三维数字化建模技术在数字城市建设中的应用研究

三维数字化建模技术在数字城市建设中的应用研究

李林伟

新疆方信工程设计咨询有限公司 新疆乌鲁木齐 830000

摘要：随时社会进步，城市建设也出现前所未有的变化，数字城市建设逐渐成为城市建设发展的必经之路，而且城市数字化水平，也成为城市发展程度的重要标志，鉴于开展数字城市建设，需要以三维数字化建模等相关高新技术的合理应用为依托，所以笔者将在下文中首先简要分析阐释实景三维建模与数字城市的关系，继而梳理多源数据融合的三维实景建模，并探讨如何将多源数据融合的精细化建模合理应用于数字城市建设，以期推动我国数字城市建设发展。

关键词：三维数字化建模技术；数字城市建设；技术应用

引言

现代化高新技术不断创新升级与广泛应用，为而今的城市建设提供了强有力的技术支撑，智慧城市、数字城市概念的出现，则为城市建设指出了发展途径，随着城市建设不断向数字城市推进，传统建模技术已经不能满足数字城市建设需要，故而相关人员针对数字城市三维模型进行了大量研究，因此实景三维建模技术得以问世，但是为了进一步降低数字城市建设成本，仍需要进行实景三维建模技术的合理完善与优化，可见很有必要开展数字城市建设的多源数据融合三维实景建模研究。

一、实景三维建模与数字城市之间的密切关系

为了能够推动新时期数字城市建设，能够充分的满足国民经济发展、生态文明建设以及自然资源管理的需求，我国测绘地理信息以及自然资源相关部门对于实景三维中国建设有了比较强力的推进，有一些相关的技术文件陆陆续续的发布出来，其中有技术知道也有技术大纲等文件。首次把实景三维当作是国家重要新型基础设施进行明确的就是自然资源部在2022年发布的《关于全面推进实景三维中国建设的通知》中。在数字城市建设中比较重要且关键的环节，就是把物理城市中陆地水域、室内、地上地下等现实和数字化对应起来，这样就能够将实景三维模型建立起来了。据相关统计表明，由于实景三维建模技术不太成熟有局限，导致实景三维数据采集和建模成本居高不下。和数字城市项目周期及成本有直接关系的就是实景三维建模技术效率和成熟程度。目前，有了人工智能技术的加持，实景三维建模技术有了较大的改进，这样一来就能够充分满足构建不同级别城市三维模型的需求了，从数字中国的构建角度出发来看意义是非常重大的。

二、三维实景建模和多源数据相融合

（一）获取多源数据

1.获取点云数据

在对被测物体空间坐标进行获取的时候可以通过三维激光扫描技术实现，全面深入的处理获取到的空间坐标，同时将被测物体三维模型建立起来，这代表着一次技术进步，这是这次技术革新的产物。以下我们主要分析一下三维激光扫描技术优势：其一，在存储和数字化相关三维信息的时候比较高效，在更新或者是修改数据的时候比较便捷；其二，能够非常迅速的获取到非常大量的信息数据；其三，在处理、分析和编辑已有信息的时候是非常迅速的；其四，可以持续24小时不间断的开展相关工作，能够提供比较完整的数据；最后，该种模式是非常安全的。在对大区域面积开展相关三维建模工作时，地面激光扫描仪是比较适用的，这种扫描仪的特点是测量精度高、测量速率高且扫描范围广。另外其操作流程也是比较简单的，首先要设置好相关参数，然后就可以开始工作了。通过该项仪器能够以fls格式点云数据存在。Realworks软件能够压索封装、抽稀、编辑、去噪获取到的点云数据，然后将点云建筑结构图最终呈现出来。

2.获取倾斜摄影测量数据

通过将多个相机妥善安置在无人机上，可以对建筑物进行全方位拍摄，将建筑全角度形态比较高效的呈现出来，能够非常细致的表达建筑物细节。目前我国倾斜摄影测量实景三维建模技术基本上是比较成熟了，其优点也是非常多的，因此广泛的应用到各个行业。给予航空摄影测量技术衍生发展出了倾斜摄影测量技术，对航空摄影测量角度单一问题进行了有效补充，其能够全方位的采集地物的相关数据，获取到多幅地物倾斜影像数据。和正射影像进行比较，倾斜影像对地物能够进行全方位观察，这样一来地物就更加的真实了，借助CASS或者是CAD能够对其进行操作，获取到弧长、坐标、面积、角度以及边长等数据信息。所以，从这个角度来看倾斜影像弥补了正射影像的部分不足之处。

（二）多源数据融合的三维实景建模

在多源数据融合的基础上产生的三维实景建模方法能够获取到比较真实的地物信息，采用该种方法一般有四步走：其一，预处理多源数据；对点云数据开展相关的拼接、抽稀以及去躁处理；其二，统一多源数据坐标系统，将不同种类数据坐标格式进行有效转换；其三，有机融合多源数据信息，借助特定的融合算法在统一坐标系统中融合地面近景数据、倾斜摄影测量数据以及点云数据等；最后，三维建模，最终就能够获得具备完整信息的三维建筑结构图了。

三、在数字城市建设中多源数据融合精细化建模的具体应用

（一）能够将有效数据源提供给精细化数字城市建模

对数字城市建模精度起着决定性作用的就是数据源。在多源数据融合基础上的方法，可以得到多角度正射影像、立面影像以及建筑立面点云数据，有非常完整且丰富的数据源，可以将建筑物在短时间中完整的展示出来，三维建模效果非常好，可以服务好数字城市建设的各个环节和过程。与此同时，其还直接影响到数字城市建筑群三维数字化保护、精细化三维建模的进行，其能够很好的将密集建筑群中存在的纹理细致丰富、表面轮廓复杂以及体积庞大的问题解决掉。

（二）数字城市建设的准确性和完整性有了较大幅度提高

从模型真实性和精度角度来看，无人机倾斜摄影测量效果还是比较好的，其优点体现在自动化程度高、成本低以及建模效率高等方面，不过复杂曲面有孔洞、模型纹理拉伸等情况出现，倾斜摄影模型有比较好的渲染效果，模型是比较真实的，不过其只是表面模型，若想要进行数据的查询和分析的话，其是不能够完成的。引入和使用三维激光扫描仪之后，其能够获取到比较大量的点云数据，这就能够很好的将倾斜摄影测量中存在的纹理模糊和建筑立面模型漏洞问题很好的解决掉。不过该项仪器的缺点是获取高大建筑物顶部数据时有缺陷，但是倾斜摄影模型能够对其该项缺点进行有效弥补。通过纹理贴图的方式把地面近景数据引入道其他两种数据源中，该种方式能够将纹理拉花、孔洞、模型变形等问题很好的解决掉，建模精度和准确度有了极大地提升。

（三）精细化建模建造的数字城市

目前我国数字化城市推进速度十分迅速，对于我国三维实景中国统一建设必须得进行响应，当前我国有诸多城市都加入到了这个行列中，例如西安、广州、青岛以及深圳等城市，当前都已经开始实施数字城市建设。青岛将精细化实景三维建模技术和多源数据有效的融合起来，将数字化海滨城市高精度的呈现出来，这样一来就可以感知、分析和测量这座城市了，通过该种方式能够达成虚拟和现实交互的目的，用户沉浸体验感有了极大的提升。若是三维模型建立没有非常真实可靠的数据源作为基础的话，很难实现智慧城市和数字城市的建设工作，数字中华和数字地球的建设也会受到严重影响。

结束语：如今的数字城市建设趋势已然形成，鉴于三维实景建模技术是开展数字城市建设的巨大技术助力，为了进一步提升三维实景建模技术在数字城市建设中的应用价值，并优化其应用效果，迫切需要进行三维实景建模技术的合理完善，故而尚未进行了多源数据融合三维实景建模的分析研究，并探讨了多源数据融合精细化建模在数字城市建设中的应用，希望具备一定参考价值。

参考文献

[1]张双,邓清卿,杨明秀.基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J].建筑工程技术与设计,2018.

[2]宋建虹.基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模分析[J].大科技,2017.

[3]冯仕超,刘会芬,刘颖.三维GIS建设中的地理空间数据优化——以3Dmax数字城市建模为例[J].世界有色金属,2016(9):2.