当前位置:首页 > 教学资源 > 山地城镇规划虚拟仿真模块

山地城镇规划虚拟仿真模块

       山地城镇化是解决山区城镇化需求与保护优质耕地矛盾的重要途径之一,采用三维建模技术监测山地城镇化进程,可以清晰直观的给人们展示山地城镇化后的美好城市风貌,还可以通过规划对比分析山地城镇化进展速度,监测实际建设与规划的差异,为相关部门提供便捷的管理方式。
     本平台拟构建虚拟仿真平台对山地城镇的规划效果与当前建设现状进行三维建模,实现专题信息(绿化率、容积率、不透水表面面积、人口容量、户数等)的查询与分析。本虚拟仿真平台的功能主要包括三维景观建模、专题查询、景观造型定制、三维空间分析以及现状规划对比六大功能,可以帮助相关学科的本科生、研究生理解城市规划的意义、规划内容以及规划效果,并能够掌握虚拟山地城镇规划的相关技术方法。


>>山地城镇规划虚拟仿真实验

【实验目的】
山地城镇化是解决山区城镇化需求与保护优质耕地矛盾的重要途径之一。采用三维建模技术对城市规划结果进行虚拟仿真,可以清晰直观的给人们展示山地城镇规划效果,从而选择恰当的规划方案。通过实验可以帮助相关学科的本科生、研究生理解城市规划的意义、规划内容以及规划效果,掌握虚拟山地城镇规划的相关技术方法。本实验以大理海东新城为例,利用三维城市建模与规划设计软件CityEngine开展城市规划,根据规划方法与技术,导入地形模型,编写规则实现道路、建筑、绿化、设施等城市对象的自动建模,构建一座虚拟城市,并通过修改建筑物层高、层数、道路间距等参数实现三维城市的自动调整。
【实验流程】
1实验数据准备
使用CityEngine构建城市模型包括地形、地形纹理、道路中心线、建筑地面、树木点和设施点等数据。这些数据的制作主要利用ArcGIS软件完成。
2虚拟城市基本场景构建
虚拟城市场景构建就是在CityEngine中将各种数据组合起来,形成一个基本的三维场景。主要包括两个方面的内容:导入GIS数据和地形处理。
a)导入GIS数据。在CityEngine中新建一个工程,首先在场景中添加地形数据,设置地形纹理,得到整个场景的高低起伏,和场景画面。然后载入道路、建筑底面、绿化、设施数据。
b)地形处理。当导入道路、建筑底面、绿化、设施数据时,会出现部分图形在地形表面之下或悬空的情况。因此,为了场景更加逼真,需要对地形进行一定的处理,使地形与其他图层保持高度一致。主要有两种方式:贴地处理和地形整平。贴地处理是调整矢量图层,使其附在地形图层的表面,这主要针对点或线图层(如:道路、绿化、设施)。地形整平则是调整地形数据使其与矢量图层保持一致,主要针对矢量面状图层(如建筑底面)与地形不一致情况。
3城市要素规则建模
虚拟城市基本场景构建实现了城市地面起伏的建模,并保持各GIS矢量图层与地形保持一致,并未实现地面对象的三维建模。规则建模便是通过编写规则的方式来批量建立建筑、道路、绿化等三维模型。主要包括建筑物规则、道路规则、绿化规则。
a)建筑物规则。根据建筑物底面数据,以及不同建筑物的层高、屋顶类型、层数、窗户类型等属性,利用挤出、划分、纹理贴图等CGA命令编写建筑物的规则。规则编写完成后,将规则文件赋予建筑底面图层,便可在场景中一次性生成所有的建筑模型。
b)道路规则。在现实生活中,城市道路表现出各种各样的形态,有主干道、次干道、高架桥、立交桥、十字路口等道路形态。同时,不同的道路的车道数、绿化带都不相同。对于十字路口、高架桥等特殊形式,CityEngine能够通过交点和道路类型自动识别,从而构建不同模型。
c)绿化规则。植被是虚拟城市中的重要组成部分。在植被的三维建模中,对大面积草地、山体通过地形纹理将予以表现,对树木则需要编写相应的CGA规则实现。在CGA规则编写时,根据树木点的属性信息调用预先用三维建模软件(如3DS Max)构建的不同形态树木模型以实现整个城市的绿化形态。
4虚拟城市模型导出
在CityEngine中选择构建的虚拟城市模型,导出为通过浏览器可以访问的三维场景文件,放置到网络服务器中,供其它用户直接访问。

大理海东新城规划虚拟仿真结果

>>滇池土地利用变化虚拟仿真实验

【实验目的】
滇池土地利用变化虚拟仿真实验是基于多智能体模型构建的虚拟仿真实验,实验通过仿真建模模拟了滇池流域土地利用/土地覆盖的时空演变过程。通过对流域土地利用类型变化进行仿真模拟,实现了对流域土地利用进行模拟预测。仿真模拟结果对于加强滇池流域的环境保护与开发,优化土地资源配置,协调流域经济发展具有重要意义和参考价值,为实现滇池流域非点源污染治理和社会经济的可持续发展提供决策支持。通过该虚拟仿真实验学生能够理解基于多智能体模型的仿真模拟建模,能够从空间可视化角度直观的理解土地利用/覆被变化演变的时空过程中自然与人文过程相互作用及影响。
【实验流程】
土地利用/覆被变化虚拟仿真模型构建可以分为三大部分:第一部分是模型数据的准备,需要将数据转换为模型识别的格式;第二部分是仿真模型的构建;第三部分是仿真模型的检验和预测。
1模型数据准备
收集整理仿真模型所需的DEM数据、矢量数据、遥感数据和社会经济统计数据。仿真模型需要共用到14个空间变量因子,包括3个距离因子(距居民点距离、距道路距离和距水系距离),6个邻域函数处理的变量(土地利用数据),3个自然属性的变量(坡度、坡向和高程),3个社会属性的变量(房价、GDP、人口)。
2仿真模型构建
a)神经网络训练
神经网络训练的方法是通过ArcGIS随机生成一个点图层,将点图层的属性表里的记录平分为两组,一组用于训练,一组用于检验。通过Matlab建立神经网络,采用LM算法来获取空间变量的权重参数值。

图39 神经网络训练界面

 
b)仿真模型实现
元胞自动机与智能体集成模型集成是由matlab在后台进行计算,repast进行前台显示。该仿真模型是基于Reapst J平台编码实现滇池流域土地利用/覆被变化虚拟仿真模型(如图40所示)。

图40 模型运行界面

 
c)仿真模型检验
仿真模型检验是检验模型设计的准确性,如果模型经过检验后结果是正确的,那么对模型结果的仿真结果才是有用的。
d)仿真模型预测
仿真模型在检验达标以后,就可以继续模拟预测滇池流域的土地利用变化趋势和未来土地利用的空间分布格局。仿真模拟预测如图41所示。
QQ图片20150107194918
注:以2013年土地利用数据为基础模拟2024年
图 41 仿真模型模拟预测结果
 

云南师范大学信息学院 版权所有  技术支持:昆明鼎华信息科技有限公司