一種不依賴現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)勢航片，這類更新將很難快速實現(xiàn)。本文闡述了一種在沒有現(xiàn)勢航片的情況下，利用建筑竣工圖、放線定位圖、規(guī)劃方案、現(xiàn)狀地形圖、衛(wèi)星影像圖和少量現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)進(jìn)行建筑三維模型場景快速更新的方法。

關(guān)鍵詞：三維規(guī)劃輔助審批;竣工圖;定位圖;規(guī)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(guī)劃輔助審批手段的逐漸應(yīng)用，城市對建筑三維模型場景的現(xiàn)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(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過城市航片數(shù)據(jù)更新的能力。此時，我們需要尋求一種無現(xiàn)勢航片進(jìn)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(tǒng)建筑三維模型場景更新思路及局限性

傳統(tǒng)采用三維激光掃描儀和車載移動掃描系統(tǒng)逐點掃描獲取目標(biāo)點云構(gòu)建三維模型場景，但這種方法因設(shè)備、數(shù)據(jù)量、軟件價格因素被制約。如果已有現(xiàn)勢航片，可采用攝影測量方法進(jìn)行批量快速更新;如果沒有現(xiàn)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(xiàn)勢航片的獲取有很多制約因素，目前的無人機(jī)數(shù)據(jù)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(xiàn)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(chǎn)中，一般會積累一些現(xiàn)勢測繪產(chǎn)品，如：建筑竣工圖、放線定位圖、規(guī)劃方案、現(xiàn)狀地形圖、衛(wèi)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(shù)據(jù)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(nèi)對比查新

1）將已有三維模型參考最新衛(wèi)星影像圖對比查新，刪除已變更的三維模型。

2）按優(yōu)先級別將竣工圖、定位圖、規(guī)劃方案、現(xiàn)狀地形圖參照最新衛(wèi)星影像圖、三維模型對比查新，將無三維模型但衛(wèi)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(guī)劃方案、無現(xiàn)狀房屋圖但衛(wèi)星影像上有建筑的房屋按衛(wèi)星影像上的房屋輪廓描出來，修改投影差，做無圖標(biāo)示，進(jìn)行野外補(bǔ)充測量建模。

3.1.2室內(nèi)對比成果野外實地查新

將室內(nèi)對比成果資料疊加影像圖打印，到野外進(jìn)行實地調(diào)查。

3.2野外作業(yè)

3.2.1測繪房屋輪廓與高度

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

3.2.2測繪地表高程數(shù)據(jù)

竣工圖和現(xiàn)狀圖不能覆蓋或變化的地方，需測繪地表高程數(shù)據(jù)，用于后續(xù)地形模型更新。測量規(guī)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(jìn)行內(nèi)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(xiàn)有建筑的表面照片，用于進(jìn)行三維模型表面紋理貼圖。建筑側(cè)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(qū)域的高建筑上，對地面進(jìn)行拍照，該照片經(jīng)室內(nèi)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(jù)查新時提取的竣工圖、定位圖、規(guī)劃方案、現(xiàn)狀地形圖、無圖區(qū)域衛(wèi)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(shù)據(jù)進(jìn)行新增建筑三維模型體新建。

1）根據(jù)竣工圖、定位圖、現(xiàn)狀圖、新測房屋數(shù)據(jù)建模

利用竣工圖、定位圖、現(xiàn)狀圖數(shù)據(jù)的建筑輪廓實線部分和標(biāo)高，與查新時調(diào)查的房屋層次建三維模型體。建模時“房屋高度=房頂標(biāo)高-正負(fù)零標(biāo)高”，單位米。有女兒墻高標(biāo)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(jìn)行房屋高度計算;低于7層的建筑按每層3米進(jìn)行房屋高度計算。

2）簡化整理已有規(guī)劃方案模型

規(guī)劃方案報建審批后，還沒有進(jìn)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(jìn)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(yè)時的現(xiàn)場照片進(jìn)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(jìn)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(qū)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(yīng)地方的高程數(shù)據(jù)，然后在建模軟件中進(jìn)行局部地形建模。

3.5.1新建建筑地基局部地形模型創(chuàng)建

建模的高程從竣工圖的正負(fù)零標(biāo)高、規(guī)劃方案圖紙、現(xiàn)狀圖的建筑周圍平均高程、野外新測地表高程數(shù)據(jù)中提取地基高程進(jìn)行局部建筑地基地形模型創(chuàng)建。

3.5.2新建水系局部地形模型創(chuàng)建

水系的水面高從竣工圖、規(guī)劃方案圖紙、現(xiàn)狀圖、野外新測水系高程數(shù)據(jù)中提取，直接在衛(wèi)星影像或規(guī)劃圖上矢量化水系范圍線，高程設(shè)水面高或內(nèi)插水系邊線高，利用特征線進(jìn)行水系局部地形模型創(chuàng)建。

3.5.3建筑、水系之外的地表局部地形模型創(chuàng)建

提取建筑、水系之外變更處的竣工圖、現(xiàn)狀地形圖、規(guī)劃方案圖、野外新測地表高程數(shù)據(jù)進(jìn)行局部地形模型創(chuàng)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(xiàn)地形模型更新處理。

3.6地面影像更新

3.6.1變更區(qū)域影像更新

如果已有的衛(wèi)星影像分辨率和現(xiàn)勢性能滿足三維場景要求，就直接將整個需更新區(qū)域的新的衛(wèi)星影像替換鑲嵌到舊的場景影像中，否則需進(jìn)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(guī)劃方案中的規(guī)劃效果圖。將局部經(jīng)過糾正處理的影像與歷史地面影像進(jìn)行鑲嵌更新。

3.6.2規(guī)劃水系顯現(xiàn)、橋梁影像抹除和建筑投影差影像抹除

將規(guī)劃方案圖上規(guī)劃的水系和正建水系處的地面影像，根據(jù)水系局部建模范圍線，用水面紋理影像進(jìn)行鑲嵌替換;對于已經(jīng)創(chuàng)建了橋梁模型的橋梁影像進(jìn)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(jìn)行相似抹除操作。

3.7建筑模型、地面模型合并整合創(chuàng)建更新后新場景

1）在三維場景平臺內(nèi)編譯已經(jīng)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(jié)：利用已有現(xiàn)勢航片進(jìn)行建筑三維模型場景更新，更新速度快，但是需要有現(xiàn)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(quán)，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(jìn)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(jìn)行少量更新。根據(jù)竣工圖、定位圖、規(guī)劃方案、現(xiàn)狀地形圖、衛(wèi)星影像圖等已有的測繪資料和少量的實地測繪進(jìn)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(xù)參考使用，可謂物盡其用，物美價廉。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊建思，杜志強(qiáng)，彭正洪等.數(shù)字城市三維景觀模型的建模技術(shù).武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)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。