基于航测的数字城市三维建模技术研究

基于航测的数字城市三维建模技术研究

张海军姚金艳

西安航天天绘数据技术有限公司陕西西安710100

摘要：城市现代化建设是城市信息化建设的主体，在工业化、城镇化、市场化、国际化、信息化的大背景下，数字城市是未来城市建设的发展方向。三维城市模型是以三维数字技术为基础，给城市建设带来了数字化的思维及设计方式，更为城市的规划和管理提供方便、直观、可行的平台。随着科技的发展，三维数字技术发展会越来越快，其作用也将越来越大，有着良好的发展前景。基于此，文章就基于航测的数字城市三维建模技术展开分析和探讨。

关键词：数字城市；航测；三维建模技术

引言

我国社会经济快速发展，城市的变化日新月异，数字城市三维模型在城市规划、管理地籍、交通管理、环境仿真等方面做出了巨大的贡献。通过三维建模技术建设的数字化城市，可以为人们营造全新的视觉体验。但我国对此方面的研究还有待进一步深入，因此，本文基于理论实践，对基于航测的数字城市三维建模技术进行了如下研究。

1数字城市建设概述

1.1数字城市建设的现状

近年来，我国数字城市建设呈现出强劲的发展态势，据统计，全国有将近700个大、中城市，约有30000个小城镇已经开展了“数字城市”建设工程。“数字城市”作为城市信息化建设的关键环节，涉及到城市规划、管理、文化、经济等社会生活各领域。

1.2数字城市建设的内容及技术

1）数字城市建设主要包括：建立由城市空间基础信息平台、城市综合信息平台和城市电信基础平台组成的核心系统，通过该系统的正常运转实现信息的共享；建立应用系统；建立网络与信息接入设备，通过这些设备可以直接面向终端用户服务；建立政策法规与保障体系，该体系能够为数字城市的建设及运行提供法律、经济、标准、组织和管理等方面的保障；2）数字城市建设的信息支撑技术主要包括遥感技术、全球定位系统（GPS）技术、地理信息系统技术、城市综合功能GIS技术、数字城市的管理信息技术、虚拟技术、数据库建设技术、元数据和宽带网络等，可以将这些技术进行组合应用，最终达到城市空间数据的获取、分析、归纳及整合；3）数字城市的服务对象主要包括政府，企业，社会以及公众四方面。

2数字城市三维可视化实施过程中所涉及的技术分析

2.1模型层次细节

模型层次细节主要是指在实际操作过程中，物体与视点之间的距离，通过相互之间的远近距离来对模型精细的程度进行分析和确定。虚拟仿真过程中，数据量非常的庞大，所以一定要采取有效的措施对其进行科学合理的实时性处理，精细程度能够在一定程度上直接决定数据的处理速度。所以，在这种形势下，精度的选择就显得更加的重要，因此，最好的方式方法就是进行分层，不同的层次模型利用不同的精细程度来进行划分。这样在实际操作过程中，即使交错出现也不会导致数据自身承受很大的压力，并且还能够真正地达到预期的效果。

2.2模型分块

模型分块主要是指在实际操作过程中，根据模型所在空间位置的不同，将其划分成为不同的区域，这样在对数据进行实际处理的过程中，能够将模型自身的各个模块特点和优势特征充分地发挥出来。在实际操作过程中，如果模型自身的空间范围呈现出比较大的状态时，可以直接利用模型分块技术，这样一来，不仅能够从根本上节省系统自身的资源投入，而且还能够将资源最大化地利用。与此同时，可以将资源与模块层次化进行有效的结合，这样不仅能够促使数据量被科学合理地控制，而且还能够提升在实践当中对数据的整体处理速度，从而使得演示更加流畅和生动具体。

3基于航测的数字城市三维建模技术的应用

3.1实例分析

某三维数字城市建模项目，规划建模范围为120km2，实际有效建模面积为东西长10.2km，南北宽13.4km，总计建模面积136.68km2，总体区域呈竖矩形。在2017年7月利用AMC580多视角航空照相机系统进行测量，包括：32条航线，3641个曝光点位，供给21421张彩色航空像片以及POS数据。像片航向重叠高于80%，无人机的平均飞行高度为720m，垂直地面分辨率为6.5cm。航测完成后，利用POS进检验和解算，把相关数据录入Smart3d软件中，然后对相关数据的局部进行修整和人工干预处理，生成三维数字城市模型产品，于2017年10月提交最终成果，历时3个月。

3.2数字城市三维建模技术方案设计

在本项目的数字城市三维建模技术方案设计中，利用AMC580系统获取了高分辨率多方位的影像数据。应用Smart软件强大的图像匹配技术和三维场景运算功能，对该区域地面景物进行了实景真三维重构，达到了预期设计目标，值得学习和参考借鉴。

3.3数字城市三维建模技术应用方法

数字城市三维建模技术在本项目中的应用详述如下：

1）航测无人机载多角度摄影系统，进行全方位多角度的航空摄影，可以把该区域所有建筑都清晰地拍摄下来，大大提高了原始影像和POS数据获取的真实性和有效性。

2）合理布设检验场，也可以利用现有校验数据对POS系统的数据进行逐个更正，同时还要获取在当地卫星定位综合服务系统中的数据，对POS系统中的数据进行科学合理的处理解算，通过此种方法可获取每张航片较为精确的方位元素。

3）通过处理POS数据、地面控制数据、影像数据、卫星定位数据等和一系列计算公式，可以进行空中三角测量，从而获得每张航测航片精确的方位元素，为后期构建数字三维城市模型提供真实有效的数据和信息。

4）通过影像密集匹配技术，可以对垂直影像数据、倾斜影像数据、空中三角测量加密成果进行全方位分析匹配，获得基于真实影像超高密集点云的实景数字表面模型数据。

5）将经过增强处理的影响数据，包括：垂直影像数据、倾斜影像数据、分辨纹理等映射到基于真实影像超高密集点云的实景数字表面模型中，并形成初级三维数字城市模型。

6）通过第三方编辑软件，包括3DMAX、DiBud、AdobePhotoshop、ARCGIS等软件，对初级三维数字城市模型进行修补，并进行一系列的精细化处理，然后在导入的模型结构中，生成全要素三维数字城市模型。

7）对上述每一步的成果进行全面的验收检查，并制作相应的元数据文件，即可进行数据输出，完成数据上交任务。

大量实例表明，通过逐步履行上述方法，可生成复杂、逼真、形象的三维数字模型和场景。相较于其他技术，基于航测的数字城市三维建模技术具有耗时短、可视性强、操作简单等优势，符合现代化、规模化生产标准的需求，值得大力推广应用。

结语

城市现代化建设是城市信息化建设的主体，在工业化、城镇化、市场化、国际化、信息化的大背景下，数字城市是未来城市建设的发展方向。三维城市模型是以三维数字技术为基础，给城市建设带来了数字化的思维及设计方式，更为城市的规划和管理提供方便、直观、可行的平台。随着科技的发展，三维数字技术发展会越来越快，其作用也将越来越大，有着良好的发展前景。?

参考文献：

[1]张慧，全威.基于航测的三维建模方法研究[J].测绘与空间地理信息，2016，39（12）：211-212+215.

[2]张俊.参数化的精细三维建模技术研究与实现[D].东华理工大学，2016.

[3]薄正权，张宇.倾斜摄影在长春市城市建模中的应用[J].城市勘测，2016（03）：93-96.

[4]田宜平，李伟忠，何珍文.数字城市中三维数字社区的解决方案[J].计算机工程与应用，2004（01）：223-226.