基于Lidar數(shù)據(jù)和傾斜攝影的城市三維模型構(gòu)建

吳建菲

（河北省第三測繪院 河北省石家莊市 050000）

引言

隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，傾斜攝影技術(shù)也出現(xiàn)在了我們的世界里，由此更多的人們利用這項新技術(shù)更加重視“數(shù)字城市”的建設(shè)。“數(shù)字城市”是一種開展城市管理的新手段，是未來對城市各要素進行有效把控的重要措施，進行“數(shù)字城市”的建設(shè)能夠為城市管理、城市交通規(guī)劃與城市信息查詢等提供服務(wù)，而在這其中，三維實景城市的構(gòu)建是十分重要的。現(xiàn)階段城市三維模型的作用越來越突出，它被廣泛的用于各個領(lǐng)域之中，如城市變化檢測、城市環(huán)境檢測以及應(yīng)急決策等，而技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，對數(shù)字城市模型的精度提出了更高要求。三維建模技術(shù)是不斷發(fā)展的，由傳統(tǒng)的建模技術(shù)到建模與測量技術(shù)以及傾斜測量技術(shù)相結(jié)合，而選用不同的建模技術(shù)對三維建模的精度與真實度會產(chǎn)生不同的影響，因此有關(guān)人員要不斷研究與完善該技術(shù)。

1 幾種建模方式的介紹與對比

隨著建模技術(shù)的不斷發(fā)展，每一種新生的建模技術(shù)與之前的建模技術(shù)在所采用的建模方式上都有著一定程度上的發(fā)展，當然也會存在一定的不足。“數(shù)字城市”的發(fā)展對于建模效果與建模精準度有了更高的要求，現(xiàn)階段從數(shù)據(jù)源的建模方式來分基本上有傳統(tǒng)建模方式、基于攝影測量的建模方式以及基于傾斜攝影測量技術(shù)的建模方式，這里對后兩種建模方式進行主要討論。

1.1 基于攝影測量技術(shù)的建模方式

這種建模方式的主要技術(shù)手段是是采用常規(guī)航拍的方式對地物進行拍攝，以垂直下視的信息為主，然后以這些圖像為依據(jù)通過3dMax、AutoCAD等軟件對地物進行建模；但是由于缺少側(cè)面立面信息，需要通過人工補拍紋理的方式獲得。

這種建模方式的不足之處在于對一些建筑形態(tài)較為復(fù)雜的或是建筑之間存在遮擋與陰影等因素的建筑進行影像匹配的過程中會存在一定誤差，并且重建過程中要投入大量的人力，需要大量的人工操作，自動化程度較低。

1.2 基于傾斜攝影測量技術(shù)的建模方式

這種建模方式主要是通過在一個飛行平臺上搭載多個傳感器，從不同的角度對地面同一地物進行拍攝，攝影角度的限制有所改善。采用該建模方式需要利用專門的軟件來對收集到的傾斜影像進行有效處理，從而實現(xiàn)建模過程。

這種方式的不足之處在于它不能將某個特定的建筑物從城市三維模型中進行剝離，因此基本上是不能滿足有關(guān)人員對單個建筑物進行分析管理的要求；采用機載Lidar技術(shù)能夠有效提升三維點位坐標的精準度，但是其精度相比之下還是比較差的，由此不能為城市建設(shè)提供數(shù)字三維模型。

通過對這兩種建模方式的介紹，我們能夠感覺到，不論哪個技術(shù)都不能滿足快速建設(shè)實景、高精度城市三維模型的需要，所以我們要采用一種新型的建模方式來彌補這其中的不足之處。

2 建模方式

現(xiàn)階段我們將機載Lidar技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)建出一種新型的建模方式，這種建模方式能夠利用Lidar技術(shù)的優(yōu)勢所在，在較短的時間內(nèi)能獲取大面積城市地物的精確三維坐標，通過這些數(shù)據(jù)坐標來創(chuàng)建城市三維模型的白模型；并且能夠得到較為完整、具有較高真實度的城市地物紋理，通過有關(guān)技術(shù)將這些紋理映射在三維城市模型之中。將該技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)相結(jié)合形成有效的建模方式從而解決了三維實景城市建設(shè)過程中顯存的一些問題，并能夠得到較為直觀的城市現(xiàn)狀。

這項技術(shù)有以下特點：①能夠在短時間之內(nèi)對范圍空間內(nèi)進行信息收集，并收集多角度影像資料信息，大大提升工作效率；②能夠較為真實的反映城市三維地形；③建模精準度與還原性較高，細節(jié)刻畫豐富；④使得模型定位有著更高的精度，能夠滿足1：1000比例測圖的需要；⑤使得建筑模型的可測量精度提高，高程精度優(yōu)于30cm；⑥模型反映出來的城市紋理接近真實，真正意義上的實現(xiàn)對城市的實景還原建模；⑦擁有較高的建模效率，通常情況下工作周期較短；⑧在三維實景城市中可以進行各類分析與量測應(yīng)用；⑨能夠提供可靠的城市三維模型，以及DOM、DEM點云數(shù)據(jù)和可測影像庫。

3 三維城市模型的重新組建

3.1 操作流程

基于Lidar數(shù)據(jù)和傾斜攝影的城市三維模型構(gòu)建是一種較為新穎的建模方式，這種方式是運用Lidar技術(shù)來進行地面點高精度三維坐標的獲得，在運用傾斜攝影獲得的傾斜影相提供紋理，對原有的白模型進行豐富。

3.2 地面建模

城市三維模型的最底層就是地形模型，其他構(gòu)成三維模型的要素都

要建立在地形模型的基礎(chǔ)之上。因此我們要對地形模型的質(zhì)量進行把

關(guān)，要避免與建筑模型的出現(xiàn)重疊的現(xiàn)象，控制好地形模型的精度，為城

市的空間分析提供保障。

3.3 建筑物建模

建筑物是組成城市不可缺少的要素，城市與鄉(xiāng)村在建筑物規(guī)模與體量上不同使建筑成為城市發(fā)展的標志物，由此可見建筑物模型在城市三維模型中的地位。在制作的過程中，應(yīng)提前想到后期模型編輯與更新中會出現(xiàn)的問題，將建筑模型只作為單體線框模型，并以對象的形式對其進行有效管理。再進行分類之后，提取建筑物點云，并把傾斜影像的空間定位信息導(dǎo)入到相關(guān)的軟件之中，在軟件中實現(xiàn)傾斜影像與點云數(shù)據(jù)之間的聯(lián)動。雖然點云有著高精度坐標的優(yōu)點，但還不能完美的表現(xiàn)建筑物輪廓，因此我們還需要手動對建筑物的輪廓進行勾勒。

4 結(jié)束語

通過實踐證明，采用Lidar技術(shù)與傾斜攝影結(jié)合的建模方式，能夠更加完善影像信息，為城市三維空間的建設(shè)提供更多有效數(shù)據(jù)，更為真實的反映城市空間布局。它相比傳統(tǒng)的建模方式，不僅僅能豐富紋理，提升建模質(zhì)量，更能大大縮短建模時間，提升建模效率，又同時涵蓋了分析與量測等功能。該建模方式能為“數(shù)字城市”建設(shè)提供可靠的信息平臺，充分保障其使用功能的發(fā)揮。

[1]閆利，程君.傾斜影響三維重建自動紋理映射技術(shù)[J].遙感信息，2015，30（2）：31～35.

[2]高 山，陳 思.城市三維建模技術(shù)與標準研究[J].測繪通報，2013（3）：96～98.