三维地理信息系统设计与管理范文

一、引言

四合院杂乱的现状给管理和规划带来了很多困扰，现有的管理手段已不能全面解决这些问题，主要困难如下:2)整体展现保护区内院落和胡同风貌情况困难。目前，反映保护区内风貌的手段主要有影像、实地拍摄的照片和风貌分类色块(即基于对院落和建筑风貌的分类，用不同颜色色块表现各院落和建筑风貌情况)，但各种手段都无法让规划研究人员和决策者直观全面了解各院落的真实情况。对于影像，由于树木的遮挡和飞行高度的限制，不能清楚反映各院落的肌理;对于实地拍摄的照片，因为数量有限，只能反映部分代表性院落的情况;对于风貌分类色块，因为分类有限，无法全面描述各个院落复杂的情况。3)历史变迁研究困难。目前，在四合院内插建了许多高程建筑，采用二维地图只能反映院落格局的变化，无法反映建筑高度的变化和空间形态的变迁。4)规划效果表达困难。目前，规划方案的审核多采用规划效果图的方式，但由于四合院的环境复杂，规划效果图制作人员往往很难在效果图中还原建设项目现状，以及周边院落和临近胡同的现状情况，导致效果图和实施后效果差别较大。针对以上问题，本文对利用三维地理信息系统辅助四合院保护的方法和思路进行探索和研究，并将相关成果在“东四南历史文化保护区保护规划”和“钟鼓楼广场恢复整治”项目中推广应用。

二、技术路线

结合目前四合院管理、保护、规划中存在的各种困难和历史文化名城保护区保护规划研究的需求，本文提出了一套利用三维地理信息系统辅助四合院保护的思路。基于多时期、多分辨率大比例尺地形图、影像图，以及文物保护专题数据、规划专题数据、房产专题数据、风貌普查数据，构建二三维一体化的现状库、历史库和规划库，并以此为基础，搭建旧城历史文化保护区三维规划管理系统，为在三维环境下研究四合院的生长与沿革，探讨四合院的规划和保护，直观呈现四合院的未来创造条件。

三、现状、历史、规划数据库的建立

1．现状三维库的建立按照《三维地理信息模型数据产品规范》(CH/T9015—2012)的分类，以四合院为主体的历史文化保护区现状三维库中主要包括:建筑要素模型、交通要素模型、植被要素模型、场地要素模型和其他要素模型。主流的三维建模手段包括:基于航空摄影测量、基于实地外业测量和三维激光扫描。由于历史文化保护区多集中于空域管制严格的二环以内，因此基于航空摄影测量和机载三维激光扫描进行三维建模均不可行。本文采用了基于大比例尺地形图，结合地面三维激光扫描技术、航空摄影测量等多手段采集建筑物高程的方法进行三维建模。为支撑保护规划研究和四合院管理，各建筑需拥有相关的属性，其中包括:建筑建成年代、产权登记情况、建筑风貌和院落风貌所属类别等信息。2．规划三维库的建立规划三维模型的制作要素应包括建筑和景观两大类。对于不同保护原则的四合院，三维模型制作工艺也不尽相同。对于以修缮维修为主的院落，规划三维模型应保留现状三维模型的坐落位置和主体结构，制作主要依据设计方案对现状三维模型进行修改。对于新建及完全改造的四合院，应按照规划设计总平图、立面图和效果图制作规划三维模型。对于部分改造的四合院，规划模型制作需结合现状三维模型和规划总平图共同制作。规划三维建筑信息应包括规划院落对应的模型生产日期、整治原则、设计单位、模型制作单位、方案名称和规划方案的经济指标，如容积率、绿地率、建筑面积、用地面积等信息。

四、旧城历史文化保护区三维规划管理系统开发

旧城历史文化保护区三维规划管理系统紧密结合历史文化名城保护区保护规划研究和四合院管理中对地理信息的需求，除提供三维地理信息系统常有的三维浏览、信息查询、通视分析等通用功能外，还定制开发了历史变迁、风貌分类展示、规划方案比选、规划项目管理、违法建设管理等功能。系统基于CityMaker三维开发平台搭建，服务器端采用CityMakerServer+Java开发，客户端采用HTML+JavaScript+ActiveX控件(CityMakerPlug-in)开发，数据库管理采用MySQL。

五、应用展示

1．研究四合院肌理和尺度的变迁四合院是一种灵活性和适应性强的居住模式，可根据家庭人口特点和生活习惯组织和改造院落空间。研究四合院的变迁历史有助于对历史文化保护区历史沿革和发展脉络进行研究。20世纪50年代时该院还保留了院落格局;60年代，院内逐渐插建了多层现代建筑，原有院落格局被破坏;80年代，院落加建密度进一步增高，院落环境进一步恶化，已经完全失去原貌;2000年后，院落进行了整体改造，院落空间进行重组，逐步形成了围合的院落空间和舒适的氛围，实现了地块的自我更新和完善。2．研究四合院改造方案旧城历史文化保护区三维规划管理系统为直观表达规划意图、研讨规划方案搭建了平台。规划人员在进行方案审核时，可将四合院改造方案直接插入到系统中，模拟建成后的效果，分析推敲规划方案与周边现有建筑的关系。3．评估保护区风貌及历史价值目前，建筑风貌评估主要依靠史料研究、现场踏勘、居民访谈等手段。基于该系统，评估人员可首先利用该系统对保护区历史沿革和现状有一个总体和直观的认识，减少史料调研和现场踏勘的工作量。同时，规划人员可将评估结果在系统中直观呈现，为后期的规划设计提供依据。4．辅助违法建设管理利用旧城历史文化保护区三维规划管理系统，执法人员发现违法建设后，可直接到三维环境中找到相应的位置，填写记录表单，上传现场照片。事后，管理人员不仅可以直观了解违法建设在全市的分布，同时还可有效管理违法建设查处情况。

六、结束语

经过一年多的努力，利用三维辅助四合院保护规划研究技术路线已试验成功，相关成果已在“东四南历史文化保护区保护规划”和“钟鼓楼广场恢复整治”项目中得到应用。下一步将继续挖掘三维在旧城地下空间管理中的应用，为旧城保护提供地上地下一体化的研究环境。（本文来自于《测绘通报》杂志。《测绘通报》杂志简介详见.

作者：李扬 冯学兵 贾光军颜涯单位：北京市测绘设计研究院北京市规划委员会