基于激光雷達在數字城市三維建筑物建模中的應用研究

錢景山

摘要;激光雷達技術在數字城市三維建筑物建模技術中應用對于數字城市建設效果優化有非常重要的作用，也有利于現代城市建設發展。本文筆者針對數字城市三維建筑物建模進行分析研究，文章中簡要闡述了激光雷達技術以及數字城市，并總結了激光雷達技術在數字城市三維建筑物建模中的應用要點，并以具體案例分析了激光雷達技術在數字城市三維建筑物建模中的具體應用。

關鍵字;激光雷達技術;三維建模;數字城市建設

隨著現代科技發展、技術進步城市建設也隨之發展，數字化城市建設是當前城市建設的重要發展方向，對于城市合理規劃以及城市建設發展也都有十分重要的作用。而在數字城市建設中，利用激光雷達技術可以實現對城市三維建模，為后續的城市具體建設發展打好基礎。通過激光雷達技術的應用，可以實現對城市相關信息采集，并做到模型建設設計優化，從而保證模型設計建設更加合理。

1.激光雷達技術與數字城市建設闡述

1.1激光雷達技術簡單闡述

激光雷達技術是當前社會建設中應用的重要技術，也是現代遙感技術的新發展，對于遙感技術應用有重要的影響。在當前激光雷達技術應用過程中，主要是應用到地理測繪以及城市建設當中，對于地理測繪工作效率提升以及精度提升都有重要的作用。

激光雷達技術具體應用的過程中，主要是利用光度學原理、輻射度學原理、激光雷達探測原理實現技術應用，并且利用激光雷達技術系統實現信息采集和信息處理，并最終實現數據建模和仿真。在當前數字化城市建設和發展過程中，激光雷達技術應用非常關鍵。利用LIDAR系統構建，可以完成對數字城市的整體測繪掃描，并且實現數字城市的合理建模，對于數字智慧城市建設發展有非常重要的作用[1]。

1.2數字城市建設分析

數字城市建設理念是當前城市建設發展的重要方向，也是智慧城市建設的主要方向之一，是城市未來建設的重要方向，一定程度上也保證城市建設更加合理。數字城市發展建設在現代化技術發展基礎之上形成，對于數字化城市建設發展也到了關鍵的作用，一定程度上直接關系到城市建設的發展應用。在數字城市建設中，主要應用有現代化計算機技術、多媒體技術、數據處理技術、工程測量技術、仿真虛擬技術等，數字城市建設可以利用先進技術，實現整個城市數字處理，有利于城市建設中應用城市數據進行規劃建設，提高城市規劃建設效果，對于整個城市發展建設而言也起到了重要的作用[2]。

2.激光雷達技術在三維建模中的應用分析

激光雷達技術在數字城市三維模型建設中應用，對于數字城市建設發展有非常重要的影響，一定程度上也關系到城市發展建設效果。

2.1數據處理技術應用

三維建筑建模過程中，利用數據處理技術可以完成數據預處理，對于后續的三維建模有非常重要的影響。在實際的雷達激光技術應用過程中，主要完成以下幾個方面工作。首先，在數據采集完畢之后利用到GPS/IMU模塊進行數據聯合結算，從而有效的采集到數據處理過程中的城市坐標以及城市軌跡信息。其次，利用激光雷達技術商業處理軟件，實現對地面數據和建筑物數據及植被等數據的合理采集和分離，清晰的劃分多種分類點云數據，同時利用地面數據完成DEM制作和影像外方位數據的精度調整。最后，基于分類點云數據和DOM在cass下提取各物方邊界線和輪廓線，完成高精度的矢量圖制作。

2.2三維模型建立

信息預處理完畢之后，就要進行三維模型建立。利用激光雷達技術系統，可以實現對數字城市的整體模型建立，從而保證三維模型確定更加精準，也會在一定程度上提升三維模型的建設精度。首先，在前期數據預處理過程中，激光雷達技術實現了影像多方位數據的合理采集和控制，但是其在整體建筑三維模型中應用，還存在有精度不足問題，而在激光雷達軟件應用后，利用純地表數據與之前的影像外方位數據有效結合，實現對影像外方位數據的精度調整，并且融合建設成城市三維建模系統中的地表DOM。而在整個城市三維模型系統構建中實際DOM+DEM就是地表三維模型形狀。在該模型中不僅包括有地表地形信息、同時還有城市三維模型高程信息，實現了模型空間立體化建設。其次，基于三維點云數據采用專業軟件對矢量數據（建筑物）進行白模處理和制作，完成城市建筑物模型精度優化，通過模型精度優化，保證城市三維建筑模型建立更加合理。最后，利用專業軟件對地表模型和建筑物模型進行導入、整合及精化編輯，快速的實現城市建筑三維模型的建立。激光點云數據應用過程中，其主要對建筑物位置信息進行合理采集，并對三維建模中的建筑物整體輪廓清晰度進行優化，保證三維建模技術應用更加高效，也能夠在最大程度上實現三維建模技術效果優化。

2.3三維建筑模型紋理貼圖

激光雷達技術應用過程中，可以利用三維模型紋理貼圖技術實現最終的模型確立，對于模型應用建設而言也有非常重要的作用，也會在最大程度上實現三維建筑模型優化。在當前三維模型紋理貼圖過程中，主要采用手動粘貼以及紋理映射的手段進行紋理粘貼。如，實際的紋理映射過程中，選擇應用傾斜航空攝影方式進行紋理攝影，從而實現紋理信息采集，最大程度上提高三維建筑模型技術應用效果。

3.激光雷達技術在惠州市某區域智慧城市建設中的具體應用

3.1案例分析

惠州市某區域在進行智慧城市建設的過程中，選擇應用雷達激光技術進行三維建模。在工程中應用了機載激光雷達技術、無人機傾斜航空攝影技術、柵格矢量化、房屋白模制作、DEM制作、DOM制作等測量測繪技術。以下是激光技術應用的具體分析。

3.2激光雷達技術應用流程分析

3.2.1城市三維模型原始數據獲取

利用大鵬CW-30航攝設備、SONY ILCE-7R傾斜數碼航攝儀、GPS解算軟件、GPS接收機等設備獲取原始激光點云數據及原始影像數據等。通過合理的技術設計準備，保證后續的建模工作更有效率。

3.2.2數據處理技術：

本項目實施展開過程中，先利用Miscrostation+Terrasolid及GPS解算等軟件對點云、影像等原始數據進行預處理，包括GPS/IMU數據聯合解算、影像空三解算、點云糾正與分類、DEM及1：1000 DOM制作等處理過程。其次，利用處理后的測量數據，采用CAD作圖軟件對測區范圍內的建筑物進行三維線繪制，繪制完成后，通過Sketchup軟件對三維線數據進行白模處理和制作，同時對植被、道路等點云數據與影像進行融合建模處理。最后，利用軟件對地表模型、植被模型及建筑模型等進行整合、細部編輯及紋理映射。在整個城市三維模型建立過程中，也需要對采集的WGS84坐標、影像方位以及外方位元素進行合理應用，實現整個系統模型的構建。通過合理的數據處理技術，保證建模數據處理更合理更有效。

該城市三維模型經過內外業檢測對比分析，其模型結構完整，紋理清晰，無絕對漏洞;建筑物平面位置精度中誤差為0.21m，小于限差0.60m;高程中誤差0.12m，小于限差0.50m;城市三維模型成果質量可靠，精度良好?；诩す饫走_技術的三維模型，它的高程精度是遠遠高于傾斜攝影建模及傳統建模的精度的?；葜菔心硡^域三維建模通過激光雷達技術應用，能有效增強模型真實感，提高精度和效率，對于惠州市智慧城市合理性建設有非常重要的作用。以下圖4是本項目應用激光雷達技術后的三維建模圖案。

結束語

本文筆者對智慧數字城市建設進行分析研究，利用激光雷達技術可以實現三維建模精度效率優化和精度優化，對于數字化城市建設發展也起到了關鍵的作用，一定程度上直接關系到城市建設的發展應用。

參考文獻：

[1]田方. 基于激光光譜遙感圖像處理的地理信息系統研究[J]. 粘接， 2020， 041（001）：81-85.

[2]周琦， 韓富圓， 侯加林. 利用Lidar-DP系統生產數字高程模型方法研究[J]. 經緯天地， 2019， No.189（04）：58-62+66.

[3]任曉娜， 李彥睿. 激光雷達測繪技術在工程測繪中的應用探討[J]. 中國戰略新興產業（理論版）， 2019， 000（006）：1-1.