基于傾斜模型城市二三維集成管理研究

摘 要：傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展對于真實多層次城市三維信息的快速獲取及加快城市現(xiàn)代化進程具有重要意義。本文通過研究基于傾斜模型的城市全要素二三維一體化集成管理技術(shù)，采用二維矢量管理三維場景的技術(shù)路線為三維城市管理提出有效的解決方案。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測量；單體化；3DML

城市實景三維模型是建設(shè)三維城市GIS重要核心內(nèi)容，按照城市自然和人工要素統(tǒng)一坐標無縫拼接的可視化三維模型[ 1 ]。非接觸式測量技術(shù)極大豐富城市三維信息的獲取來源，但傳統(tǒng)非接觸式測量技術(shù)依然難以滿足數(shù)字城市三維建模要求。傾斜攝影測量技術(shù)突破傳統(tǒng)正射影像的局限，采用多視角相機鏡頭獲取多角度影像，通過全自動化后期處理軟件快速獲取城市實景三維模型。現(xiàn)如今發(fā)達國家將傾斜測量技術(shù)作為城市數(shù)據(jù)更新主要手段，應(yīng)用于國土安全、城市管理、應(yīng)急指揮等諸多領(lǐng)域[ 2 ]。

一、傾斜模型單體化

傾斜模型由于其全自動化建模機制具有整體性，本質(zhì)上數(shù)字表面模型并投影真實紋理，城市要素無法單獨分離使用，因此需要對傾斜模型單體對象化并進一步組織管理。

（一）單體化方法對比

切割單體化是最嚴格意義上單體化，對傾斜模型根據(jù)地物范圍進行物理上切割，但切割單體化將破壞傾斜模型數(shù)據(jù)自帶LOD結(jié)構(gòu)且切割邊緣具有嚴重鋸齒邊緣，在三維場景中極大影響三維渲染性能。單體化的目的是為解決傾斜模型的組織管理問題，動態(tài)單體化將二維矢量面數(shù)據(jù)套合在傾斜模型上，并賦予模型對應(yīng)的屬性字段用于管理組織，保證原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)情況下將二三維一體化管理。

（二）三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)集3DML

3DML數(shù)據(jù)是通過Skyline CityBuilder充分利用傾斜模型自帶LOD結(jié)構(gòu)，添加矢量分類圖層至模型上對其進行壓縮與流優(yōu)化，加快客戶端加載速度減少內(nèi)存消耗，有機融合3DMesh圖層、分類矢量圖層、屬性數(shù)據(jù)進行組織管理。

二、基于DSM建筑物輪廓提取

3DML數(shù)據(jù)有效實現(xiàn)二三維數(shù)據(jù)結(jié)合，用于單體化的分類矢量圖層需進行重新采集，采用人工繪制或現(xiàn)勢性較差的現(xiàn)有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)勢必影響單體化結(jié)果。利用傾斜模型本身的DSM結(jié)構(gòu)和等高線為閉合曲線的特點，結(jié)合ArcGIS組件工具從中提取閉合等高線并進行篩選，達到快速提取傾斜模型上建筑物輪廓效果。其主要步驟為：

1）DSM提取閉合等高線。從傾斜影像中快速獲取DSM高分辨率數(shù)據(jù)，在ArcGIS中使用Surface Contour工具，以單層樓層高度作為高差值生成閉合等高線；

2）等高線篩選。在提取的等高線中使用Caculate Geometry功能計算長度，設(shè)定閾值將過長或過短的等高線剔除，將高程值低于一個樓層高度的等高線進行剔除；

3）建筑物輪廓篩選。經(jīng)過步驟2篩選的結(jié)果仍存在大量重復(fù)輪廓線，使用拓撲關(guān)系檢查重疊的多邊形，剔除重疊的面保留最外側(cè)的輪廓線；

4）輪廓線簡化。利用ArcEngine開發(fā)小程序?qū)⑤喞€上接近平行的線段進行節(jié)點簡化，簡化后的結(jié)構(gòu)使用拓撲工具生成輪廓面矢量數(shù)據(jù)；

5）屬性關(guān)聯(lián)。將現(xiàn)有的城市基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)通過Spatial Join工具將與輪廓面重疊的面要素提取屬性并賦予至輪廓面圖層上；

6）質(zhì)量檢查。檢查輪廓面中存在的拓撲錯誤，屬性關(guān)聯(lián)錯誤等問題。

三、二三維集成管理技術(shù)

（一）全要素與二維矢量數(shù)據(jù)集成

本文使用工具為Skyline CityBuilder軟件，將城市傾斜模型通過添加分類圖層生成多細節(jié)層次優(yōu)化的三維網(wǎng)格圖層數(shù)據(jù)庫。從傾斜模型中提取的建筑物輪廓作為分類矢量圖層，CityBuilder并非直接讀取OSGB文件，在加載傾斜模型前軟件將其進行轉(zhuǎn)換成對應(yīng)金字塔結(jié)構(gòu)的dea模型。CityBuilder通過讀取OSGB文件所在目錄，添加傾斜模型元數(shù)據(jù)xml文件，轉(zhuǎn)換為軟件可讀取格式。將從傾斜模型中基于DSM提取的建筑物輪廓矢量面作為分類圖層加載至場景中，觀察并設(shè)置其套合情況，最后生成的3DML可直接加載于三維場景中，并可對其分類后的模型進行點擊查詢統(tǒng)計等二維矢量操作。

（二）城市全要素分層分塊組織管理

城市二維矢量數(shù)據(jù)包含多分類多層次的數(shù)據(jù)，建筑物輪廓面是最底層的詳細數(shù)據(jù)，進行主要操作的為建筑物輪廓面圖層，因此需充分利用梳理各類矢量數(shù)據(jù)與分類圖層之間的邏輯關(guān)系達到二維數(shù)據(jù)管理三維場景效果。

城市所需管理的二維核心數(shù)據(jù)主要包括地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、交通路線數(shù)據(jù)、城建信息數(shù)據(jù)以及各部門所對應(yīng)的眾多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。依據(jù)行政區(qū)域編輯作為依據(jù)，結(jié)合城市分布點將劃分粒度劃分為三個級別：區(qū)縣、街道、街坊。區(qū)域劃分的編碼采用行政區(qū)劃統(tǒng)一編碼作為依據(jù)，對面狀圖層要素采用“城市區(qū)號+區(qū)縣代碼+街道編碼+街坊門牌號”的規(guī)則進行統(tǒng)一編碼。

將二維矢量數(shù)據(jù)劃分為三個級別，在數(shù)據(jù)入庫管理和加載至三維場景之前，使用拓撲關(guān)系檢查低級別圖層所取區(qū)域是否完全包含于高級別的圖層的面狀要素中。拓撲關(guān)系檢查完畢，使用ArcGIS工具中Spatial Join功能將高級別圖層的區(qū)域面要素屬性賦予低一級別圖層的要素中，使用這種邏輯管理方式可快速在三維場景中調(diào)用要素之間的從屬關(guān)系，將二三維數(shù)據(jù)作為有機的整體進行統(tǒng)一管理。

四、結(jié)語

二維矢量數(shù)據(jù)套合傾斜模型的方法實現(xiàn)城市實景模型的單體化，為二維管理三維場景集成管理提供解決方案。本文基于傾斜模型提出二維矢量數(shù)據(jù)管理三維場景的方法，打通二維與三維之間的障礙，提出從DSM中提取等高線的方法對傾斜模型進行輪廓線提取方法，并結(jié)合城市特點提出二三維集成管理技術(shù)。

傾斜攝影測量技術(shù)以大范圍、高精度全面感知復(fù)雜場景，系統(tǒng)具備高性能的協(xié)同并行處理能力，在新一代城市空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中有著巨大的發(fā)展?jié)摿 3 ]。以面向?qū)ο笏枷敕謱咏M織管理的傾斜模型將滿足不同領(lǐng)域用戶多元化的應(yīng)用需求，更好得致力于智慧城市的建設(shè)。

參考文獻：

[1] 趙中元.大城市三維地理信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)[D].2011，武漢大學(xué).

[2] 薄正權(quán)，張宇.傾斜攝影在長春市城市建模中的應(yīng)用[J].城市勘測，016（03）：93-96.

作者簡介：黃文誠（1992-），男，漢族，福建閩侯人，碩士，研究方向：地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)。