一种高精细城市三维建模方法技术

本发明专利技术公开了一种高精细城市三维建模方法。涉及建模领域，其特征是：首先，采用机载LIDAR获取测区高精度的三维激光点云和高分辨率的数码航片，快速提取高精度的数字高程模型、数字正射影象产品，并进行建筑物的高精细建模，制作城市三维电子沙盘和三维建筑物体框模型场景；其次，采用车载移动激光扫描测量完成测区道路两侧城市场景的高密集激光点云和高分辨率数码照片获取，参考机载LIDAR成果进行车载数据质量优化，之后可对城市各类小品要素快速进行三维建模；最后，对机载LIDAR和车载移动激光扫描测量获取的三维数字模型成果进行集成，从而大大提高了城市三维建模的质量和工作效率，可大大降低项目开发成本。

A high precision urban 3D modeling method

The invention discloses a high precision urban three-dimensional modeling method. Involves modeling field, which is characterized in that: first, the digital photogrammetric 3D laser point cloud and using high resolution airborne LIDAR acquisition test area high precision, rapid extraction of digital elevation model, high precision digital orthophoto product, high precision and modeling of the building, making the city three-dimensional electronic sand and 3D building frame model secondly, the scene; mobile laser scanning measuring area on both sides of the road city scene dense laser point cloud and high-resolution digital photos obtained reference airborne LIDAR results of vehicle data quality, after the city of all kinds of comedy elements for fast 3D modeling; finally, the results of the three-dimensional digital model of airborne LIDAR and mobile laser scanning acquisition integration, thus greatly improving the city three-dimensional modeling of the quality and work efficiency, It can greatly reduce the cost of project development.

【技术实现步骤摘要】
一种高精细城市三维建模方法一、
本专利技术涉及三维建模
，特别是一种高精细城市三维建模方法。二、技术背景传统的城市三维建模，主要采用地形图、传统航空摄影测量、卫星遥感影象、工程测量、地面激光扫描等传统测绘手段进行城市三维建模。但上述种种技术都有其明显的缺点和不足：(1)采用地形图建模，需要城区具有现势性强的大比例尺数字线划图，通过目估或人工量测获取建筑物高后进行建模。该方法存在地物高程信息缺乏、建筑物模型高程精度差、屋顶精细度差等问题；(2)采用传统航空摄影测量，需要在构建的立体像对中进行量测，不仅提取的模型高程精度差，更存在建模效率非常低的问题；(3)采用卫星遥感影象建模时，由于影象地面空间分辨率较低，提取的模型特别是建筑物模型，精度和精细度都非常差，不能满足高精细三维数字城市建模的应用要求；(4)采用工程测量进行城市场景建模，存在劳动强度大、工作效率低、数字化程度低、开发成本高等多方面缺点；(5)采用地面激光扫描建模时，存在劳动强度大、工作效率低、不适合大范围三维城市场景建模等问题。所以在三维数字城市信息化工程建设中采用传统的地形图、传统航空摄影测量、卫星遥感影象、工程测量和地面激光扫描测量等方法时，不可避免地带来很多麻烦且效率低下。因此，以上技术存在开发效率低、成本高，周期长，建模精细度差等缺点。如何快速获取城市大面积高精细的三维数字模型，构建高精细三维虚拟城市场景，提高工程开发效率，降低项目开发成本和周期，成为本领域科技人员急待解决的问题。三、
技术实现思路
为了克服现有传统测绘技术在三维数字城市建设中存在的多方面问题，提高工作效率，本专利技术的目的是提供一种集成机载LIDAR和车载移动激光扫描测量技术的高精细三维城市场景构建方法。它在保证城市三维建模精度和精细度的前提下，可显著降低项目开发成本、缩短项目周期、克服现有传统测绘技术存在的众多缺点。本专利技术的目的是这样实现的：一种高精细城市三维建模方法，其中：该方法包括如下步骤：采用机载LIDAR完成城区航测成果的获取；基于机载LIDAR制作高精度的数字高程模型、数字正射影象产品，并集成机载LIDAR中点云和航片数据的各自优势进行建筑物的高精细建模，制作城市三维电子沙盘和三维建筑物体框模型场景；采用车载移动激光扫描测量完成城区道路两侧城市场景的高密集激光点云和高分辨率数码照片获取，参考机载LIDAR成果进行车载数据质量优化，之后可对城市各类小品要素进行位置、尺寸的三维量测，并快速进行要素的三维建模；进行机载LIDAR和车载移动激光扫描测量获取的三维数字模型成果的集成。本专利技术的目的是这样实现的：一种高精细城市三维建模方法，其中建筑物体框三维建模的方法如下：通过对机载LIDAR设备进行精确检校和航片空三加密处理，实现点云和航片的高精度匹配；通过点云实现建筑物屋顶面片的高精度拟合，提取建筑物屋顶面片；通过航片参考实现模型边界的优化和模型细节的修改，制作完成建筑物三维体框模型。本专利技术的目的是这样实现的：一种高精细城市三维建模方法，其中基于机载LIDAR数据及成果的车载激光扫描测量数据质量控制和精度优化方法如下：参考同测区的机载LIDAR点云数据，确定车载移动激光扫描测量数据的高程误差，进行高程值修改；参考同测区的机载LIDAR建筑物体框模型成果，对车载移动激光扫描数据的精度进行核查，确定平面偏移值，进行平面精度优化。本专利技术的目的是这样实现的：一种高精细城市三维建模方法，其中基于车载移动激光扫描测量的城市道路两侧小品要素的建模方法如下：对车载设备特别是数码相机进行精确检校，实现照片与点云的精确匹配；参考精确分类后的地面激光点云，采用高程差值方法城市小品要素激光点云分类，确定各类小品要素及位置；参考精确匹配的数码照片，进行点云实体要素的识别和判断，确定小品类型和形态；参考对应点云，通过剖面表现等方式表现小品的位置和三维形态，进行尺寸量测和三维建模。本项专利技术与现有技术相比具有以下优点：(1)快速的数据采集和建模效率：相比于传统航空摄影测量，机载LIDAR不需要地面像控点，对飞行时间段的要求不太苛刻，数据处理的自动化程度高，这些特点决定了机载LIDAR具有快速高效进行城市三维空间数据采集和建模的生产效率。相比于工程测量、地面激光扫描测量，车载移动激光扫描测量技术可快速获取城区各类道路两侧高精度、高密集的三维激光点云和高分辨率的数码照片，通过自动的点云滤波分类后，可快速实现城市各类小品要素的精确定位、地物识别、三维量测、提取和建模工作，数据采集和建模效率比传统方法提高好几倍。(2)城市三维建模精度和精细程度高：与传统航空摄影测量和卫星遥感技术相比，机载LIDAR可同步获取高精度、高密集的三维激光点云和高分辨率的数码照片，通过对激光点云进行地面和建筑物的分类处理，可制作完成数字高程模型，高程精度可达10cm。通过建筑物屋顶点云高精度的拟合建筑物屋顶面片后，可参考高精度匹配的数码照片确定建筑物的特征边线位置，并进行模型细节的修改优化。因此，机载LIDAR提取的数字高程模型精度高、建筑物体框模型平面和高程精度都很高。车载移动激光扫描获取的点云平面精度可达到25cm以内，高程精度可达到15cm以内，地物经过测量扫描后的点云点间距可达到5-10cm左右，可逼真表现地物的三维形态，结合高分辨率数码照片后，可进行城市小品要素的高精细三维建模。(3)项目开发成本相对较低由于不需要外业像控点、数据处理的自动化程度高、三维建模的整体生产效率高等特点，机载LIDAR进行城市三维建模的项目开发成本相对要低。并且，车载移动激光扫描测量采用驾车方式即可完成城区所有道路的测量，且内业的数据处理自动化程度高。根据统计分析，车载移动激光扫描测量进行城市小品要素三维建模的效率要比传统工程测量方法高5-10倍。因此，集成机载LIDAR和车载移动激光扫描测量技术的城市三维建模方法，可极大的节省项目开发成本。四、具体实施方式集成机载LIDAR和车载移动激光扫描测量技术构建三维数字城市虚拟场景，与传统技术方法存在很大区别，主要体现在：一种高精细城市三维建模方法，其中：该方法包括如下步骤：采用机载LIDAR完成城区航测成果的获取；基于机载LIDAR制作高精度的数字高程模型、数字正射影象产品，并集成机载LIDAR中点云和航片数据的各自优势进行建筑物的高精细建模，制作城市三维电子沙盘和三维建筑物体框模型场景；采用车载移动激光扫描测量完成城区道路两侧城市场景的高密集激光点云和高分辨率数码照片获取，参考机载LIDAR成果进行车载数据质量优化，之后可对城市各类小品要素进行位置、尺寸的三维量测，并快速进行要素的三维建模；进行机载LIDAR和车载移动激光扫描测量获取的三维数字模型成果的集成。本专利技术的目的是这样实现的：一种高精细城市三维建模方法，其中建筑物体框三维建模的方法如下：通过对机载LIDAR设备进行精确检校和航片空三加密处理，实现点云和航片的高精度匹配；通过点云实现建筑物屋顶面片的高精度拟合，提取建筑物屋顶面片；通过航片参考实现模型边界的优化和模型细节的修改，制作完成建筑物三维体框模型。本专利技术的目的是这样实现的：一种高精细城市三维建模方法，其中基于机载LIDAR数据及成果的车载激光扫描测量数据质量控制和精度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精细城市三维建模方法，其特征是：该方法包括如下步骤：采用机载LIDAR完成城区航测成果的获取；基于机载LIDAR制作高精度的数字高程模型、数字正射影象产品，并集成机载LIDAR中点云和航片数据的各自优势进行建筑物的高精细建模，制作城市三维电子沙盘和三维建筑物体框模型场景；采用车载移动激光扫描测量完成城区道路两侧城市场景的高密集激光点云和高分辨率数码照片获取，参考机载LIDAR成果进行车载数据质量优化，之后可对城市各类小品要素进行位置、尺寸的三维量测，并快速进行要素的三维建模；进行机载LIDAR和车载移动激光扫描测量获取的三维数字模型成果的集成。

【技术特征摘要】
1.一种高精细城市三维建模方法，其特征是：该方法包括如下步骤：采用机载LIDAR完成城区航测成果的获取；基于机载LIDAR制作高精度的数字高程模型、数字正射影象产品，并集成机载LIDAR中点云和航片数据的各自优势进行建筑物的高精细建模，制作城市三维电子沙盘和三维建筑物体框模型场景；采用车载移动激光扫描测量完成城区道路两侧城市场景的高密集激光点云和高分辨率数码照片获取，参考机载LIDAR成果进行车载数据质量优化，之后可对城市各类小品要素进行位置、尺寸的三维量测，并快速进行要素的三维建模；进行机载LIDAR和车载移动激光扫描测量获取的三维数字模型成果的集成。2.根据权利要求1所述的一种高精细城市三维建模方法，其特征是：其中建筑物体框三维建模的方法如下：通过对机载LIDAR设备进行精确检校和航片空三加密处理，实现点云和航片的高精度匹配；通过点云实现建筑物屋顶面片的高精度拟合，提取建筑物屋顶面片；通过航片参考实现模型边界的优化和模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永杰，王海，程良勇，
申请(专利权)人：星际空间天津科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12