实景三维建模测绘技术在智慧城市建设中的应用

 实景三维建模测绘技术在智慧城市建设中的应用

黄松

（广西圣尧智能科技有限公司 广西南宁 530000）

摘　要：近年来，智能城市建设迅速发展，已经深入到了生活的方方面面，满足了现代人对于便捷、快捷、高品质生活的需求。没有基础 GIS的支持，智能城市的建设是必不可少的。但是，数字城市中的基础地理信息资料重建设轻应用，二维矢量、三维模型、图像栅格等多源数据的更新周期长、规模大、融合程度低，已不适合在智能城市建设中应用。

关键词：三维建模；测绘技术；智慧城市

引言：智慧城市是利用新一代通讯技术，整合和挖掘城市各种信息资源，快速、高效的满足各种社会活动的需要，实现城市管理、运行的智慧化。智能城市的内涵很广，其中“数据与服务融合”是其技术元素的核心，而三维数据建模是“数据与服务融合”的基础工作。三维数据模型工程主要是将野外收集到的各种数据进行综合、加工，生成符合智能城市的统一规范的三维 GIS地图。这将为未来智能挖掘分析、数据管理治理和各类业务应用提供数据支持。相对于二维的 GIS，三维 GIS模型可以将空间位置、几何形态、表面纹理等综合起来，使其更为直观。智能城市的三维 GIS是将整个城市的地理信息进行综合表示，形成一个立体的空间 GIS数据结构，从而为整个智能城市提供了支持[1]。

1三维测绘

测绘是基于计算机、光电、网络通信、空间科学、信息科学等技术的技术核心，利用 GPS、遥感、 GIS等技术，等技术，对地面上现有的特征点、边界进行测量，获取反映地形状况的地图、位置信息，为工程的规划、设计、管理提供依据。在工程建设中，测绘工作是一项服务和指导性质的工作，它贯穿工程的整个过程，不管是工程成本还是工程质量，都与测绘工作紧密相连，最直观的体现就是工程测量（包括工程测量图、工程量计算表）、工程验收（验收剖面图、模板验收表）。设计图纸作为项目的基本参考，它的正确性直接影响到整个项目的控制和性价比，对设计图纸进行有效、准确的复核和布置，是目前测绘工作的重点，而二维方法绘制不能完整直观反映设计蓝图结构，引入三维方式绘制成为必然。

2智慧城市三维建模项目设计

2.1项目设计目标

智能城市三维模型的设计目的包括三个方面：3D可视化、数据融合、数据查询与分析。首先，利用二维、三维可视化的方法，对研究区的地面、地下场景进行二维、三维可视化的表示，对不同类型的模型进行了分层显示，能够直观的反映出各类型的空间分布情况，并能迅速提供精确的空间地理信息。其次，对数据进行合理的数据结构设计，使三维模型、地籍数据、地形数据等数据进行整合。各种数据应该容易地进行修改和维护，并且可以很好地进行扩充。数据格式必须具备较强的普遍性，能够适应多种 GIS的需要，真正实现 GIS的数据共享，充分利用这些数据在城市规划、建设和管理中的作用。最后，将数据输入到 GIS系统中，完成室内室外浏览、定位查询、三维分析等工作。

2.2项目设计原则

智能城市三维造型工程应遵循以下几个方面：合理选取模型模型，尽量利用已有的数据；采用标准化的建模过程，对三维模型进行结构、纹理的优化，降低了冗余，提高了显示的流畅度；根据标准规范进行数据格式的设计，尽量做到数据融合和通用化；要充分发挥 GIS的作用，对空间 GIS进行高效的管理，实现对空间 GIS数据的快速查询与精确分析。

3智慧城市三维建模项目资料收集

3.1数据的搜集和分析

1)用大比例尺进行地图绘制

在三维模型设计中，该坐标系还将用于数据的空间定位。同时，根据标准规范，对各种资料进行了分级。因此，在进行数据处理时，可以对数据进行分层抽取和利用。

2)数字正射影像图（DOM）

利用百度地图，下载了1:5000卫星遥感图像。这种方法分辨率高，图像清晰，云雾遮挡少，符合实际条件，能满足三维模型的要求。在实际应用中，必须对其进行坐标变换，并参考图像中的道路分布特征，将其划分成不同的区域。同时，这些资料也可以应用到地形 MPT的制作中[2]。

3)土地所有权资料

获得了本地区地籍图、地籍测量控制点坐标和产权调查资料。每一块土地的所有权人/单位、联系人、电话、权属调查等信息都被标注出来，并在此基础上进行地形建模和属性拼接。

4)建筑物的规划

获得一幢大楼的平面、立面、剖面图、二楼的内部装饰设计图。在数据符合要求的情况下，通过对建筑物内外的纹理数据进行采集，建立了一个三维模型。

3.2本研究地区尚未获得的基本信息和处理办法如下：

1) 数字高程模型（DEM）

由于该地区地形起伏大，缺少数字化高程模型，无法准确地描述地形特征，构建真实的地理信息模型，无法进行三维空间分析。这里的数字海拔模式还没有在地图上给出。因此，利用1:500地形图中的高程、等高线资料，建立了一套基于地形 MPT的数字高程模型；然后，生成个数字地面模型 (DTM)，实现更精确的三维高差地形建模。

2) 数字线划地图(DLG)

数字线绘地图是当前各大城市的重要地理基础资料，它是将地形图和各类基本资料结合起来的一项重要技术，它的主要功能是显示、查询、平面空间分析。要真正实现二三维数据的整合，并进行数据的整合，就必须将1:500的调查面积数据，按标准进行数据处理，形成基本的 GIS数据。

3.3智能城市三维模型技术方案的选取和设计

3.3.1选定技术计划

当前，智能城市三维建模的内容包括基础数据处理、外业数据收集、内业数据的生成。

1.常见的基本资料处理方法

而在普通的二维向量基础资料中，例如 DLG，仅有一些基本属性，例如要素类别代码、名称、特征信息等，并没有一个特定的数值来进行标定。基于数据融合技术的最新需求，在所需数据中加入“图元标识码”和“地理实体识别码”，将1:500地图作为地理信息数据要素和实体库。同时，利用图像和海拔资料进行了地形建模。基本资料采用通用 GIS处理技术，制作要素，实体数据库，以及 MPT地形建模。本研究区外业资料的获取应采用倾斜摄影与人工摄影相结合的方法，以获取该区的现状。但是，由于受客观条件的限制，目前只能采用人工拍摄，所以在采集到的资料时，采用传统的人工建模方法，对采集到的资料进行了比较细致的处理[3]。

3.3.2技术计划的编制

本文通过对所研究区域智能城市三维模型的需求分析，主要工作内容，获得的主要基础资料，比较与选取了以上常用的外业、内业工作模式，确定了主要采取的方案如下：

利用 Arc GIS 地理信息处理技术，从1:500地形图中抽取有关资料，并将其与地籍资料相结合，生成 DLG实体库及 DLG数字高程模型（DEM）资料。利用 Skyline的 Terra Builder软件，生成 DOM和 DEM为地貌建模（MPT）。利用野外观测资料，利用摄影技术获取了该区的现状。以传统的人工方法进行内业资料的生产，以1:500的地形图为基础，利用 DEM资料对地面高程进行控制，以经验值和比例来决定其他类型的地物。采用人工造型的方法进行室内模型的制作。大型景观石、复杂雕塑等，则采用照相技术进行造型。

4智慧城市三维模型数据的平台展示

4.1数据整合导出

制作好的 GIS数据库和模型文档必须输出到 Terra Explorer Pro所支持的. SHP格式和.XPL2的3D模型数据。

4.1.1 GIS基本资料的导出

在 ArcGIS中，将. GDB格式的 GIS作为一个独立的. SHP向量交换文件，输出到一个单独的. SHP格式。

4.1.2三次建模数据的推导

1）.将文件和坐标导出. X格式

首先，必须将. X格式的输出插件安装到3dsMAX文件中。然后，通过 Skyline公司提供的 skExporter1.3模型，把3dsMAX的模型作为一个独立的. X文件和-1- HTM的坐标文件进行输出。在输出时，必须先把初始设置的偏差值填入，然后把模型坐标移动到原来的位置。选取坐标档的存储地点，然后输出该场景。X档案应该储存在原始资料夹内，与贴图档案的路线相同。

2）.XPL2模式的转化

XPL.2是 Skyline特有的模式，它是将. X文件的分级显示和包装。在 TerraExplorer Pro中， LOD会根据模型和贴图的复杂度自动生成，等级为4。

通过 MakeXpl软件，可以大量地将. X的模型文件转化成. X。选取要处理的模型和XPL2档案，而不是「物件轴归零」。单击“运行”来进行转换。请注意. X档案与相关的贴图档案在相同的资料夹中。

3）.生成座标点 SHP文件

首先，把. HTM的坐标档内容拷贝到. TXT的文字档。将“name x y z”添加到文本的首行，并将其保存。接着，利用 SHP的“TxtToShp”将坐标文本转化成 SHP格式，在 ArcGIS中开启，对其进行分类。在此基础上，利用空间分析的方法，将整个研究区的所有建筑物坐标点合并成 SHP档案。将有关地籍属性的资料加入到地面模型坐标中。零件坐标，添加类别属性，旋转角度，以及相应的“模式符号档案名称”属性。绿化树的坐标坐标，添加了树木的种类，旋转角度，比例等。可以增加树龄、保护单位的特异属性。至于内部的模型，则是要添加楼层编号、楼层名称等。室内模型也可以采用进-一步拆分的方式，将房间作为最小的单位进行管理。

4.2数据输入与3D显示

4.2.1将数据导入 TorraExploror Pro平台

首先，必须将事先准备好的 MPT文件装载到平台工程中，以作为整个场景的基础。接着，将 SHP向量图层以流式装入，并选择所有属性。在“类型”的“符号”中，选取“三维模型”。在“模型”中使用“[模式路径]\[姓名].xp12"格式填写“文件名称”；当一个属性中有一个名字时，就会选择这个名字。“高程方式”在“位置”中选取绝对值。在“几何”中，每个方向都是一。默认情况下，其它属性就可以了[4]。

5结语

基于数字城市的三维模型，我国目前正在进行的智能城市三维建模工程，其数据制作过程更加专业化、更加完善。本文通过智能城市三维建模工程的设计和实施，表明采用传统的人工建模方法，利用基本的测绘资料，制作出具有更高的生产效率、更精细的模型，能够满足用户的功能和非功能需求。其中，高差地形模型的制作方法与实际情况相符，精度达到了要求，能更真实、更美观地反映实际的地表构造，可以更好地满足高差三维高差地形应用的需要。

参考文献

[1]关丽, 丁燕杰, 张辉,等. 面向数字城市建设的三维建模关键技术研究与应用[J]. 测绘通报, 2017(2):5.

[2]项志勇, 张畅. 倾斜摄影三维模型单体化研究及智慧城市应用[J]. 测绘与空间地理信息, 2018, 41(5):191-194,201.

[3]葛余超, 李锋, 詹勇. 一种基于三维模型的数据降维方法[J]. 测绘通报, 2019(S2):4.

[4]龚强, 王丽欣. 对新型智慧城市三维模型"计算思维"的思考[J]. 测绘与空间地理信息, 2017, 40(11):1-2,8.