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数字城市及其研究进展

前言

随着信息技术的发展，数字技术和网络技术已经对城市生活的各个方面带来深刻的变化，城市规划、设计与管理正在发生变革，传统的以手工操作和技术经验为主逐渐转向以计算机应用为主，城市三维建模与可视化、数字城市已经成为主要发展方向。 第一部分 从―数字地球‖到―数字城市‖ 1.“数字地球”

1997：―数字地球‖ 新科学术语。

―数字地球‖是遥感、遥测、全球定位系统、地理信息系统、通讯系统、网络技术、仿真和虚拟技术等的高度集成。―数字地球‖实质上是研究信息化的地球，包括地球大部分要素的数字化、网络化、智能化、可视化的全部过程。 2.“数字城市”

―数字城市‖是数字地球的重要组成部分，就是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用3S技术（遥感RS、全球定位系统GPS、地理信息系统GIS）、遥测、仿真、虚拟现实技术等对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述。 3.“数字城市”研究意义

―数字城市‖是适应现代城市信息化发展的产物

―数字城市‖提供给人们一种全新的城市规划、建设和管理的理念

―数字城市‖是信息社会中的信息源，可为知识的生产、流通和应用提供了场所和工具 ―数字城市‖能够适应并预测城市的变化，进而实现可持续的城市发展 第二部分 什么是“数字城市”?

广义：城市信息化，将市镇信息集成在一起，并为用户提供一个生活的公用空间[Ishida,2000]。

狭义：基于3S等关键技术，深入开发和应用空间信息资源，建设服务于城市规划、城市建设和管理。服务于政府、企业、公众，服务于资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施、环境可持续发展的信息基础设施和信息系统。 GIS在数字城市中地位如何？ 数字城市的三种方式：

①以文本形式提供的信息源；②二维站点，它包括城市地图和风景画（电子地图）；③三维数字城市空间，以三维虚拟城市模型作为界面，加载各种专题信息系统，提供各种信息服务。 各种数字城市的对比

第一种数字城市：AOL Digital Cities 主页 New York 主页 www.virtuocity.com 国内类似AOL的数字城市：（著名的门户网站）

搜狐（建设了上海、北京、南京、武汉等18个数字城市）、新浪（sina.com）全球华人社区，建有新浪上海、北京、广州、台湾、香港、北美等数字城市） ）、Tom.com（建设北京、上海、广东、香港等四个数字城市）、elong（受年轻白领欢迎，倡导另类生活，建设了北京、上海、南京、武汉等9个elong 城市) 这些网站为当地的生活提供及时的资讯 小结

第一种数字城市为政府和公众提供旅游和商务信息，后期由于自身发展的需要融入了电子地图（GIS技术）。 GIS图形数据和属性信息的图文集成的数字城市建设模式确立！ 第二种数字城市——3D的初步探索

原有的数字城市虽然能方便而精确地查询到空间位置，但对于人们的感官来讲，二维的空间信息和三维的视觉信息是最佳的配合。所以很自然地人们渴望看到一个更加真实的世界，三维数字城市的实现是未来的必由之路。

最初的试验：（观察地点不变）电子地图+ Java applet全景照片

数字城市模式

A demo to 3D&2D city（观察地点可变）

小结：这样的数字城市其实只能属于2D的数字城市，虽然有3D的界面，但没有交互的功能，只能被动地接受程序化地信息。

第三种数字城市——数字京都

通过图形来实现网站的链接。它同时拥有2D地图和3D两个界面。实现真三维的数字城市——数字京都，独家采用3DML语言进行编程设计，这相对于以往的VRML数据量大为缩减。

Digital City Kyoto分为三层：Information, Interface, Interaction。Digital Kyoto——GeoLink右边联系网络上的信息Digital Kyoto——3D Digital City 这种数字城市的特点

优点：三维数字城市空间，以三维虚拟城市模型作为界面，加载各种专题信息系统，提供各种信息服务；效果很好，就相当于你真正地走在京都的大街上。在现今技术条件下，找到了一个合理建设数字城市的方法

缺点：依然有很多问题，例如数据量一直是个大问题，这仅仅是做了一条街道，在不支持32位真彩色的显示下，数据量达到15M，如果对整个数字城市来讲，要真彩色的显示，数据量必将大得惊人。 第三部分“数字城市”国内外研究进展 1.国外进展

从INTERNET/WEB网站的跟踪调查以及主要专业杂志的了解可知，最近专门以―数字城市‖同样名字为研究命题的研究机构全世界虽然只有一家，美国宇航局（NASA）的虚拟环境实验室。但是―数字城市‖相关技术已经开始应用于很多领域。在美国大约有50个城市正在建设―数字城市‖。许多发达国家也纷纷开始―数字社区‖和―数字城市‖的综合建设实验。例如，芬兰计算机工程师林都立试图应用信息技术展现生活和城市的新未来，在网络上复制真实世界的赫尔辛基市，成为世界上第一个虚拟城市；日本已经建成一批―智能化生活小区‖―数字社区‖的示范工程；新加坡―数字城市‖设想，环绕240平方英里的岛屿铺设光缆，为国民提供综合业务数字网和异步数字用户专线，将新加坡90％的家庭连接在一起，实现随心所欲地网上购物、与政府机构联系、游戏、看戏和电影、上学、去图书馆、看医生等，实现―网上生存‖的梦想。 2、国内进展

⑴会议：2000年，北京召开―21世纪数字城市论坛‖。2000年上海―亚太地区城市信息化高层论坛‖数字城市成为核心议题。2001年在广州举办―数字城市‖ 专题会议。

⑵实验室建设：1997年，清华大学成立中国第一个―虚拟制造中心‖， 分布在清华大学的自动化系、精仪系和机械系，进行异地协同仿真研究。1998年，浙江大学建成国内第一套用于虚拟现实技术的CAVE系统。1999年，武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室成功解决构建数字城市的关键技术：三维城市模型快速重建、大范围海量数据动态装载以及多种类型空间数据有效组织和管理等；1999年，华中科技大学投资3400万元，建设的水电能源综合研究仿真中心，进行 ―数字流域‖和―数字城市‖研究。2000年，中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室和广州城市信息研究所共同创办的城市信息联合实验室，主攻数字城市研究。2001年南京大学专门组建了以―数字城市‖为主攻方向的城市规划与区域开发模拟实验室。 ⑶应用研究：目前国内深圳、广州、上海、襄樊、常州、苏州等城市已开始进行―数字城市‖示范应用研究。―数字江苏‖也于2001年3月拉开帷幕。

⑷总体评价：从总体上来看，虽然目前国内外已经有许多家单位开始了―数字城市‖研究工作，但基本上是停留在软硬环境建设方面，至多处于研究的初期阶段，并没有在―数字城市‖研究方面取得实质性的进展，―数字城市‖具有巨大的研究和利用潜力。 第四部分 信息技术对城市规划学科影响

⑴80年代进展: ―城市规划管理信息系统（UPMIS）‖

深圳、北京、海口、济南、广州等；深圳市国土规划局；郑州市房地产局；广州规划局自动化中心；北海城市信息中心等

⑵90年代进展:计算机技术在城市规划管理与设计的应用

CAD技术的推广和应用；GIS技术的推广和应用；RS技术的推广和应用；GPS技术的推广和应用；MIS、OA技术的推广和应用；卫星象片在城市规划中应用 ⑶传统的城市规划

准三维的表现水平；通过规划设计平面图、效果图、沙盘模型和三维动画展示规划与设计成果。

第五部分 “数字城市”对城市规划的影响——通过数字城市可以实现城市规划从准三维向真三维的跨越 1.城市规划虚拟现实技术

利用虚拟现实技术，将实时三维仿真图形与CAD、GIS信息集成在一起，进行城市规划和建筑设计。 城市规划虚拟现实主要目的之一是在规划、设计阶段，就使人们能够在一个虚拟的三维环境中，用动态的交互的方式对未来的建筑或城区进行身临其境的全方位的审视，并将地理信息系统相关信息集成在其中，对规划方案进行评估。目前在广州、武汉、南京等地的研究机构和大专院校相继开展这项研究。 2.“数字城市”对城市规划的影响 3.多种城市规划与设计方案的对比

4.不同时期、不同阶段的城市发展变化对比 5.形成标准的三维城市信息平台

6.三维城市信息平台为城市管理服务：地形土方计算 8.实时展示规划设计方案

第六部分 “数字城市” 关键技术

数字城市所采用的技术的调查、数字城市上海的总体框架

1.数字城市研究目标：⑴建立统一的数据和技术指标标准体系；⑵初步解决―数字城市‖的关键技术；⑶通过示范研究，实现 ―数字城市‖。 2.“数字城市”的关键技术框架 3.“数字城市”主要技术研究

4.“数字城市”实现思路：首先，对3D城市模型进行分析，着重探讨城市道路、水系、地形、建筑物等的三维模型构造方法。其次，研究多层次场景引擎、视点相关动态多分辨率地形模型、动态多层次文理镶嵌等虚拟现实关键理论与技术，利用当前主流的虚拟现实建模和显示软件Multigen/Vega建立虚拟城市仿真模型。第三，在此基础上提出城市时空变化、城市综合社会效应、城市灾害事故和突发事件等的虚拟设计的方案。

5.“数字城市”实现技术路线设计

⑴搜集地形、高程、特征、属性等源数据； ⑵创建实时三维数据库；

⑶通过Vega API开发实时应用程序；

⑷开发出具有自主版权的三维城市可视化软件产品—VCS（Virtual Earth System）； ⑸数字城市示范研究。 6.“数字城市”的建立过程

第七部分 小型计算机的数字城市建模方法 城市三维建模的由来 ⑴一般的城市规划的需要

城市中的建筑,特别是高层建筑对城市的景观有非常重要的影响；过去这项工作多采用缩小了的沙盘模型或根据绘制的不同方向的建筑物设计图纸及实景图来进行评审；随着计算机三维图形技术、图象处理及视频压缩技术、多媒体技术的日趋成熟,使研制基于真实环境的城市建筑规划与建筑设计方案动态仿真系统成为可能；这种动态仿真多媒体系统能逼真地虚拟设计方案中的建筑在建成以后的规划景观效果,进而能辅