　　在擁有了城市高精度三維模型后，對(duì)激光雷達(dá)的要求就降低了，無(wú)需對(duì)城市進(jìn)行分析，僅需探測(cè)較近范圍內(nèi)的非城市固件即可，成本降低了，數(shù)據(jù)處理工作量也大幅度降低。

　　隨著科技的發(fā)展，三維技術(shù)逐漸被我們所熟知，在讓我們的生活變得精彩的同時(shí)，也慢慢改變著我們的生活，它突破了空間信息在二維地圖平面中單調(diào)表現(xiàn)的束縛，為各行各業(yè)以及人們的日常生活提供了更有效的輔助決策支持。（文｜王鵬）