基于點云數據的三維全景平臺研究與實現

侯岳 方樂道 王俊 朱睿

（河南省測繪工程院，河南鄭州 450003）

基于點云數據的三維全景平臺研究與實現

侯岳 方樂道 王俊 朱睿

（河南省測繪工程院，河南鄭州 450003）

城市三維全景的建立能夠直觀、真實地向人們提供全方位城市場景的各種信息。本文提出利用測繪地理信息新技術建設三維全景平臺的技術思路，并詳細闡述建立三維全景平臺的點云數據的處理步驟和方法，并對處理中的關鍵技術進行總結。

三維全景平臺；點云數據；快速匹配；協同處理；自動裁切

三維全景技術作為測繪地理信息新技術應用的重要領域，是當前城市信息化發展的方向。城市三維全景的建立能夠直觀、真實地向人們提供全方位城市場景的各種信息。其通過將GIS、網絡、多媒體和虛擬仿真等高科技手段相融合，顛覆傳統的城市規劃建設理念及管理方式，向城市的規劃與建設部門提供更多的調控及管理途徑，進而預測未來城市的建設發展趨勢［1-3］。

本文三維全景技術融入了GIS系統強大的空間分析功能，在處理城市復雜的綜合問題時，能調用多方面數據庫進行綜合分析，幫助人們更好地建立起全局觀念與模擬直觀感。

1 主被動遙感支持下多源數據獲取

為全面、高精度地建設全景三維平臺，單一的數據源已無法滿足本項目的需求。依托現有的機載LiDAR、車載移動測量系統和航測無人機等高新測繪技術裝備，以高精度機載LiDAR數據、高分辨率衛星遙感數據為主，輔助無人機近景攝影測量數據和車載LiDAR數據，將多種數據源深度融合，充分發揮多源數據的自身優勢，為提取高精度DEM、DOM、建筑物輪廓線和特征地物提供數據支持［4-6］。

2 統一基準的多源數據坐標轉換

不同的數據源有著數據自身的表達優勢，但由于數據獲取方式不同，所采用的坐標基準也不盡相同。在數據預處理階段，需要根據所采集數據區域范圍和大小，選擇合適的坐標轉換模型和數據平差模型，將多源數據轉換為統一的坐標基準，并保證數據精度［7］。

3 點云與光學影像數據快速匹配技術

根據時間同步得到點云和線陣相機每一條線的對應關系；然后，由空間位置和姿態得到在掃描線上與激光點對應的像素；最后，讀取對應的影像文件并讀取對應的像素值，并將像素賦予對應的空間位置點［8］。這樣就得到了包含有顏色信息的空間彩色點云數據，融合了色彩屬性信息的點云數據，在可視化顯示、自動分類、智能建模等方面更為直觀，具有很大優勢。

4 空地點云數據協同處理技術

機載LiDAR能夠準確表達建筑物的頂部信息，但對建筑物立面信息的獲取欠缺，而車載LiDAR則能夠準確描述建筑物立面的幾何位置和紋理信息［9］。因此，綜合利用機載LiDAR和車載LiDAR數據，充分發揮兩種數據源的不同優勢，擴展時空分辨力。

4.1 基于無人機影像數據提取建筑物頂部紋理

首先對無人機航拍影像進行糾正和配準。再通過影像融合、影像鑲嵌和附加信息整飾過程完成多比例尺的高分辨率DOM制作［10］。其次進行頂部紋理的自動裁切。以高精度的DOM作為面向裁切的對象。將DLG數據轉為shape格式文件，使用Python腳本語言編寫裁切程序，按照DLG每個要素進行圖片裁切，生成的圖片文件使用對應要素外框最大坐標“x-y”進行命名，后續貼圖工序直接按該坐標查找即可。

4.2 基于車載LiDAR數據提取建筑物立面信息

以車載LiDAR數據為研究對象提取建筑物底面輪廓線，建筑物立面邊緣信息（邊緣線）是建筑物的又一重要特征，鑒于絕大多數建筑物立面都垂直于地面，則建筑物立面邊緣在平面上的投影即是建筑物底面輪廓。本項目擬采用基于結合高程與投影點密度的濾波方法實現建筑物立面點云的精提取，并依據立面點云在X-Y平面內的投影輪廓提取出建筑物底面輪廓的二維矢量圖。

4.3 基于機載LiDAR數據提取建筑物輪廓線

建筑物的輪廓線反映著建筑物的重要特征，是建筑物三維重建的關鍵。利用機載LiDAR建筑物頂面點云與相應的影像數據提取出建筑物頂面輪廓矢量圖，并采用區域增長算法實現了人字形屋頂及復雜屋頂的面片分割與提取。

5 GIS支持下的三維場景空間一體化分析

三維平臺體系以三維數據管理平臺為基礎，實現三維建模數據、影像數據、地形數據的編譯與發布，數據服務與各類查詢分析服務的發布與管理。平臺支持海量三維地理信息數據的共享、發布、瀏覽、編輯、分析和檢索等完整服務。其提供可支持“數據-軟件-服務-應用”四位一體的三維地理信息服務完整解決方案。

［1］李江濤.多源數據支持下的遙感影像分類和信息提取研究［D］.北京：北京師范大學，2004.

［2］金濤勇，李建成，邢樂林，等.多源衛星測高數據基準的統一研究［J］.大地測量與地球動力學，2008（3）：92-95.

［3］李隆方，張著豪，鄧曉麗，等.基于無人機影像的三維模型構建技術［J］.測繪工程，2013（4）：85-89.

［4］楊洋.基于車載LIDAR數據的建筑物立面重建技術研究［D］.鄭州：解放軍信息工程大學，2010.

［5］馮義從.車載LiDAR點云的建筑物立面信息快速自動提取［D］.成都：西南交通大學，2014.

［6］孟麗艷.基于車載LIDAR系統的建筑物立面紋理映射［D］.焦作：河南理工大學，2015.

［7］魏征，董震，李清泉，等.車載LiDAR點云中建筑物立面位置邊界的自動提取［J］.武漢大學學報（信息科學版），2012（11）：1311-1315.

［8］謝秋平.綜合機載與車載LiDAR數據的建筑物三維重建［D］.焦作：河南理工大學，2015.

［9］陳焱明.基于機載與車載LiDAR數據的建筑物模型多視三維重建研究［D］.南京：南京大學，2015.

［10］魏征.車載LiDAR點云中建筑物的自動識別與立面幾何重建［D］.武漢：武漢大學，2012.

Research and Implementation of 3D Panoramic Platform Based on Point Cloud Data

Hou YueFang LedaoWang JunZhu Rui

（Surveying&Mapping Engineering Institute of Henan Province，Zhengzhou Henan 450003）

The establishment of 3D panorama can provide a variety of information about the city scene directly and truly.In this paper,we proposed a new technique to construct 3D panoramic platform by using the new technology of surveying and mapping geographic information,the steps and methods of the point cloud data processing were dis?cussed in detail,and the key technologies were summarized.

3D panorama platform；point cloud data；fast matching；cooperative processing；auto crop

TP391.41

A

1003-5168（2017）02-0028-02

2017-01-09

侯岳（1984-），男，碩士，工程師，研究方向：三維虛擬技術，數字城市建設及相關系統研發。