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隨著數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，數(shù)字化城市建設(shè)已經(jīng)成為一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)字化城市建設(shè)的核心是數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，而數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用又離不開(kāi)數(shù)據(jù)的支持。在數(shù)字城市建設(shè)中，三維地理信息系統(tǒng)（3D GIS）作為一種新興的數(shù)字化技術(shù)，正在受到越來(lái)越多的關(guān)注。而北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)，則是數(shù)字城市建設(shè)中的一個(gè)非常重要的組成部分，它是“數(shù)字之城”的智慧之源。
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1. 什么是北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)？
北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)3D GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，是以市政規(guī)劃、運(yùn)營(yíng)管理和公共服務(wù)為主要應(yīng)用方向的數(shù)據(jù)庫(kù)。它是以北京市全市范圍內(nèi)的三維城市模型為基礎(chǔ)，集成了城市基礎(chǔ)設(shè)施、建筑物信息、歷史文化景點(diǎn)、城市公園等大量的空間數(shù)據(jù)。它還包括了北京市內(nèi)的地形、地勢(shì)、地貌等信息，提供了非常詳實(shí)的城市數(shù)據(jù)資源。它為數(shù)字城市建設(shè)提供了豐富的數(shù)據(jù)資源和智慧支撐，成為了數(shù)字城市建設(shè)中的一個(gè)非常重要的平臺(tái)。
2. 北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)
（1）全面性
北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋了北京市全市范圍內(nèi)的三維城市模型和各種空間數(shù)據(jù)資源，是數(shù)字城市建設(shè)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。它集成了各種城市基礎(chǔ)設(shè)施、建筑物信息、歷史文化景點(diǎn)、城市公園等信息，為城市運(yùn)營(yíng)管理和公共服務(wù)提供了豐富的數(shù)據(jù)資源。
（2）高精度性
北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)精度非常高，可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)別的數(shù)據(jù)精度。這對(duì)于城市的規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)管理非常重要。它能夠提供真實(shí)的城市環(huán)境，為數(shù)字城市建設(shè)提供更加直觀、真實(shí)的數(shù)據(jù)資源，提高數(shù)字城市建設(shè)的精度和效率。
（3）多應(yīng)用性
北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)不僅可以提供數(shù)據(jù)資源，還可以為各種數(shù)字城市應(yīng)用提供支撐。例如，它可以用于市政規(guī)劃、路網(wǎng)分析、停車管理、城市管網(wǎng)建設(shè)等各種數(shù)字城市應(yīng)用。其多應(yīng)用性也成為它受到越來(lái)越多人關(guān)注的一個(gè)原因。
（4）智能化
北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)的智能化程度非常高，它可以實(shí)現(xiàn)多種數(shù)字城市應(yīng)用。例如，它可以用來(lái)預(yù)測(cè)交通擁堵，提高市政運(yùn)營(yíng)效率等。在數(shù)字城市建設(shè)中，智能化的應(yīng)用非常重要，而北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)就可以提供更智能、更高效、更直觀的數(shù)據(jù)支撐。
3. 北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用
北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用非常廣泛，幾乎可以涵蓋數(shù)字城市建設(shè)的各個(gè)方面。例如：
（1）智能交通管理：利用北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)模型中的路網(wǎng)信息和車輛數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控交通流量，提高交通管理效率。
（2）城市基礎(chǔ)設(shè)施分析：利用北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)中涵蓋的各種城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)，分析城市基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)、運(yùn)營(yíng)效率等，為市政規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。
（3）歷史文化遺產(chǎn)管理：利用北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)中涵蓋的歷史文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)，為歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)和管理提供支持。
（4）城市公園建設(shè)：利用北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)中包含的城市公園信息，為城市公園的規(guī)劃、建設(shè)和管理提供支持。
4.
數(shù)字城市建設(shè)是未來(lái)城市建設(shè)的趨勢(shì)，而三維地理信息系統(tǒng)是數(shù)字城市建設(shè)的重要技術(shù)支持。北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)字城市建設(shè)的一個(gè)重要組成部分，可以提供豐富、高精度、多應(yīng)用、智能化的數(shù)據(jù)支持，為數(shù)字城市建設(shè)提供智慧之源。未來(lái)，北京三維主數(shù)據(jù)庫(kù)將繼續(xù)發(fā)揮作用，支持?jǐn)?shù)字城市建設(shè)的發(fā)展。
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- 三維建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與預(yù)處理
三維建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與預(yù)處理
（一）基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)資料
地下水系統(tǒng)建模所涉及的基礎(chǔ)資料有圖文數(shù)據(jù)、矢量位圖，不同比例、不同坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)，建模時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、轉(zhuǎn)換，仔細(xì)分析原始資料，存精去偽，才能為模型構(gòu)建奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。黑河流域建模資料主要由甘肅省地質(zhì)調(diào)查院提供。
1.黑河流域地圖
黑河流域矢量地圖是研究黑河的基礎(chǔ)圖件，是地質(zhì)大調(diào)查的標(biāo)準(zhǔn)用圖，它劃定了流域的研究邊界，鉆孔、剖面線都可在其上標(biāo)出地理位置。從建模的需求考慮，還在上面繪制了流域內(nèi)斷層的位置和各盆地的分界線。
2.鉆孔資料
主要包括鉆孔各地層深度、巖性、所屬時(shí)代等與地質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)容。鉆孔數(shù)量有240多個(gè)，主橡陵高要分布在黑河流域平原區(qū)。鉆孔數(shù)據(jù)已裝訂成冊(cè)記錄，為符合建模數(shù)據(jù)的要求，把鉆孔全部錄入到地下水資源數(shù)據(jù)系統(tǒng)access數(shù)據(jù)庫(kù)Gwexplore中。
3.剖面圖
按照建模對(duì)地質(zhì)剖面的要求，我們與甘肅水文二隊(duì)的地質(zhì)技術(shù)人員共同繪制了黑河流域的地質(zhì)剖面圖，剖面主要集中在流域平原區(qū)各盆地內(nèi)，使用MapGIS軟件進(jìn)行繪制。圖b為繪制的一張剖面圖，它由MAPGIS的區(qū)文件WP、線文件WL、點(diǎn)文件WT組成。圖a表示繪制的58條剖面線，剖面線投影到黑河流域地圖上，以紅色表示。
剖面繪制比例為橫1∶20萬(wàn)，縱1∶1萬(wàn)。剖面繪制以地層巖組為主，流域內(nèi)主要繪制第四系下更新統(tǒng)—全新統(tǒng)、第三系，還有少量的白堊系、侏羅系以及花崗巖侵入體，顏色以淡黃至淺綠為主，山區(qū)由于資料少，采用透1∶20萬(wàn)地質(zhì)圖的方式勾出一薄層地表巖層，因?yàn)?0萬(wàn)地質(zhì)圖對(duì)于大區(qū)域來(lái)說(shuō)內(nèi)容太細(xì)，不能反映規(guī)律性的東西，所以建模主要集中在平原區(qū)的盆地內(nèi)進(jìn)行。
在繪制剖面圖過(guò)程中，參考查閱了大量的圖文資料及鉆孔資料，現(xiàn)列舉如下：
（1）黑河流域1∶20萬(wàn)地質(zhì)圖；
圖5-1 黑河流域水文地質(zhì)剖面線片面分布圖
圖5-2 黑河流域典型水文地質(zhì)剖面
（2）黑河流域1∶20萬(wàn)地形圖；
（3）張掖盆地1∶20萬(wàn)水文地質(zhì)立體結(jié)構(gòu)圖；
（4）黑河流域1∶20萬(wàn)綜合水文地質(zhì)圖；
（5）河西走廊1∶50萬(wàn)第四系松散層等值線及底界高程圖；
（6）河西走廊中東段諸盆地1∶20萬(wàn)電測(cè)深推斷第四系松散層及厚度圖；
（7）黑河干流中游地區(qū)1∶20萬(wàn)地下水位擬和圖；
（8）黑河干流中游地區(qū)1∶20萬(wàn)地貌圖；
（9）黑河干流中游地區(qū)1∶20萬(wàn)潛水埋深及等水位線圖；
（10）黑河流域1∶20萬(wàn)區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告；
（11）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告多本；
（12）區(qū)域地質(zhì)測(cè)量報(bào)告多本。
4.地表等高線DEM數(shù)據(jù)
此數(shù)據(jù)為國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為ARC/INFO類型，比例尺為1∶25萬(wàn)，坐標(biāo)為地理坐標(biāo)格式，橢球參數(shù)為北京54/克拉索夫，坐標(biāo)單位為度。
除地表高程線外，還有地表地理信息數(shù)據(jù)，以多層形式存放。黑河流域所用的圖號(hào)是：J4701—J4712，K4701—K4716。
5.地下水頂板、底板、水位等值線圖
此圖件是對(duì)黑河流域地下水系統(tǒng)進(jìn)行了平面和垂向上分區(qū)劃分。主要是依據(jù)黑河流域地下水補(bǔ)汪頌、徑、排的關(guān)系以及地下水類型進(jìn)行劃分。繪制地下水系統(tǒng)平面分區(qū)圖和垂向上的單層和多層分區(qū)圖，潛水底界埋深梁尺和承壓水頂板埋深，以及基底埋深和構(gòu)造分布等內(nèi)容。此圖件為保定方法所提供，比例尺為1∶100萬(wàn)。
圖5-3 黑河流域基底埋深構(gòu)造圖
6.衛(wèi)星地面遙感圖片
收集的遙感影像圖片是合成好的，進(jìn)行幾何精糾正的圖片資料，在影像圖片邊上有經(jīng)緯度，可以使用MapGIS進(jìn)行校正。
圖5-4 黑河流域衛(wèi)星影像照片
7.地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料
流域內(nèi)觀測(cè)資料包括一系列的氣象、降水等與地下水相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄。模型構(gòu)建需要地下水水位變化的動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料，它包括觀測(cè)點(diǎn)的位置、坐標(biāo)、孔深、監(jiān)測(cè)層位及狀況，和水位、水溫及水位動(dòng)態(tài)曲線。我們收集了近兩年的流域水位和有記錄的降水觀測(cè)資料，數(shù)據(jù)以EXCEL表形式存放。
8.文檔資料
文檔資料為黑河流域的勘探、科研報(bào)告，包括項(xiàng)目匯報(bào)書、區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告、專題研究報(bào)告等。這些資料為模型的建立具有重要的參考價(jià)值。
（二）數(shù)據(jù)預(yù)處理
數(shù)據(jù)預(yù)處理是使數(shù)據(jù)資料整合成統(tǒng)一比例、投影的圖件，完成DEM數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、MapGIS等數(shù)據(jù)集成融合、精度匹配的問(wèn)題。需解決的問(wèn)題有圖文資料的投影轉(zhuǎn)換、比例縮放、范圍裁減、數(shù)字化、幾何校正、坐標(biāo)匹配等。
1.坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)的選擇
從收集的資料看，對(duì)流域內(nèi)所做的工作大多是基于高斯坐標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行繪圖，因此，本建模采用高斯-克里格坐標(biāo)系統(tǒng)。所有的資料都向高斯投影轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的高斯-克里格投影參數(shù)如下：
坐標(biāo)系類型：投影平面直角坐標(biāo)系
投影類型：高斯克力格投影
比例尺：1∶500000
橢球面高程：0
坐標(biāo)單位：mm
投影面高程：0
投影中心點(diǎn)經(jīng)度：993000
投影區(qū)任意點(diǎn)緯度：370000
投影帶類型：任意
投影帶序號(hào)：20
坐標(biāo)系統(tǒng)選定后，還需要確定高程系統(tǒng)，由于收集的資料都以標(biāo)高為單位，即以1956年黃海平均海水面為基準(zhǔn)。因此，本次建模不再設(shè)立自定義高程系統(tǒng)，以標(biāo)準(zhǔn)高程進(jìn)行建模。
2.地表數(shù)據(jù)預(yù)處理
原始數(shù)據(jù)以ARC/INFO格式存放，首先需要用ARC/INFO軟件將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MapGis格式的文件，進(jìn)行接圖操作，把分塊的小圖拼裝為一張大圖，進(jìn)行投影變換，然后以源投影參數(shù)比例為25萬(wàn)，地理坐標(biāo)格式，橢球參數(shù)為北京54/克拉索夫，比例尺為1，坐標(biāo)單位為度的投影方式轉(zhuǎn)換為目標(biāo)投影方式。投影轉(zhuǎn)換完畢后，進(jìn)行等高線的高程數(shù)據(jù)屬性提取，使用MAPGIS屬性庫(kù)管理模塊進(jìn)行提取，轉(zhuǎn)換成DBF格式數(shù)據(jù)庫(kù)文件，再使用FOXPRO轉(zhuǎn)換成文本文件。MAPGIS把等高線文件轉(zhuǎn)成MAPGIS明碼數(shù)據(jù)文件格式，這樣，每條線段與高程數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，就有了地表的三維坐標(biāo)。
3.黑河流域地圖預(yù)處理
黑河流域地圖以蘭伯特格式存在，與上面相同，采取同樣的方式進(jìn)行投影變換。轉(zhuǎn)換為50萬(wàn)比例的高斯投影。
4.不明投影方式的圖件預(yù)處理
由于收集到的圖件資料較多，有個(gè)別的圖紙投影方式不明確，這就需要進(jìn)行投影識(shí)別，即把已知投影和比例的文件進(jìn)行不同形式的投影變換，然后進(jìn)行對(duì)比，以確認(rèn)投影方式，如果比較效果不明確，則進(jìn)行圖形的誤差校正，使不明投影方式的圖件與目的投影相符，達(dá)到數(shù)據(jù)的融合一致。
5.剖面文件預(yù)處理
對(duì)剖面的輸入涉及到兩個(gè)文件，即剖面線文件和剖面文件。剖面線需在已投影的流域地圖上單獨(dú)提取出來(lái)，轉(zhuǎn)變?yōu)镸APGIS明碼文件。剖面使用MAPGIS的轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成DXF文件。
剖面的坐標(biāo)需要按照規(guī)定進(jìn)行調(diào)整，即設(shè)定剖面左下角標(biāo)尺的橫坐標(biāo)為零，縱坐標(biāo)為實(shí)際高程除以剖面縱向比例后的數(shù)值，以毫米為單位。剖面線方向?yàn)閺淖笙蛴?，這樣才能保證剖面在輸入系統(tǒng)后與剖面線保持一致，不會(huì)出現(xiàn)剖面與剖面線相分離的現(xiàn)象。
6.遙感衛(wèi)片的處理變換
遙感衛(wèi)片的處理需要使用ERDAS軟件進(jìn)行波段疊加處理，即多波段低分辨率影像數(shù)據(jù)的光譜信息與單波段高分辨率影像數(shù)據(jù)的分辨率信息進(jìn)行融合。在建模階段，還需要使用MapGIS軟件進(jìn)行幾何校準(zhǔn)及配準(zhǔn)，用PHOTOSHOP軟件進(jìn)行圖像的格式變換和裁剪，以符合流域建模分辨率、工區(qū)的要求。
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