什么是將地理空間信息可視化的“GIS（地理信息系統）”？

GIS是“Geographic Information System”的縮寫，中文譯為“地理信息系統”，是指把用于不同目的的各種信息在地圖上進行可視化的系統。此類與空間中的地點或區域的位置信息相關連的信息，即有關事物或現象的信息則被稱為“地理空間信息”。例如，根據不同目的，用不同顏色顯示某個區域或地點的人口分布、地價、建筑物的屬性信息、水災時的浸水程度等；或將人與物的移動、氣象的變化等流動性信息可視化；亦或疊加顯示不同類型的地理空間信息。以此可將多種信息同時可視化。這樣一來人們就能夠直觀地掌握所需的信息，從而實現快速且復雜的分析和判斷。

GIS的活用目的多種多樣，除了城市規劃、災害時的防災地圖、防災計劃，生活基礎設施的監測等以外，還可以用于評價從房地產建筑物到車站等處的交通便利性，以及商業設施開店計劃所需的商業區分析等方面。

另外，在貼近我們生活的場景中，汽車導航系統和智能手機的地圖應用程序等可以說是GIS的代表性服務。此類應用程序是將建筑物的信息和交通狀況等地理空間信息，附加并顯示在通過GPS獲取到的地圖中的地點以及區域上。

活用GIS，將所需的地理空間信息可視化，以此就能快速理解、分析和判斷。

以往的GIS的課題和高端的“3D城市模型”的必要性

過去，GIS大多都是2D顯示，隨著技術的發展，3D顯示也開始被廣泛使用，它能根據使用目的，讓地理空間信息更易于理解并可視化。現在智能手機的地圖應用程序等也能輕松地利用3D顯示的服務。

然而，代表性服務中的3D顯示，是用幾何形狀（三角形或多邊形）構成地面狀態的3D多邊形的“幾何模型”，所以地形、建筑物、相鄰建筑物、街道等都是以不加區分的狀態被可視化。因此，很難將位置信息、3D數據和詳細的地理空間信息高精度地結合起來。

例如，細致分析和模擬城市規劃、防災計劃等以及實現智能城市，城市的數字孿生化則必不可少。在這個高端的用途中存在的課題是，要制作準確且精細的3D數據作為根基，需要花費很多工時和費用。在這個背景下，開放且高精度的3D城市模型的必要性逐漸提高，各國都開始進行數據的整備和活用。

什么是國際標準“CityGML”和日本的3D城市模型“PLATEAU”？

除了國家和地方自治體，如果企業和個人等各種人士要把3D數據用于多樣化目的，必須的條件就是要遵循共同的平臺。為此，采用地理空間信息領域的國際標準化團體OGC（Open Geospatial Consortium，開放地理空間信息聯盟）作為國際標準制定的“CityGML”，就可以使3D城市模型的數據在日本國內外得到廣泛應用。

另外，在CityGML中，除了以往統一由幾何形狀構成的“幾何模型”外，還采用了“語義模型”，將各建筑物和街道進行區分定義，并分別賦予了高度和屬性信息，因此就可以應對需要細致性和高精度的高端用途。

“PLATEAU”是符合CityGML的3D城市模型的開放數據，由日本政府直接管轄的行政機關國土交通省主導。日本為了實現Society5.0（超智能社會），所以公開了“PLATEAU”。PLATEAU雖然起步晚于先行活用CityGML的各個國家，但作為超大規模的開放式3D城市模型（參考日本行政機關國土交通省報道公布資料/2022年8月），覆蓋了日本全國56個城市、約1萬Km2面積、約1千萬棟建筑物，并一直在不斷更新和擴大使用案例。

PLATEAU主要由以下3種數據構成。

一種是從飛機上用激光輪廓儀“航空測量”出的高度數據和“航空攝影”到的圖像數據，以往主要用于2D數據制作。另一種是地方自治體和市町村制作的2D地圖數據“城市規劃基本圖”。還有一種是根據《城市規劃法》，通過“城市規劃基礎調查”所調查出的豐富數據，包括各建筑物的屬性、構造、規格、種類、建筑年數等，以往主要在地區內使用。

因為從零開始構建3D城市模型會花費巨大的成本，所以像以上這樣，將過去調查和獲取的有效數據挖掘出來，并活用在3D城市模型這一新的格式中，從而使3D城市模型的構建費用得到了大幅度削減。

另外，在PLATEAU中，不僅能下載可應對各種3D圖形用軟件的開放數據，還公開了在Web瀏覽器上能夠顯示任意區域和地點的3D模型及各種信息的“PLATEAU VIEW”（圖1）。

圖1使用PLATEAU VIEW，按照不同用途，用顏色區分顯示澀谷站周邊的各個建筑物。（使用日本行政機構“國土交通省（MLIT）”的PLATEAU VIEW https://www.mlit.go.jp/plateau/app/進行顯示）

利用3D城市模型的開放數據的優點

符合國際標準CityGML的3D城市模型PLATEAU的開放數據支持多種應用程序，也可用于商業用途，因此除了日本政府和地方自治體，所有行業的企業和個人創作者等，任何人都可以將PLATEAU的開放數據用于多樣化目的。

另外，開放數據有一個很大的優點是，它可以根據不同目的，使用與坐標高精度聯動的3D模型以及建筑物的紋理和其屬性信息等。由于開放數據與坐標高精度聯動，因此可以準確地將目標數據分配到目標區域和目標位置的3D模型上。這樣就可以活用在各個方面，例如更高端的模擬、城市規劃、現實社會與網絡空間聯動的數字孿生。同時，還可以活用在采用精細3D模型游戲用3D背景和采用高精度VR（虛擬現實）/AR（增強現實）的娛樂和交流等方面。

此外，在CityGML中，可以通過LOD（Level of Detail,多層次細節）這一概念，將3D對象的詳細程度進行集中管理。現在，CityGML由多達4個階段構成，包括從使用立方體形狀的對象來表現建筑物的LOD1，到除了建筑物外觀的細致性以外，還可以連接室內3D數據的LOD4（圖2）。以往的3D對象針對比例尺的變化容易變得復雜化，而現在已經可以集中有效地管理、存儲和利用同一對象的不同詳細程度的數據。這樣一來我們俯視到的城市和近距離看到的建筑物，乃至建筑物內部都能實現無縫3D顯示。例如，可以進入網絡空間的商業設施實際購物，實現這種商業的數字孿生化。

圖2CityGML的LOD概念圖（參考日本行政機關國土交通省PLATEAU網站https://www.mlit.go.jp/plateau/app/ 編輯制作）

此外，CityGML還具有一種叫做ADE（Application Domain Extension, 應用領域擴展）的功能，可擴展地物及屬性定義。它可以根據不同目的，添加相關信息（圖3）。并且，遵循ADE的格式而擴展的信息還可以用于其他目的和用途。

圖3通過CityGML的ADE而擴展的數據（參考日本行政機關國土交通省PLATEAU網站https://www.mlit.go.jp/plateau/編輯制作）

3D城市模型的活用范例

下面，以PLATEAU的使用案例為基礎，按照不同目的為大家介紹以CityGML為格式的3D城市模型的活用范例。

以城市規劃為目的而開展的分析和模擬

即使是與商業用途和住宅鄰接的地區，也可以使用每個建筑物的信息來探討細致的分區。例如，可以使用建筑物的屬性信息等豐富數據來分析適宜養育孩子的區域等，可有助于探討城市政策。

對于在地理位置上夏天氣溫容易顯著上升的城市，可以將熱空氣的停滯和流動性可視化，“建設什么樣的城市才能使居民的生活變得舒適？”，可以通過模擬將這個問題可視化，并開展探討。

將過去到現在的城市變化可視化并進行分析。“如果改變城市的人行道和車道，人和車輛的動向會如何變化？”，掌握這一點就能提高城市規劃的精度。

以掌握災害風險和防災計劃為目的的模擬

使用包含高度信息的3D城市模型，針對地區的災害風險進行模擬分析，就可以探討出更細致、精度更高的避難計劃和防災計劃。

通過模擬，將洪水和海嘯等災害可視化，就可以按各個建筑物來預測受災情況。例如，針對難以迅速避難的老年人的移動問題，以及難以從住所和工作地點前往避難所等情況，可以制定出向較高建筑物等進行有效的“垂直方向避難”的計劃。根據適合垂直方向避難的建筑物的高度和屬性（鋼筋或木造等）的數據，除了公共設施，同時也鼓勵民用大樓，探討多樣化的避難方法。

以改善城市和設施為目的的監測

使用從攝像機和傳感器中獲取的信息，將城市活動可視化并進行分析。可以開展有效的人流模擬，幫助改善人行道等城市活動路線。此外還有一個舉措的調查方法是，通過居民佩戴的智能手表，將傳感器和攝像機無法完全掌握的人流移動路線數據化和可視化，提取城市課題并加以改善。

在高速鐵路干線的主要車站等人們的活動路線趨于復雜的大規模設施中，通過LOD4連接室內數據，可以將車站內外的人流可視化，并在3D城市模型上顯示出來。將人們容易迷路或擁擠的地點可視化，可有助于改善包括活動線路在內的空間設計。

通過對某個地點周邊建筑物的屬性和人流的監測，還可以針對宣傳內容，活用在適宜且高效的室外廣告登載計劃方面。

活用于交流和娛樂

可以在連接室內外數據的3D虛擬空間中進行城市漫步，或在商業設施內接待顧客及開展交流。通過活用開放數據，可以在控制成本的同時，實現通過數字孿生進行商品銷售和城市宣傳。

身在實際城市中的AR（增強現實）用戶和身在遠程的VR（虛擬現實）用戶，雙方通過共享坐標數據，可以在同一地方共享觀光、逛街、購物等體驗。此外，發揮各建筑物存在區分的數據特性，還可以提供活用了AR的商店街各店鋪的向導和信息。另外還有一些舉措是，通過使用了實際城市的3D數據的游戲，向國內外的人們宣傳城市，以幫助吸引游客和振興地區。

通過數據主導，同時實現電子設備的高效運用

以上重點列舉了對城市和人們發揮作用的DX(數字化轉型)的活用范例。另一方面，要監測城市并獲取數據，以及開展業務自動化，數據通信則必不可少。而要進行數據通信，必須使用電子設備。在探討這些設備的高效運用時，也可以活用通過3D城市模型進行的模擬和數據。

例如，在進行人流監測時，不能毫無限制地設置傳感器攝像機。因此，可以使用3D城市數據進行模擬，探討傳感器和攝像機的設置計劃，可有助于用有限的臺數進行高效傳感并獲取數據。

另外，在無線通信方面，基站配置計劃必不可少，在制定計劃時也可以活用3D城市模型進行分析和模擬。并且，在今后有待擴大導入的物流無人機的飛行模擬方面，3D城市模型的活用也備受期待。如果能從具備各建筑物高度信息的3D城市模型中，選擇安全的立體飛行路線，就能解決人工進行現場調查的工時問題。

如上所述，CityGML標準的3D城市模型并不局限于政策、計劃、服務等方面，硬件和設備所需的規格、運用方法的探討等，各種活用方法都將受到期待。3D城市模型的活用，是實現真正的數字孿生的重大進展，隨著使用案例的增加，3D城市模型一定會成長為更加豐富充實的開放數據，讓所有行業和所有身份的人都能以新的構思廣泛活用。

審核編輯 黃宇