一種不依賴現勢航片的建筑三維模型場景快速更新的方法

陳麗瓊 譚斌華

摘 要：如果已有現勢航片，建筑三維模型的更新可以依賴攝影測量建模的方法快速完成，但如果沒有現勢航片，這類更新將很難快速實現。本文闡述了一種在沒有現勢航片的情況下，利用建筑竣工圖、放線定位圖、規劃方案、現狀地形圖、衛星影像圖和少量現場實測數據進行建筑三維模型場景快速更新的方法。

關鍵詞：三維規劃輔助審批;竣工圖;定位圖;規劃方案;建筑三維模型;三維場景更新

1.引 言

隨著城市建筑三維規劃輔助審批手段的逐漸應用，城市對建筑三維模型場景的現勢性要求越來越高，建筑三維模型場景的更新周期也要求越來越短。這種更新周期的要求已經遠遠超過城市航片數據更新的能力。此時，我們需要尋求一種無現勢航片進行建筑三維模型場景快速更新的方法來滿足三維模型場景用戶的需求。

2.傳統建筑三維模型場景更新思路及局限性

傳統采用三維激光掃描儀和車載移動掃描系統逐點掃描獲取目標點云構建三維模型場景，但這種方法因設備、數據量、軟件價格因素被制約。如果已有現勢航片，可采用攝影測量方法進行批量快速更新;如果沒有現勢航片，且更新工作量很小時，采用全野外測繪全野外實地拍照的全手工更新方法[1]。由于現勢航片的獲取有很多制約因素，目前的無人機數據獲取門檻雖低，但像幅小、軟件要求高。所以三維模型更新需要一種能有效利用已有資料又無需額外購置軟硬件的備用方法。

3.不依賴現勢航片快速批量更新建筑三維模型場景的方法

在測繪單位的日常生產中，一般會積累一些現勢測繪產品，如：建筑竣工圖、放線定位圖、規劃方案、現狀地形圖、衛星影像圖和歷史DEM、DOM，我們可以采用這些資料和少量的實測數據完成批量快速更新。

3.1建筑三維模型場景查新

3.1.1已有場景模型與已有測繪資料室內對比查新

1）將已有三維模型參考最新衛星影像圖對比查新，刪除已變更的三維模型。

2）按優先級別將竣工圖、定位圖、規劃方案、現狀地形圖參照最新衛星影像圖、三維模型對比查新，將無三維模型但衛星影像上有建筑的建筑元素保留，其他刪除。

3）將無三維模型、無竣工圖、無定位圖、無規劃方案、無現狀房屋圖但衛星影像上有建筑的房屋按衛星影像上的房屋輪廓描出來，修改投影差，做無圖標示，進行野外補充測量建模。

3.1.2室內對比成果野外實地查新

將室內對比成果資料疊加影像圖打印，到野外進行實地調查。

3.2野外作業

3.2.1測繪房屋輪廓與高度

對查新后標注有“新建”和“變更”字樣的建筑進行野外測繪房屋的位置、輪廓、高度。

3.2.2測繪地表高程數據

竣工圖和現狀圖不能覆蓋或變化的地方，需測繪地表高程數據，用于后續地形模型更新。測量規則：新建建筑地基高，每個建筑測一個;不流動水系，每個水系測一個水面高;流動水河流，上下游各測一個，建模時進行內插;其它地方地表高程有0.5米變化的測，點間距20米左右。

3.2.3拍照

1）房屋表面拍照

竣工圖測繪時會拍建筑照片存檔，因此只需拍無竣工圖的新增現有建筑的表面照片，用于進行三維模型表面紋理貼圖。建筑側面在地面拍，建筑頂面在更高的房屋上拍。拍照的原則是“先拍整體，后拍局部，記錄每棟首尾照片編碼”。

2）地面拍照

站在需更新模型區域的高建筑上，對地面進行拍照，該照片經室內糾正后用于地面影像局部更新。

3.3建筑三維模型體更新

3.3.1刪除已變化或拆除的已有三維模型

3.3.2建立新增的建筑三維模型體

根據查新時提取的竣工圖、定位圖、規劃方案、現狀地形圖、無圖區域衛星影像描繪的簡單房屋輪廓資料和新測房屋資料這6種測繪數據進行新增建筑三維模型體新建。

1）根據竣工圖、定位圖、現狀圖、新測房屋數據建模

利用竣工圖、定位圖、現狀圖數據的建筑輪廓實線部分和標高，與查新時調查的房屋層次建三維模型體。建模時“房屋高度=房頂標高-正負零標高”，單位米。有女兒墻高標注的，還需建女兒墻模型。建模時，超過7層建筑一般按1層5米，其它層3米進行房屋高度計算;低于7層的建筑按每層3米進行房屋高度計算。

2）簡化整理已有規劃方案模型

規劃方案報建審批后，還沒有進行放線定位的建筑，直接利用報建方的三維審批建筑模型進行簡化處理完成更新。由于報建的模型可能不是最終的審批成果，因此有定位圖的要以定位圖成果建模。

3.4新建模型表面紋理貼圖

有竣工圖的建筑，利用竣工圖作業時的現場照片進行模型表面紋理貼圖提取。其它需做精模的建筑，利用野外照片進行模型表面紋理貼圖提取。

3.5地形模型更新

地形模型的更新主要是對變更區域建筑地基、水系及其它道路植被等地表高程模型的更新。需先提取對應地方的高程數據，然后在建模軟件中進行局部地形建模。

3.5.1新建建筑地基局部地形模型創建

建模的高程從竣工圖的正負零標高、規劃方案圖紙、現狀圖的建筑周圍平均高程、野外新測地表高程數據中提取地基高程進行局部建筑地基地形模型創建。

3.5.2新建水系局部地形模型創建

水系的水面高從竣工圖、規劃方案圖紙、現狀圖、野外新測水系高程數據中提取，直接在衛星影像或規劃圖上矢量化水系范圍線，高程設水面高或內插水系邊線高，利用特征線進行水系局部地形模型創建。

3.5.3建筑、水系之外的地表局部地形模型創建

提取建筑、水系之外變更處的竣工圖、現狀地形圖、規劃方案圖、野外新測地表高程數據進行局部地形模型創建。

3.5.4利用局部新建的地形模型更新整個場景的地形模型

立體整合編輯新舊地形模型接邊處，保證連貫銜接，過度平緩，實現地形模型更新處理。

3.6地面影像更新

3.6.1變更區域影像更新

如果已有的衛星影像分辨率和現勢性能滿足三維場景要求，就直接將整個需更新區域的新的衛星影像替換鑲嵌到舊的場景影像中，否則需進行局部影像更新。

局部影像來源于野外拍照的糾正后成果和規劃方案中的規劃效果圖。將局部經過糾正處理的影像與歷史地面影像進行鑲嵌更新。

3.6.2規劃水系顯現、橋梁影像抹除和建筑投影差影像抹除

將規劃方案圖上規劃的水系和正建水系處的地面影像，根據水系局部建模范圍線，用水面紋理影像進行鑲嵌替換;對于已經創建了橋梁模型的橋梁影像進行相似抹除操作;對于地面影像圖上因投影差壓蓋道路的建筑影像進行相似抹除操作。

3.7建筑模型、地面模型合并整合創建更新后新場景

1）在三維場景平臺內編譯已經更新的地形模型、地面影像、建筑模型;

2）各要素銜接核查及不吻合處理。

總結：利用已有現勢航片進行建筑三維模型場景更新，更新速度快，但是需要有現勢性高的航片，拍攝這種航片的成本很高，且需要繁瑣的批文和授權，因此這種更新方法受到了航片獲取的限制。利用全野外測繪手工更新方法進行建筑三維模型場景更新，更新的速度很慢，工作量非常大，僅能利用它進行少量更新。根據竣工圖、定位圖、規劃方案、現狀地形圖、衛星影像圖等已有的測繪資料和少量的實地測繪進行建筑模型場景更新，除可以快速完成更新之外，還能將已審批定位但未建成的建筑模型搭建起來，展示在場景中，供后續參考使用，可謂物盡其用，物美價廉。

參考文獻：

[1]楊建思，杜志強，彭正洪等.數字城市三維景觀模型的建模技術.武漢大學學報（工學版）.2003：38—39.

作者簡介：陳麗瓊（1977-），女，云南大理人，本科，高級工程師，研究方向：測繪工程。