基于三維模型可視化的國(guó)土資源綜合監(jiān)管平臺(tái)研究

倪湘江 新疆維吾爾自治區(qū)自然資源信息中心(新疆維吾爾自治區(qū)自然資源檔案館)

一、國(guó)土資源綜合監(jiān)管平臺(tái)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)要分析

國(guó)土資源是人們賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，其對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著很大的促進(jìn)作用。而對(duì)于國(guó)土資源的管理而言，其過(guò)程十分復(fù)雜，主要是由于國(guó)土資源范圍廣泛，同時(shí)還需要承擔(dān)繁重的任務(wù)，因而對(duì)于國(guó)土資源監(jiān)管平臺(tái)等的研究十分重要。對(duì)于國(guó)土資源綜合監(jiān)管平臺(tái)的建設(shè)而言，我國(guó)很早便開始使用遙感影響資料進(jìn)行全國(guó)土地核查工作，同時(shí)在后續(xù)的發(fā)展過(guò)程中又對(duì)西部地區(qū)土地利用的現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查研究，1999年我國(guó)啟動(dòng)了長(zhǎng)達(dá)12年的土地利用狀況遙感監(jiān)測(cè)工程，對(duì)于人口數(shù)量比較大的城市每年都會(huì)進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，由此能夠清晰地掌握城市建設(shè)用地的規(guī)劃布局。此外，在當(dāng)前的發(fā)展過(guò)程中我國(guó)在國(guó)土資源檢測(cè)方面也取得了巨大的成就，主要體現(xiàn)在國(guó)土資源網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的建立以及礦產(chǎn)資源等全國(guó)大型數(shù)據(jù)庫(kù)的建立等。當(dāng)前我國(guó)致力于三維可視化建模方法的研究，但由于起步較晚，該方面的研究仍然存在著很大的問(wèn)題。就目前而言，國(guó)土資源綜合監(jiān)管平臺(tái)三維建模與可視化的研究過(guò)程中所存在的問(wèn)題主要包含以下幾點(diǎn)，首先是三維模型的空間分析功能還未滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，此外，模型數(shù)據(jù)的可操作性也比較差，這就導(dǎo)致紙質(zhì)圖紙資料的整合比較困難。本文即在三維建模方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)三維數(shù)據(jù)獲取的方法來(lái)建立相應(yīng)的方案，以此來(lái)構(gòu)建國(guó)土資源數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)還對(duì)三維模型數(shù)據(jù)的管理進(jìn)行分析，以此來(lái)促進(jìn)國(guó)土資源綜合管理的進(jìn)一步發(fā)展。

二、國(guó)土資源綜合監(jiān)管平臺(tái)三維模型可視化關(guān)鍵技術(shù)研究分析

(一)三維模型數(shù)據(jù)的獲取方法簡(jiǎn)要分析

本文中所采取的三維模型數(shù)據(jù)獲取主要是通過(guò)對(duì)遙感影像所獲取的圖像進(jìn)行研究分析而建立的，在此過(guò)程中主要需要對(duì)圖像進(jìn)行諸多方面的處理工作，例如正射校正、調(diào)色處理等，其中正射校正主要指的是根據(jù)全色影響的地形特點(diǎn)，在影像上來(lái)選擇適合多項(xiàng)式糾正所需要的多個(gè)控制點(diǎn)，同時(shí)還需要對(duì)全射波段影像數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正操作，糾正過(guò)程中需要嚴(yán)格的依據(jù)所選取的控制點(diǎn)進(jìn)行，在完成了所有的糾正操作后，便需要檢測(cè)影像數(shù)據(jù)應(yīng)用的精度，確保檢查點(diǎn)的差值不大于控制點(diǎn)誤差的2倍。影像融合則是指生成新的合成圖像的過(guò)程，在新的合成圖圖像生成之前，主要是利用空間分布率來(lái)進(jìn)行有效的復(fù)合變化，同時(shí)借助多光譜的影響對(duì)空間分布率進(jìn)行研究，以此來(lái)幫助生產(chǎn)變化后的新合成圖像。在此過(guò)程中能夠最大化的提高融合影響的空間分布率，同時(shí)也能保持其原始的信息，以此為后續(xù)的操作提供便利。調(diào)色及鑲嵌則是對(duì)光波段進(jìn)行有效組合的過(guò)程，一般的，主要是對(duì)紅外、紅光等進(jìn)行組合，在此過(guò)程中需要對(duì)融合之后的影響進(jìn)行彩色調(diào)整，并做好相鄰影響的鑲嵌處理工作。本文中所研究的城市區(qū)域?yàn)榈涂蘸綌z遙感影響，在此過(guò)程中需要做好相應(yīng)的正射校正，以此更好地展現(xiàn)出城市區(qū)域的基本模型。當(dāng)前進(jìn)行三維建模的過(guò)程中，由于技術(shù)方面的不完備，導(dǎo)致該工作主要是人工操作進(jìn)行的，因而實(shí)際操作過(guò)程中會(huì)耗費(fèi)大量的人力物力，因而對(duì)此做出改進(jìn)，需要將影響做成垂直投影的真正攝影像圖，之后再將影像圖合理的進(jìn)行投射，由此建筑物模型三維建模便有效地完成了。對(duì)于城市三維景觀而言，可以通過(guò)航空影像進(jìn)行處理，一般的，城市的地形以及建筑物等都可以借此也得到有效的表達(dá)，而航空影響也能夠有效的得到這類實(shí)體對(duì)象的相關(guān)紋理，幫助后續(xù)操作的進(jìn)行。同時(shí)能夠直接看到的墻面就直接利用航空影像進(jìn)行獲取，而對(duì)于無(wú)法直接觀察到的則可以實(shí)地拍攝或是利用其他方面的技術(shù)進(jìn)行獲取，并借助于相應(yīng)的軟件來(lái)進(jìn)行建筑物模型的粘貼，如圖1所示為建筑物模型圖片，這是經(jīng)過(guò)紋理粘貼后所展示出的基本圖像。此外，對(duì)于一些大面積的真實(shí)場(chǎng)景而言，其三維建模技術(shù)的可視化領(lǐng)域研究也是極為重要的，一般的，其獲取的方式主要是通過(guò)人工測(cè)量高程、利用遙感衛(wèi)星星載設(shè)備獲取地形高程數(shù)據(jù)以及利用數(shù)字?jǐn)z影來(lái)測(cè)量等。當(dāng)前在城市大規(guī)模對(duì)地物進(jìn)行三維模型構(gòu)建也廣泛地采用DEM進(jìn)行。

圖1 粘貼側(cè)面紋理之后的建筑物模型

(二)三維模型建模方法的簡(jiǎn)要分析

一般的，可以將建模方法分為三類，分別為模擬建模方法、版模擬建模方法以及測(cè)量建模方法。而測(cè)量建模中常用的方法有依圖而建、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等，本文中所介紹的為依圖而建的測(cè)量方法，所謂依圖而建，主要指的是根據(jù)往年的資料進(jìn)行建模，在此過(guò)程中，諸如地形圖、建筑立面圖等都可以作為建模的基本資料。該方法的應(yīng)用能夠有效地利用各種形式的資料，并將其紙質(zhì)內(nèi)容較好地轉(zhuǎn)化為模型的技術(shù)路線，因而很大程度上提供了便捷，減少了人工操作的難度。該測(cè)量建模方法在當(dāng)前的應(yīng)用中也比較常見(jiàn)，其建模思想經(jīng)過(guò)多年來(lái)的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，應(yīng)用實(shí)例也比較多，但相較于其他的人工操作而言，也是比較復(fù)雜的，操作工序較多也是其缺陷之一。在經(jīng)濟(jì)方面對(duì)于相關(guān)人員的技術(shù)水平要求不高，因而該方法的成本比較低。

三、基于三維模型可視化的平臺(tái)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要分析

(一)國(guó)土資源綜合平臺(tái)設(shè)計(jì)的目的簡(jiǎn)要分析

當(dāng)前我國(guó)三維建模技術(shù)的發(fā)展也是尤為迅速，該技術(shù)的快速發(fā)展很大程度上促進(jìn)了對(duì)于仿真三維模型質(zhì)量檢查等技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)于綜合監(jiān)管平臺(tái)的建設(shè)也有著很大的幫助。目前我國(guó)國(guó)土資源綜合管理平臺(tái)的建設(shè)過(guò)程中，其最為根本的目的便是以三維可視化的形式來(lái)有效地展現(xiàn)出城市景觀的基本面貌。具體而言，便是有效的利用遙感影像技術(shù)來(lái)對(duì)城市的某些資料進(jìn)行獲取，并在得到后將之導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，據(jù)此有效的建立起國(guó)土資源管理體系，幫助對(duì)國(guó)土資源進(jìn)行有效的監(jiān)理管控，同時(shí)也能夠幫助國(guó)土資源監(jiān)管部門更好地進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)管以及執(zhí)法操作。總體而言，對(duì)于當(dāng)前城市三維可視化的分析十分重要，實(shí)現(xiàn)國(guó)土資源綜合監(jiān)管三維可是化也是當(dāng)前研究的重要內(nèi)容。

(二)基于三維模型可視化國(guó)土資源監(jiān)管平臺(tái)的需求簡(jiǎn)要分析

基于三維可視化國(guó)土資源監(jiān)管平臺(tái)的建立十分有必要，國(guó)家對(duì)于該方面的發(fā)展也投入了更多的精力，在此過(guò)程中，監(jiān)管平臺(tái)主要在數(shù)據(jù)以及功能等方面有著嚴(yán)格的要求。一般的，國(guó)土資源監(jiān)管平臺(tái)需要遙感影像以及地形圖等作為研究對(duì)象，并通過(guò)紋理映射技術(shù)來(lái)有效的提高三維可視化效果，幫助更好地進(jìn)行國(guó)土資源的監(jiān)理。此外，在地形圖的制作過(guò)程中，需要相應(yīng)的高程數(shù)據(jù)作為支撐，這也是當(dāng)前基于三維模型可視化國(guó)土資源監(jiān)管平臺(tái)建立的重要內(nèi)容，最后在專題圖方面的要求也是不可或缺的，為了進(jìn)一步提高綜合監(jiān)管的范圍，需要使用到專題圖件數(shù)據(jù)，在此過(guò)程中，例如耕地保護(hù)、土地利用數(shù)據(jù)、地質(zhì)環(huán)境等專題圖數(shù)據(jù)都是必要的，這也是模型建立的重要部分，在國(guó)土資源綜合監(jiān)管及服務(wù)的建立過(guò)程中，專題圖也很大程度上有利于相關(guān)決策者做出正確的判斷。在性能方面的需求主要是保障平臺(tái)能夠順利的進(jìn)行運(yùn)行，在此過(guò)程中，平臺(tái)的二次開發(fā)需要滿足平臺(tái)所具備的擴(kuò)展要求，以此方便進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)也能夠按照要求來(lái)調(diào)整應(yīng)用功能。該平臺(tái)搭建過(guò)程中包含數(shù)據(jù)導(dǎo)入、三維建模以及監(jiān)管指標(biāo)等模塊，都需要進(jìn)行分層模塊管理。

(三)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要分析

一張圖綜合監(jiān)管平臺(tái)搭建過(guò)程中，其基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)采用比例地形圖，由此能夠使模型的尺寸以及效果更加的接近真實(shí)的場(chǎng)景。城市三維模型的建立有著十分重要的意義，其基本的模型數(shù)據(jù)如圖2所示。在此過(guò)程中，利用現(xiàn)有的數(shù)字測(cè)圖能夠更好地提取幾何數(shù)據(jù)，同時(shí)有的建筑物的側(cè)面也是可以有航片直接得到的，遮擋的部位則利用相機(jī)實(shí)地拍攝即可完成，之后還需要利用相關(guān)軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，以此來(lái)最大化地還原三維場(chǎng)景。

圖2 三維模型數(shù)據(jù)的內(nèi)容

四、結(jié)語(yǔ)

本文中就基于三維模型可視化的國(guó)土資源監(jiān)管平臺(tái)的建立進(jìn)行了深入的分析研究，在此過(guò)程中重點(diǎn)分析了三維模型建立的數(shù)據(jù)來(lái)源以及具體的平臺(tái)建立目的等，由此來(lái)方便國(guó)土部門決策者做出更好的判斷。