城市级实景三维模型的时空分析与智能决策支持

引言

随着城市化进程的加速，城市规模不断扩大，城市系统变得日益复杂。传统的城市管理与决策方式已难以满足现代城市发展的需求。实景三维模型能够真实、直观地反映城市的空间信息，为城市管理与决策提供了全新视角。将时空分析融入城市级实景三维模型，能够进一步挖掘城市在时间和空间维度上的动态变化规律，结合智能决策支持系统，为城市规划、建设、管理等提供科学依据，助力实现城市的可持续发展与精细化管理。

一、城市级实景三维模型的构建技术

（一）数据采集技术

利用无人机或有人机搭载高分辨率相机，对城市进行大范围、多角度的航空拍摄。通过获取海量的影像数据，结合 POS（定位定向系统）数据，能够快速生成城市级实景三维模型的基础框架 。该技术具有效率高、覆盖范围广的特点，适用于城市宏观尺度的三维建模。

采用地面激光扫描仪，在城市街道、建筑物内部等区域进行数据采集。激光扫描仪能够快速获取物体表面的三维坐标信息，生成高精度的点云数据。这些点云数据可以准确地反映建筑物的细节特征、街道设施等信息，弥补航空摄影测量在细节表现上的不足，常用于城市局部区域的精细化建模。

倾斜摄影技术通过在同一飞行平台上搭载多个不同角度的相机，从垂直、倾斜等多个角度采集城市影像。多角度的影像数据能够获取建筑物侧面等传统垂直摄影难以捕捉的信息，为构建逼真的城市级实景三维模型提供丰富的数据基础。同时，倾斜摄影测量生成的模型具有纹理真实、细节丰富的特点，可广泛应用于城市规划、不动产登记等领域。

（二）数据处理与建模

采集到的数据需要经过一系列处理才能构建成实景三维模型。首先，对影像数据或点云数据进行预处理，包括数据去噪、拼接、配准等操作。然后，利用专业的建模软件 , 通过多视影像匹配、点云重建等算法，将处理后的数据转换为三维模型。在建模过程中，还需要对模型进行纹理映射，赋予模型真实的外观，最终生成完整、逼真的城市级实景三维模型。

二、城市级实景三维模型的时空分析

（一）时空数据采集与管理

在构建实景三维模型的基础上，需要持续采集城市的时空数据。这些数据包括城市基础设施的更新、建筑物的增减、人口流动变化等。可以通过物联网设备实时采集数据，并结合地理信息系统（GIS）技术，将时空数据与三维模型进行集成管理。建立时空数据库，对不同时间、空间维度的数据进行统一存储和管理，以便后续的分析与应用。

（二）时空分析方法

利用GIS 空间分析功能，对城市实景三维模型进行空间查询、缓冲区分析、叠加分析等操作。例如，通过缓冲区分析可以确定新建商场对周边居民的服务范围；叠加分析能够对比不同区域的土地利用类型与建筑物分布情况，为城市规划提供参考。

对不同时间节点的实景三维模型数据进行对比分析，研究城市在时间维度上的变化趋势。通过分析多年的城市建筑变化数据，可以了解城市的扩张速度与方向；分析交通流量的时间序列数据，能够掌握交通拥堵的规律，为交通管理提供决策依据。

三、基于时空分析的智能决策支持

（一）智能决策支持系统架构

智能决策支持系统以城市级实景三维模型和时空分析结果为基础，结合人工智能、大数据分析等技术构建。系统主要包括数据层、分析层和应用层。数据层负责存储和管理实景三维模型数据、时空数据等各类基础数据；分析层利

用各种算法和模型对数据进行处理和分析，提取有价值的信息；应用层则将分析结果以直观的方式呈现给决策者，并提供决策建议。

（二）决策支持应用场景

通过对城市实景三维模型的时空分析，规划部门可以了解城市的发展趋势和土地利用现状，合理布局城市功能分区。根据人口增长和流动数据，科学规划学校、医院等公共服务设施的位置与规模；利用时空动态模拟技术，评估不同规划方案对城市未来发展的影响，选择最优方案。

四、挑战与展望

（一）面临的挑战

数据处理与存储压力：城市级实景三维模型和时空数据的数据量巨大，对数据处理和存储技术提出了更高要求。如何高效地处理和存储这些数据，以满足实时分析和决策的需求，是当前面临的重要挑战。

多源数据融合难题：时空分析涉及多种类型的数据，如影像数据、点云数据、物联网数据等，不同数据的格式、精度和来源各不相同，实现多源数据的精准融合存在一定难度。

模型精度与实时性平衡：为了保证决策的准确性，需要高精度的实景三维模型和实时的时空数据，但在实际应用中，提高模型精度和数据实时性往往会增加成本和技术难度，如何平衡两者之间的关系是需要解决的问题。

（二）未来发展展望

技术融合创新：随着人工智能、大数据、云计算等技术的不断发展，未来城市级实景三维模型的时空分析与智能决策支持将更加智能化和高效化。利用深度学习算法自动识别和提取三维模型中的地物信息，提高数据处理效率；结合云计算技术实现大规模数据的分布式存储和计算，提升系统的性能。

五、结论

城市级实景三维模型的时空分析与智能决策支持为城市的智慧化管理和科学决策提供了有力支持。通过先进的数据采集与建模技术构建实景三维模型，结合时空分析方法挖掘城市的时空变化规律，并基于分析结果构建智能决策支持系统，能够在城市规划、应急管理、交通管理等多个领域发挥重要作用。尽管目前该技术面临一些挑战，但随着技术的不断发展和创新，未来城市级实景三维模型的时空分析与智能决策支持将具有更加广阔的应用前景，为城市的可持续发展和高质量建设提供强大动力。

参考文献：

[1] 陈良超 , 陈光 , 薛梅 . 新型三维测绘地理信息产品集成建库研究技术[J]. 地理信息世界 ,2017,24（4）:86-91.

[2] 刘冰鑫 , 张永军 , 刘欣怡 . 实景三维建模方法及应用研究 [J]. 测绘地理信息 ,2023,48(04):1-6.

[3] 李腾飞 . 无人机倾斜摄影技术在建筑施工中的应用研究 [J]. 福建建筑 ,2018(12):98-101.