基于三维gis平台的数据融合基本方法

发布时间:2020-04-10 18:15:06 作者:臻图信息 阅读量:1075

三维GIS是在二维GIS的基础上发展起来的新兴科技,它提升了空间数据在二维平面图中简单表现的拘束,保持了GIS系统的三维智能化,拥有更为精确的量测剖析、更为形象化的展现实际效果和更为高效率的信息化管理,在新型智慧城市、工程建筑、考古学等行业拥有更为普遍的运用。综合性考虑到三维模型的生产制造难度系数、高效率和成本费,在三维GIS平台中,地貌、等高线模型通常选用不一样的方式 单独搭建,因而拥有不一样的数据构造和特性。以三维地貌模型特征分析,依据组成模型网格图种类的不一样,三维GIS地貌拥有标准网格模型和不规律三角网模型之分。而三维等高线模型创建的方式 更为多种多样,能够 根据三维激光器扫描仪、倾斜摄影精确测量、技术专业的三维三维建模软件或三维GIS系统等获得。在三维GIS平台中为考虑地貌、等高线模型模型在精密度、视觉、查寻等各层面的规定,必须开展等高线与地貌三维模型间的结合,即根据对三维模型的粘贴和修复,做到界限光滑且纹路拼凑当然的实际效果,最终融合成全新的三维大数字模型。

地貌模型与等高线模型结合较早的科学研究起源于1996年,MichaelF.Polls等就根据几何图形置入的方法,将矢量素材路面数据融进地貌网格中,可是该路面模型自身并不具备波动形状,仅仅做为矢量素材数据存有,并且沒有处理动态性LOD(LevelofDetail,LOD)地貌模型转变难题。近几年来,针对三维模型结合层面的关键难题取决于三维GIS系统中,等高线模型通常依据水准基准点创建,而标准网格地貌根据有波动特点的DEM(DigitalElevaionmodel,DEM)创建,进而造成结合后的二种模型中间出現不配对的状况,典型性的就是说等高线模型飘浮于地貌模型之中或是等高线模型一部分掩藏在地貌模型之中,如下图所示。以便处理这一难题,胡璐锦、刘小标、李强等专家学者依据地貌网格图种类的不一样,将三维GIS地貌分成标准网格地貌和不规律三角网地貌来各自科学研究相对的模型结合;也有一部分专家学者则将等高线模型归类,分为单独于地貌网格图和取决于地貌网格图的两大类等高线模型,并进一步细分化为斑点状等高线、条带条状等高线及其面状等高线,明确提出了根据地貌更新改造和根据等高线更新改造的不一样结合方式 ,具备象征性的有王光霞、刘宁、万刚等。以便有利于访问,AnupamAgrawal,AngelikaWeber、MichaelF.Polls、陈国军等人到原来三维模型结合的基本上又添加了对多尺度地貌模型的结合科学研究,健全了三维数据结合后的LOD展现科学研究。

文中对地貌模型与等高线模型的结合方式 开展了系统归类如下图所示,对近些年明确提出的各种各样三维数据结合方式 干了小结和简评,并探讨了根据倾斜摄影精确测量模型结合行业碰到的难题和将来的发展前途。

1 三维模型的搭建与表述

普遍的三维模型搭建方法有4种,见下图一:其一是根据主动型收集的三维云数据数据,历经去噪、修复、斜面线性拟合等全过程创建三维模型,如下图二所示;其二是根据倾斜摄影相片的主动式的深层重新构建,创建三维模型;其三是应用三维三维建模软件,如三dMAX、Maya等手机软件,根据给出的几何图形信息内容及拓扑信息内容制做三维模型,如下图三所示;最终一种是运用三维GIS系统设计方案在CityEngine或ArcGIS手机软件内创建带有室内空间拓扑关系的三维模型,如下图四所示。

图一

图二

图三

图四


在三维GIS系统中,地貌模型一般用二种方法表述,其一是规则网格模型,其二是不规则网格模型。
标准网格模型与不规律三角网模型是地貌模型的二种关键表达方法。标准网格模型是由尺寸固定不动且含有座标(表述室内空间部位)的方形网格图组成,每一网格图中的数字意思标高。其优势是数据构造简易,有利于应用和管理方法;缺陷是数据规模大,在地形轻缓地域易出現数据冗余数据,而在地貌繁杂地域则没法不错地反映地形波动,像素较低。
不规律三角网模型是以不规律遍布的数据点转化成持续的三角形面来靠近地貌表层,能够 较大 水平地复原土层微小的波动,不错在意地形特征,因而又被称作“斜面数据构造”。对比于标准网格模型,不规律三角网模型中端点遍布具备任意性,因而不规律三角网地貌模型可以高精密仿真模拟繁杂的地貌表层,并有数据数据冗余小,储存高效率,合适多层面表述等特性。可是数据构造和应用管理方法都很繁杂,数据储存量很大,且针对歪曲或旋转的斜面不可以非常好地表述。
2单独于地貌的等高线模型与地貌模型的结合
单独于地貌的等高线模型(如植物群落、工程建筑模型),结合可简化为室内空间部位配准。其结合的方法关键有二种:一是对地貌模型自身未作改动,立即配准等高线模型并累加,这类方式 简易,但结合后非常容易出現模型中间裂缝;另一种方式 是对地貌网格图模型开展剪裁,根据更改地貌界限来融入等高线模型,促使二者能够 密不可分结合,这类结合方式 精准度较高。因而,现阶段对单独的等高线模型,多选用适度改动地貌模型的方式 保持三维模型结合。
2.1精准配对结合法

在单独等高线模型与标准网格地貌模型的结合中,典型性的有工程建筑模型与地貌模型的结合。根据更新改造等高线模型或更新改造地貌模型,互相融入来做到模型结合。该方式 采用将工程建筑模型往下拓宽,直至模型所遮盖地貌的最少处;或将初始地貌开展相对性房屋建筑底边拉升填低的观念来做到结合实际效果。其本质是等高线模型与地貌模型在室内空间部位上的精准配对,并根据适度改动地貌模型来融入等高线模型的融进。王爱爱、张锦采用了二种结合计划方案:一是对等高线模型开展改动:以等高线模型基准点为规范,结构模型基准点下列一部分,补足与地貌模型中间的裂缝,做到结合实际效果;二是对地貌模型开展改动:将房屋建筑模型隶属地区内地貌标高设定为同一标值,随后将房屋建筑底边界限网格开展剖分,并融进地貌网格保持模型结合。2004年,宋汉辰等明确提出了四点配对的方式 ,将选择的关键环节投射到地貌表层,依据不一样的聚焦点、调节引流矩阵等基本信息,在情景中显示信息模型的即时姿势,确保了視覺上的模型结合,如图所示6图示。但这类方式 事实上是一种視覺上的模型配对,三维模型并沒有具体结合。在这里结合基本上,ArneSchilling等科学研究并完成了在虚拟现实技术的网络服务器下,用不一样LOD关键点层级来表达繁杂的三维因素,进一步保持了三维模型的LOD显示信息。陈国军、陈庆刚根据拓展转变单元格像素,针对特点物轮廊,选用更加细致的标准三角形来叙述,并与聚焦点有关的LOD简单化技术相结合,来做到三维模型结合的目的。

该类结合方式 对初始三维模型干了修改,结合后的模型在测量精度上面遭受一定危害。并且针对不一样像素三维模型中间的数据结合,该类方式 是不是仍然合理,希望有关专家学者的进一步科学研究。

2.2网格端点预结合法
网格端点预结合法是事先将等高线模型和地貌模型均以网格端点或云数据的方法表现出来,运用云数据取样或是管束地区删掉网格端点的方式 在云数据方面结合等高线模型与地貌模型,最终将结合好的网格端点统一搭建不规律三角网(TriangulatedIrregularNetuwork,TIN)做到结合实际效果。
专家学者李林在统一座标架构下,将预结合等高线模型底平面图两者之间所属的地貌看作一体,二者的标高数据都可以视作地貌标高。那样,只需删掉等高线模型底平面图内危害模型结合的标高数据,再运用Delauney三角网优化算法转化成TIN模型仿真模拟地貌,就可以保持地貌模型与等高线模型的结合。耿中元等则采用了创建结合堆栈,并运用倾斜摄影地貌模型取代堆栈内初始地貌模型的方式 来做到模型的结合,如下图一、图二所示。最先分离出来出倾斜摄影创建的含有小量地貌数据的等高线模型,在其中小量的地貌数据应用云数据表达,等高线模型则应用不规律三角网(TIN)表达。在结合堆栈内,应用倾斜摄影创建的小量地貌云数据模型取代初始地貌云数据模型,并依照二种地貌模型不一样的云数据相对密度,根据等差数列获得取样间距,保持了取样相对密度的慢慢衔接。最终将结合好的地貌云数据模型运用Delauney三角网优化算法统一结构,保持倾斜摄影等高线模型与地貌模型的结合。

图一

图二


运用结合后的云数据数据再度转化成不规律三角网,做到模型的结合是网格端点结合的主要特点。但因为原来的云数据数据在数据结合全过程中干了删减,再次转化成的不规律三角网也会遭受相对的危害。非常是根据倾斜摄影精确测量创建的含有真正纹路的三维模型,因为模型结合后再次转化成的不规律三角网较以前的单独模型不规律三角网发生了转变,原来的纹路投射标准早已已不适用结合后的三维模型,因而,会出现纹路空白页、失帧等难题。这也是在无人飞机航测技术性发展趋势迅速的今日,根据无人飞机航空摄影精确测量创建的含有真正纹路的三维模型结合全过程中,必须进一步科学研究的难题。
3取决于地貌的等高线模型与地貌模型的结合
取决于地貌的等高线就是指这类等高线与地貌的关联比较密不可分,他们绝大多数包镶于地貌模型中,可从地貌模型中分化出去,与地貌的波动迈向密切相关,结合时要考虑到对地貌模型的危害。这一类模型的等高线包含路面、江河、湖水、大规模植物群落等,该类等高线模型与地貌模型的结合搭建全过程事实上就是说对不规则图形开展三角剖分的全过程。
针对取决于地貌的等高线模型,可依据其几何图形形状及本身界限范畴内标高值的不同点分成二种:
1)面状遍布:本身界限范畴内标高值同样,如湖水、大规模植物群落等。
2)条带条状遍布:本身界限范畴内标高值不一样,如路面、江河等。
3.1DEM网格剪裁结合法
对于第一种面状遍布的等高线模型,结合的观念是根据DEM的投射。最先,获取面状等高线遮盖地区内全部等高线的标高,并求平均值,该平均值即做为这一地区的标高值H,接着对该地区不规则图形开展三角剖分。随后,投射该不规则图形到二维平面图上,并与地貌模型DEM网格的平面图投射求相交点,相交点的标高值仍赋为H。最终,以网格图为企业,对投射重合一部分开展裁掉与运算,将剪裁后的不规则图形再度三角剖分,对剖分后三角形的端点赋以相对的标高,那样就保持了面状等高线模型与地貌模型的结合。
对于第二种条带条状遍布的等高线模型,因为对地貌模型的危害更大,结合的观念是以等高线模型与地貌模型的网格图相交点开展插值三角剖分,如下图所示。以路面模型特征分析,用路面模型的封闭式不规则图形界限与DEM网格图求相交点,并将全部相交点插进DEM网格中,随后对有相交点的DEM网格三角剖分产生不规则图形。最终,DEM网格图中目前数据的剖分,再加路面的简易剖分,就可以保持与地貌模型的结合。2006年王光霞等又在这个基础上对结合前后左右的地貌模型开展数据分析,明确提出了结合优化算法的相关精密度鉴定,健全了该种类模型的结合方式 ,并被业界普遍选用。


运用更新改造地貌模型或是等高线模型的方式 能够 做到二者在三维数据方面的结合,并在視覺上拥有优良的感受。可是该类方式 对三维模型开展了过多的人为因素干涉,更改了模型原来的规格尺寸,在精细化管理测绘工程方面,结合后的模型精密度稍显不够,尚需根据接下去的科学研究进一步提高。
3.2几何内嵌式结合法
几何内嵌式结合是让等高线模型以网格图的方式置入到地貌模型中保持结合,其基础观念是将等高线模型的轮廊不规则图形置入地貌模型不规律三角网中,依据不规则图形的危害范畴,以不规则图形界限为管束,搭建含有线性组合的Delaunay三角网,来保持等高线模型与地貌模型的结合。朱娟在解决路面模型与地貌结合的全过程中,将路面模型视作一个或好几个不规则图形,选用网格图数据库索引和方位线段等方式 ,改善了地貌数据机构方法和路面界限的获取优化算法。随后以路面界限做为线性组合,搭建含有线性组合的Delaunay三角网并置入地貌模型中,最终删掉路面界限不规则图形内的地貌三角形,来保持路面与地貌的结合,如下图一、图二所示。尹小君等则以工程建筑模型为研究对象,根据获取房屋建筑路面轮廊做为对地貌模型的危害范畴,制订TIN地貌模型的限制线性组合,进而保持地貌模型与等高线模型的三维集成化。

图一

图二


应用这类方式 结合后的江河、路面、水面等等高线模型通常仅仅干了简易的三角剖分,模型的弯折、波动等特点特性遭受了一定的危害。
4 结语
文章内容梳理了近些年三维数据结合在地貌等高线模型中的运用与发展趋势,依照单独于地貌和取决于地貌的两类等高线模型,对每一类地貌等高线模型间的三维数据结合方式 与研究成果干了小结,并梳理了典型性等高线模型与地貌结合广泛选用的结合方式 。近些年,伴随着航空公司倾斜摄影精确测量的发展趋势,运用无人飞机航测创建的三维模型以其低成本、高效率、模型内置真正纹理贴图的特性被销售市场普遍认同。但受无人飞机类型、航高、及其其所配用拍摄服务平台的危害,根据航空公司倾斜摄影精确测量创建的三维模型具备像素不一致、模型材质贴图纹路光源不匀称等特性。怎样精确结合该类多像素不规律三角网模型,并维持其原来的真正纹路光源匀称,模型界限衔接当然,尚需有关专家学者进一步的科学研究。而随着着三维模型精密度的持续提高,三维模型结合后的精密度也需进一步提高。因而,三维模型的结合必须借助精细化管理测绘工程技术性,并与地理信息系统及人工智能算法科学研究紧密结合,在多源三维数据高精密无缝拼接结合中开展更为长远的科学研究。

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