城市三维地理信息系统中三维模型的快速构建方法

大规模三维模型的快速构建一直是影响城市三维地理信息系统(3DUGIS)发展的一个重要因素.基于3DUGIS中景观模型的表达原则与分类,分别针对抽象的点、线、面状对象提出符号匹配和三角剖分的批量三维模型构建方法.这种建模方法方便、快捷、自动化程度高,可广泛应用于城市景观中地面、河流、道路、绿地、规则建筑物、地下管线等地物的三维建模.通过对上述三维模型快速构建方法的实现,验证了三维模型生成的效果和效率.     

一种高效快速建立地物三维模型的方法——以大疆无人机和Pix4D软件实现

探寻能满足需要并低成本高效快速构建地物三维逼真场景的方法是当前研究的一个热点。利用低价大疆无人机获取地表、地物影像与价格适中的Pix4D软件结合来快速构建地物三维模型是一种方法。该方法虽采用传统以摄影获取地表数据的方式,但手段和手续方便简单,数据采集工作效率高;影像数据处理用Pix4D软件基于点云数据三维建模,有操作方便、高效快速、自动化程度高等特点。用不同的实验建模方案、数据与建模参数,对最终建成的模型和结果有影响,经对结果进行精度评价,表明该方法能满足要求,可行、可用。     

组件式三维GIS技术及应用研究

组件化是地理信息系统软件开发的发展方向，而三维可视化是地理信息系统的核心技术之一。文章就三维地理信息系统开发中的关键技术进行了研究，如：三维场景综合建模平台、地形模型的建模和处理、地物模型的建模和处理、地物模型与地形模型融合、基于矢量地图数据生成地表纹理、视景数据动态管理等。并运用开发的系统对河南省新密市古城寨遗址进行了模拟。     

基于CityEngine规则的三维虚拟校园构建

三维虚拟校园是校园信息化重要组成部分。目前,国、内外基于GIS的三维虚拟校园构建方法都存在周期长、成本高、不可重用等缺点,本文提出了一种基于CityEngine规则的三维虚拟校园构建方法。具体步骤包括:(1)三维虚拟校园场景构建;(2)基于CityEngine平台,利用GIS矢量数据,通过建立CGA规则构建校园建筑物、道路和其他附属设施三维模型。基于CityEngine规则的三维虚拟校园构建,能充分利用现有GIS数据,快速和批量构建三维模型,提高三维虚拟校园的效率和节约建设成本。     

面向复杂地理场景的日照分析算法研究

在现实世界的复杂地理场景中进行日照分析模拟,必须考虑众多真三维地形/地物的遮挡因素,传统的日照分析方法难以得出高效、准确的结果。该文面向复杂地理场景的真三维地形/地物要素,设计了相应的日照遮挡分析算法,并以太阳光线的空间局限性为基础,构建了均匀格网-AABB-kd-树的场景组织方式,可以准确、快速地计算出日照时数,有效地实现了算法加速。     

基于钻孔数据的三维地层模型的构建

三维地质建模是三维GIS在地学中的一个重要应用,三维地层模型对实际的地质分析极为有用。在综合前人研究成果的基础上,提出了一种由工程钻孔数据构建三维地层模型的方法。该方法以钻孔资料作为地层建模的源数据,具有简单实用、快速稳健的特点,并且能够将用户手工编辑修改的钻孔剖面图融入实际建模流程,解决了以往单纯依靠钻孔数据进行建模而导致的建模结果不精确且难以修正的问题。该文介绍了该方法的基本思想与实现流程,探讨了断层数据的加入对模型的影响及解决方案,并通过一个建模实例展示了该方法的实际建模效果。     

三维社区建模与分析的共形几何代数方法

利用共形几何代数的多维统一表达与分析优势,研究了集成多源数据的三维社区统一建模与分析方法。构建了基于多重向量存储结构的社区场景整体建模流程,实现了CityGML、DXF等多源数据的导入与集成,并设计了基于共形几何代数的对象运动表达与插值方法。以德国Waldbruecke村为例的验证结果显示,基于共形几何代数的三维社区建模可以较好地表达复杂社区对象,并可以有效支撑几何度量、动态对象跟踪、运动轨迹重建等功能实现。     

基于DEM三维地层建模及一体化显示

目前三维地层表面建模方法构建的三维地层模型上表面粗糙,与地形不一致.在分析当前建模方法缺陷的基础上,基于多层DEM建模思想,提出了利用DEM修正主TIN的建模方法;该方法可保证模型与地形的空间一致性,实现模型与地理数据的一体化显示.并提出了利用虚拟钻孔进行剖面图离散化处理,将建模数据源统一为钻孔数据,从而将剖面图融入实际建模流程,解决了单一钻孔数据导致建模结果不精确及模型无法修正的问题,也简化了多源数据导致建模方法复杂的问题.最后以合肥市某区为例,展示了该方法的实现过程及建模效果.     

基于GIS地理空间关系的消防审查知识图谱构建

BIM具有精细三维建模的优点,能够通过计算机平台展示消防设备的具体细节,GIS具有强大的空间分析功能,可以反映出BIM模型内构件的空间关系^[1]。随着消防审查技术要求的日益提高,审查人员在消防设备的运营和管控中,大都缺少对消防设备地理空间信息属性的审查环节,这无疑会对审查结果的准确性造成一定影响。本研究针对上述问题,提出将建筑信息建模(BIM)技术与地理信息系统(GIS)技术相结合,实现这两种技术的相辅相成,并引入了知识图谱来改良建模。该方法以《建规》为基础语料库,通过改良的Methontology法,实现半自动化的图谱本体构建;接着采用Stanford大学开发的DeepDive新型数据管理系统,实现消防规范的特征关系抽取;最后在KGB(Knowledge Graph Builder)智能开发平台完成知识图谱的构建。该研究的意义在于一方面能够促进建筑行业与GIS技术的结合,另一方面也能够推动知识图数据库与文本规则条例的融合配对,实现综合楼宇消防构件的实景三维自动化审查。     

旅游景区三维可视化场景构建

针对旅游景区的三维建模方法进行研究,着重探讨自然景观、人文景观的三维表现,包括地面三维信息与地下三维体、物质与非物质文化景观的三维显示;提出三维数据采集的质量控制方法及建模规范,并以浙江省温州市江心屿景区为例,实现了该旅游景区的三维场景构建。     

城市三维地层建模中虚拟孔的引入与实现

该文引入“虚拟孔”的概念并将其应用到实际的城市三维地层建模流程。在建模过程中,用户可以根据实际工作需要,结合对地质模型的理解,在特定位置处加入适当数目的虚拟孔,并将其与实际的钻孔数据一起约束到模型中,从而构建精细的三维地层实体模型,有效满足实际工程的要求。通过一个建模实例,比较了引入虚拟孔前后的建模效果,表明应用虚拟孔建模具有很强的灵活性、直观性和可操作性。     

利用规则对Worldview-2影像进行地物信息提取研究

研究针对Worldview-2影像的地物特征,采用一种多层次规则的面向对象地物提取方法,通过建立和执行各类地物的提取规则,从多尺度分割产生的影像对象中提取不同地物。实地验证结果表明,该方法提取地物的总精度为84.2%,Kappa系数为0.791。建筑物、道路、耕地和裸地相混合误提现象较多,主要是由于这4种地物的光谱特征相似导致,应选用更敏感的识别参量或建立更高效的识别规则以提高识别精度。     

基于空间封闭度的城市通风廊道构建——以衡阳县城为例

南方季风气候夏热冬冷的特殊性,让人们意识到城市在夏季应加强自然通风,冬季则需抵御寒冷的冬季风,而构建城市通风廊道不仅有利于缓解城市夏季的热岛效应、减轻大气污染,还能减少冬季风的侵袭。当前城市风环境研究一般选用数值模拟的方法,其可实现不同情境下的城市风环境模拟研究;但也存在短板,特别是在城市总体规划等大尺度的设计方案初期,受计算机性能限制需要花费大量的时间和精力。文章以湖南省衡阳县城为研究对象,提出通过规则建模的方法建立城市3D模型,并利用ArcGIS空间叠加构建城市空间封闭度综合评价模型。通过该方法计算出城市的潜在通风廊道,并与PHOENICS模拟的风速云图进行验证,结果基本吻合,验证了模型的可行性。研究发现：在设计初期阶段应考虑城市风环境变化,选择规则建模不仅有利于方案的快速建模,还能快捷构建规划方案的通风廊道;城市通风廊道的构建需要考虑多项城市要素,根据风道的不同作用空间在规划方案中构建了8条一级通风廊道和14条二级通风廊道,并比较PHOENICS的风速云图和综合评价结果,证明了由建筑、路网、水体、绿化系统所构建的廊道系统能较好地与通风廊道相重叠,并证明了风口、开敞空间、水域、道路...     

IKONOS影像在城市绿地提取中的应用

本文以南京城市为例 ,重点讨论了基于IKONOS影像的城市绿地信息分级分类提取方法 ,通过将IKONOS多光谱数据合成 ,根据各类地物的不同光谱特征 ,采取相应的方法提取出各层信息。在此过程中 ,仔细分析地物间在IKONOS 4个波段中的光谱差异 ,非线性增强阴影区绿地的NDVI值 ,利用光谱差异分层提取、剔除信息 ,最后把各分级绿地信息合并得到整体绿地分布图。分级分类法充分考虑各类目标的不同特点 ,避免了通常单一分类方法中单纯利用光谱特征所造成的地物混分现象。     

3DCM的几何与纹理数据一体化管理方法研究

建设三维城市模型(3DCM)首先需要建立场景所需的海量地形地物空间数据库,从而有效组织三维实体数据来满足大范围高精度场景实时绘制的要求.该文提出一种以三维空间实体为单位的基于关系数据库(RDBMS)的3DCM的几何与纹理数据一体化管理方法.采用Direct3D 9.O三维开发平台、C#编程语言实现了3DCM空间数据库模型管理系统.实验证明:该系统在效率、安全、网络多用户访问方面都优于传统基于文件的管理模式,满足了大范围3DCM海量模型数据管理与应用需求.     

基于三维激光扫描仪的建筑物建模应用研究

为分析三维激光扫描仪在建筑物建模方面的精度,针对传统实测的建模方式,采用基于三维激光扫描理论技术对某建筑进行扫描,从其数据获取、数据分析处理,到获得该建筑物的表面三维模型的过程入手,对比、分析与传统测量的建模方法所获得模型的精度及可靠性。结果表明,三维激光扫描仪所获得数据的精度完全达到了预期的要求,且可以大大节省数据建模的时间,突显了三维激光扫描技术的优势,也为三维激光扫描技术在其他领域的应用提供了科学参考。     

城市地下空间开发地质环境质量三维评价方法研究--以合肥市滨湖新区为例

城市地下空间开发地质环境质量评价可为城市地下空间规划和工程建设提供重要决策支持。该文以合肥市滨湖新区为例,构建城市地下空间开发地质环境质量三维评价方法:利用三维隐式建模方法融合多源数据进行三维地质建模,从工程地质、水文地质、地质构造和不良地质体等方面构建三维评价模型,利用三维距离场分析、三维空间统计分析等方法对三维评价因子进行分析、提取,最后基于确权和综合评价方法得到地下空间开发地质环境质量三维综合评价结果。实例研究表明:该方法能够显著提高评价结果的深度方向分辨率,相关成果可为城市地下空间精细规划及可持续开发利用提供方法参考。     

一种基于机载LiDAR和离散曲率的建筑物三维重建方法

机载LiDAR作为一种获取地物空间信息的新技术已得到广泛应用,但从LiDAR数据中重建建筑物三维模型方法的缺乏,是制约其进一步发展的瓶颈.该文介绍了一种自动与人机交互建模相结合的建筑物三维重建方法,首先基于离散曲率分析自动提取建筑物3D轮廓信息,然后将建筑物轮廓信息作为约束条件,使用模型驱动的ATOP算法实现建筑物自动建模,并支持对复杂建筑物人机交互建模.     

基于钻孔的三维地质模型快速构建及更新

为利用钻孔数据快速构建三维地质模型并进一步提高模型合理性和数据质量,提出了基于钻孔的三维地质模型快速构建及更新方法.利用基于层位标定的钻孔数据快速解译方法完成原始钻孔中地层分界点的编号之后,实现了三维模型的自动构建;通过在约束条件下调整层面虚拟控制点,完成了模型的交互式调整,并能根据调整结果自动更新三维模型.该方法在建模实际案例中的成功应用,证明其能够很好地处理工程实践中的复杂问题,提高了建模效率及模型质量.     

基于多通道数据融合的无人机遥感影像地物目标提取方法

针对仅使用无人机遥感RGB影像进行目标检测时精度不高、高程信息利用不足等问题,该文采用通道叠加和类IHS变换两种多通道数据融合方法对RGB影像与高程数据进行融合,使用DeepLabv3+卷积神经网络语义分割模型提取两种融合影像地物目标,并与RGB影像提取结果进行对比分析.结果表明,基于上述两种融合影像的地物目标识别精度高于仅使用RGB影像的识别精度,其中通道叠加影像的整体像素精度、平均像素精度和Kap-pa系数分别提高了3.52％、1.42％ 和14.99％.由于不同地物目标与周围地物的高程差不同,致使各融合方法对不同地物目标识别精度的提升效果不同,道路、建筑和地面识别精度的提升效果较好.