1. 項目背景
城市三維仿真是數字化城市建設的高新技術平臺，它將整個城市的空間設施通過數字化建模載入計算機，構建出虛擬的城市空間，是現代化城市建設的必備工具。
青島市城市三維仿真系統是青島市十一五基礎測繪規劃項目，規劃要求：采集和搭建前海一線及市區主要區域三維仿真數據庫，真實記錄青島市的地形地貌、城市空間和主要地段建筑物的三維輪廓，形象直觀地反映青島市的城市發展狀況和城市空間；實現在三維可視化環境中的信息查詢、統計和分析，為政府決策和城市建設提供基礎測繪保障。
青島市勘察測繪研究院于2010年9月開始城市三維仿真系統的建設，由150人的技術團隊歷時一年基本完成。
2. 建設內容
建立基于青島市域范圍的城市三維仿真系統平臺，利用市內四區已有 “3D”（DEM、DOM、DLG）數字產品成果，建立前海一線（西起團島，東至麥島）及市區主要區域（包括市南、市北、四方區、李滄區、嶗山區浮山以南海爾路以西）面積約120km2的三維仿真數據庫。三維仿真數據庫包括空間數據庫和屬性數據庫。空間數據庫主要是城市三維景觀仿真模型，包括建筑物及附屬設施模型、道路及附屬設施模型、水系模型、樹木模型、路燈模型，用來實現對現實城市的三維描述。屬性數據庫用來存放模型的屬性信息。
開發城市三維仿真系統平臺，實現對虛擬空間多種模式的交互瀏覽、空間與屬性雙向查詢、統計、分析等功能。其中，針對國土局房產交易中心等部門的業務需要，設計了房產交易信息查詢功能。
圖1. 技術流程圖
2.1 三維仿真數據庫
2.1.1 建筑模型制作
建筑模型場景制作面積約120km2，根據建筑表現復雜程度不同，建筑模型分為三類：精細模型、普通模型和矢量樓塊。有86.3 km2作為主要制作區域，模型制作以精細模型為主和普通模型為輔；其他區域模型以普通模型和矢量樓塊為主，地標性建筑用精細模型表示。
圖2. 主要制作區域
2.1.2 典型區域制作
為突出三維表現效果，選取了奧帆中心周邊地區（SN07區）為試點區域，對該區域內進行精細化建設，制作內容包括：建筑模型、道路及其附屬設施、植被和其他模型。其中包括有大量特殊形態的雕塑、不同比例的微縮景觀等，其數量大約為100個左右。
圖3. 奧帆中心制作區域
2.1.3 交通設施制作
制作內容包括道路路面和道路附屬設施。考慮系統平臺數據量影響，主干道兩側路燈使用三維符號庫中的路燈模型表示，內容與實際一致。其它道路兩側路燈用象征性符號表達。場景中除8條主干道外的其他道路利用高質量地面影像上疊加道路中心線表示，并在中心線上標注路名。
圖4. 主要道路及附屬設施范圍圖
2.1.4 三維符號庫建設
共收集15類地物，200多種符號模型符號，其中包括：路燈、垃圾箱、行道樹、消防設施、通訊交接箱、電力設施、報刊亭、電話亭、公交站亭、交通標志牌、交通信號燈、路名牌、燈箱霓虹、信息亭、售貨亭。下圖為行道樹符號庫。
圖5. 行道樹符號庫
2.2 三維仿真系統功能實現
2.2.1 場景可視化漫游功能
DEM、DOM和城市三維景觀模型數據能疊加顯示，實行漫游操作時，有整體感，即可實現大范圍高空的漫游。在漫游過程中可實時改變各種飛行參數包括飛行高度、速度、方位控制等。查詢方式手動漫游、自動漫游、跟蹤瀏覽和行走、駕駛等多視角瀏覽。
2.2.2 場景控制
可靈活設置場景瀏覽速度和高度，控制場景圖層顯示，指定飛行路徑，對場景進行截圖，還可在如頂視圖、自動正北、全屏顯示和正常顯示之間進行切換。
2.2.3 交互查詢分析功能
在三維仿真系統中，可以利用SQL語言實現多種方式的信息查詢，包括各種基本信息、統計信息的查詢；也可以實現距離量測、面積量測、剖面分析等空間分析功能。
屬性查詢功能
利用該仿真系統，可在三維場景中用鼠標選中某棟建筑，可查詢這棟建筑的相關信息，如建筑名稱、建筑高度、所屬社區等等。
圖6. 屬性查詢
距離、面積、高程量測
點擊仿真場景里的任意兩點，系統可直接計算出兩點間的距離。系統中提供的測量距離、面積和高程的工具使用簡單，用戶只需要在場景中點擊鼠標就能完成量測功能。
快速信息查詢
在信息框中輸入或選擇目標名稱，就能夠在三維仿真系統中將該目標選中并居中顯示。三維仿真系統能夠實現對場景中所有數據的正向查詢和反向查詢，以道路查詢為例。
圖7. 道路快速查詢并定位
統計分析
本系統設置了房屋專題查詢統計和高級查詢統計兩個功能。房屋專題查詢統計只針對場景中的建筑模型，包含了自定義屬性查詢，按建筑層數、高度、材質快速查詢，按樓層、高度、材質快速統計。高級查詢統計分析可以針對場景中所有數據層根據SQL語言進行查詢統計。
圖8. 房屋專題查詢統計并生成報表（按房屋層數）
圖9. 自定義屬性查詢并生成統計圖（湛山社區房屋層數統計）
圖10. 高級查詢統計（POI查詢）
空間分析
包含剖面分析和通視分析。在場景地面上點擊兩點，可以查詢兩點間的地形剖面圖，了解地形走勢。用戶在場景中設置觀察點和目標點后，利用通視分析功能可分析兩點間是否可以通視。
圖11. 剖面分析
圖12. 通視分析