三维数字城市是当前智慧城市的研究热点,正向高精度、大规模、一体化、网络化的方向发展。三维城市模型在城市规划领域中的应用范围广、精度要求高,且追求较高的三维效果,为三维数字城市地理空间框架建设的重要内容。三维城市模型辅助城市规划时需要几何和纹理的精细化、地上下一体化的可视化表达。当前的三维城市建模在模型精度、效率和效果等方面不能完全满足城市规划的要求,影响其在城市规划和管理中的深入应用。针对城市规划对精确的空间关系、逼真的三维可视化效果和地上下一体化的三维城市模型的需求,本文在深入分析三维城市各类对象的建模理论和建模方法的基础上,充分利用数字城市已有的空间地理数据,研究了面向规划的高精度三维城市一体化建模的相关理论,解决了快速、精确、逼真地进行地上下的一体化建模中的系列问题,提出了一套整体解决方案。主要研究内容和研究结果如下：(1)研究了面向规划的高精度三维城市一体化建模体系。详细地分析了城市规划对三维数字城市的需求、一体化建模的特征以及已有的数据资源,在此基础之上,对三维数字城市的数据类型进行划分,对一体化数据组织进行了探讨,研究了面向城市规划的三维对象的数据采集、数据利用、几何建模、纹理建模等的一体化生产体系。(2)针对目前大多数三维城市模型不能反映地形起伏变化、道路建模的几何精度低与纹理仿真效果差的问题,依赖纯外业采集纹理与高程信息的效率过低,采用车载移动道路测量系统可较好解决这些问题,但一般商业移动道路测量系统成本偏高,为此本文研发了一种简易实用的车载移动影像采集系统。该系统基于北斗增强的三星CORS、普通单反相机与360。全景相机等集成,提高了街景影像的分辨率及城市空间定位的可用性,实现了城市道路建模的高程及精细纹理的快速采集。(3)研究了面向规划的建筑物纹理快速建模方法。通过对典型纹理映射基本理论方法的介绍与总结,探讨了基于平面映射原理提高建筑物立面纹理映射效率的方法。另外,针对屋顶纹理建模,提出一种航空影像与纹理材质库的模式匹配算法,自动判别屋顶类型并适配映射参数,全面提升三维重建纹理分辩率。(4)研究了顾及地形特征的三维道路及附属设施建模的关键技术,提出并实现了基于DLG、DOM的道路标志标线等道路要素的三维精细建模方法。通过与车载移动影像采集系统获取的道路基准线进行高程与方向匹配,以及城市部件普查数据与三维道路附属设施模型库的自动关联,实现三维道路及附属设施快速高精度建模。(5)研究了地下管线和地下建构筑物一体化无缝建模方法。通过弯头接头、管点套合、不同直径井室模型平滑过渡等关键算法研究,解决了地下管线自动化生产方式中细节不足、与地上附属设施未挂接与结合的关键问题。提出了基于规划核实的地下建构筑物三维参数化建模方法,开发了相应的采集及三维预处理系统,解决地下建构筑物三维建模技术难题。通过上述关键技术的研究,开发了系列三维数据生产软件和管理软件。基于本文研究的理论和方法开发的一体化数据生产体系在常州、沈阳、福州等城市推广应用。通过实际生产验证,实现了三维数字城市的数据一体化生产,满足了城市规划对三维数字城市高精度、高效率和逼真的三维效果的需求。