三维数字城市建模及数据获取
三维城市建模的测绘技术方法
三维城市建模的测绘技术方法三维城市建模是一种基于测绘技术的方法，用于将城市的实际地理信息转化为数字模型。
它使用激光扫描和摄影测量等技术手段，通过对城市环境进行高精度的数据采集与处理，实现对城市地貌、建筑物及其他景观要素的准确建模和可视化呈现。
三维城市建模广泛应用于城市规划、城市设计、建筑工程等领域，为城市发展和管理提供了重要的支持。
一、激光扫描技术在三维城市建模中的应用激光扫描技术是一种通过激光束扫描地面和建筑物来获取地理信息的测量手段。
它具有高精度、高效率和非接触等优点，已成为三维城市建模中最常用的技术之一。
激光扫描通过大量的激光点云数据来描述城市环境，可以获取建筑物的外形、纹理、高度等信息，为准确重建城市模型提供了基础数据源。
激光扫描技术主要包括激光雷达和激光扫描仪两种形式。
其中，激光雷达是通过激光束的反射来测量目标物体的距离和位置，常用于城市地貌的采集与建模。
而激光扫描仪则是通过扫描激光束的方式获取物体的三维坐标信息，被广泛应用于建筑物的高精度建模。
激光扫描技术在三维城市建模中的应用，不仅能够准确地捕捉城市环境的细节特征，还能够实现对遥远或不可接触区域的信息获取，提高了建模的精度和效率。
二、摄影测量技术在三维城市建模中的应用摄影测量技术是一种通过航空或航天平台上的相机拍摄城市影像来获取地理信息的测量手段。
它以高空、大范围的影像为基础数据，通过几何摄影测量原理，重建地物的三维空间几何关系，并生成数字模型。
摄影测量技术在三维城市建模中的应用较为广泛，尤其适用于大范围区域的建模和更新工作。
摄影测量技术主要包括航空摄影测量和遥感影像测量两种形式。
其中，航空摄影测量是通过航空平台上的相机进行空中拍摄，通常结合GPS和惯导等导航技术来获取影像和航摄参数，以获得准确的立体重建结果。
而遥感影像测量则是通过卫星、无人机等平台获取地面影像，并利用影像匹配等算法进行三维测量和建模。
摄影测量技术通过对城市影像的处理和分析，可以实现对建筑物、道路等城市要素的快速提取和精确重建，为城市规划和设计等工作提供了有力的工具。
三维城市建模
三维城市建模技术城市是现代文明的中心，迅速加快城市化进程已经使城市的可持续发展显得至关重要，城市空间的管理已经不满足现在分散、单一的模式，需要对城市空间范围内的地上和地下信息进行综合管理，通过建设城市区域三维地理信息系统，对城市的空间信息进行综合管理和服务，才能够满足当前城市快速发展所面临的应用需要。
城市区域三维GIS是一个涵盖地表、地上、地下等多维空间信息的三维地理信息系统，在城市区域三维GIS的支持下，我们可以在一个统一的时空框架下对城市地表以上、地球表面及地下进行整体的真3D可视化表达、管理、更新、查询、分析与操纵。
由此可见，城市区域三维GIS的实质是真三维GIS技术在城市工作中的应用，是综合使用三维GIS技术、遥感技术、空间数据库技术、三维可视化技术及计算机网络技术，实现对城市地物、地表、地质及其相关数据的有效存储、管理可视化再现与网络化服务。
三维城市模型，建立真实与虚拟世界间的桥梁，在历史演变中，传统制图技术运用于地图测绘以展现土地利用的状态，二维平面资料难充分发挥地图的功能，但对于三度空间世界的描述仍然不足，随着科技的发展，测绘技术演变至三维，通过新的测量技术可获取真实世界中各物体精确的几何资讯，包含位置、形状与大小等，进而建立三维虚拟城市模型，再者，数字化的三维虚拟世界，充满无限的可能，例如不受物理的限制随意于空间中各个位置与角度观察周边的环境，这些视觉上的经验难以在现实生活中得到，因此，虚拟的三维数字城市是忠实呈现真实世界重要的途径之一。
在专业应用上，由于三维数字城市为真实世界的缩影，故可用于决策支援，比如区域规划、都市更新、灾害防治等等。
数字形式表示地理空间成为热点,数字省市、数字城镇已经成为世界各国发达省市和地区21世纪的发展战略,成为争先抢占科技、产业和经济的制高点之一。
在构建数字城市的过程中,城市三维景观建模是一个重要的组成部分,是摄影测量与遥感、地理信息系统及计算机科学等学科的研究内容之一。
浅谈数字城市三维建模项目开展的要点
浅谈数字城市三维建模项目开展的要点随着政府和大众对空间定位数据及应用不断增长的需求，城市的信息化将逐渐从传统的二维符号化进步到直观的三维可视化，国家测绘地理信息局倡导的数字城市建设正包括了这一内涵。
数字城市三维模型建设的主要内容是在二维地图基础上，把城市地形地物进行三维空间建模，形成室内外、地上下带可量测空间信息和现实纹理的三维地图数据，有多学科、较复杂、艺术性、主观性等特点。
因此，城市三维建模项目开展需要注意哪些要点，也成为了一个研究的内容。
文章以数字城市三维建模项目开展的要点为研究对象，结合数字城市三维建模项目的实际经验，探讨了数字城市三维建模项目在开展时需要注意的主要要点，最后在结尾提出笔者的总结。
标签：数字城市；三维建模；要点1 引言因数字城市三维模型的艺术性和主观性等特点，三维城市建模项目的开展与传统测绘项目存在较大差别，城市三维建模所关注的要点也有所不同。
除了如传统测绘同样关注的平面精度、拓朴关系、空间属性外，三维城市还特别关注美观性、仿真度、整体协调性、结构精细度和完整性、物体高度等内容。
因此，在项目实施的角度来看，数字城市三维建模项目的开展也需要根据自身的关注重点而制立开展的要点。
通过4年20多个城市的三维模型生产和经验总结，作为三维城市建模项目的发起单位角度，我认为项目开展的要点包括选取准确的建模精度、建立更新维护机制、挑选合理承建商、制定完备的项目计划、样本区测试、费用预计6个方面。
2 数字城市三维建模项目开展要点分析数字城市三维建模项目的开展，第一要点是要确定建模数据的标准，而三维建模数据标准的重点应该是建模精度，因此三维建模项目开展的首个要点是选取准确的建模精度；城市三维模型建立完成后，主要是用于管理分析和应用，在目前来讲，我们大多数三维建模项目前期做得很好，但在后期更新维护机制上就往往考虑得较少，造成了项目虎头蛇尾的情况，不能长期和持续性地使用，所以我们认为三维建模项目开展的。
三维数字城市建模精度与制作标准研究
三维数字城市建模精度与制作标准研究城市是区域经济、政治和文化中心，是现代产业高度集聚的地区和国民¾-济持续发展的载体，创造和集聚着国家巨大的物质财富，在我国¾-济社会发展中起着主导和带动作用。
“数字城市”是物质城市以二进制形式在计算机中的再现和反映，是以信息技术（尤其是地理信息技术）为核心、以网络技术为支撑的城市信息管理与服务体系，“数字城市”的建设任务就是利用现代高科技手段，充分收集、整合、挖掘城市各种信息资源，建立面向政府、企业、社区的信息平台、应用系统以及政策法规保障体系。
本文结合项目实际，探讨了三维数字城市工程建设中的模型建造的精度和标准问题。
三维城市模型（3DCM）是对真实城市的三维数字化表现，它突破传统平面地图的限制，通过对地形、地物的数字化三维模拟，提供给使用者一个与真实生活环境类似的虚拟城市环境，通过对三维虚拟城市的数字化管理，可为城市规划、建设与运营提供可持续发展的信息化服务，从而提高城市空间信息共享和利用水平，提升城市整体信息化管理水平。
当前，三维“数字城市”的研究与实践已¾-十分广泛，武汉市三维数字地图旨在搭建武汉市三维数字模型数据库，并建立三维数据的更新与维护机制，在此基础上，建成服务于城市规划设计与审批、城市建设和运营管理的空间信息平台。
一、三维城市模型制作精度三维城市模型是建设三维数字城市的基础和载体。
三维模型的制作精度直接影响可视化表现效果，模型制作越精细，场景表现效果越逼真。
但是，高精度的三维空间数据不仅会严重影响系统速度，同时也增加了模型建造成本，延缓了模型生产进度，因此，确定三维模型的制作精度，是项目初期就要考虑的问题。
三维模型的制作精度应满足软件系统的功能需求，因此，模型的建造应立足于应用；同时考虑到后期功能扩充和技术发展趋势，还应留有升级的余地。
综合考虑各种因素，武汉市三维数字地图项目的模型建设确立了以下原则：1、根据系统需求划分不同的LOD模型三维城市模型应分为多个级别进行建造，不同级别对应不同的简化程度和不同的应用领域。
城市三维建模数据采集方法的研究
第２ １卷第 ４ 期
２０ ０ ７年 １ ２月黑龙江工程
学
院
学
报（ 自然科 学 版 ）
Ｖｏ ． １ Ｎ ４ １ ２ Ｑ． Ｄｅ ． ２ ０ ｃ ，０ ７
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＨｅｌｎ ｊ ｎ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｉ ｇｉ ｇ Ｉ ｓｉ ｔ ｆＴｅｈ ｏｏ ｙ ｏ ｏ ａ ｔ
站， 以航空立体像对 为基础进行城市 三维建模数据采集 的方法 。
关键 词 ： 城市建模 ； 数字摄影测量 ； 数据采集
中 图 分 类 号 ：２ １５ Ｐ ３ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １ ６ ９ ２ ０ ）４ ０ １ ３ １７ —４ ７ （０ ７ ０ —０ ２ —０
ｎ ｅ ｎ ｐｒ ｎ 。 ｉｎ ｉｎ ｕｅｕｏ ｕｖｙ ｎ ｐｉｇ Ｈａｂ ５ ０ ６ Ｃ ｉａ ｅｒ ｇＤ ａｔ ｔＨｅｏｇｉ ｇＢ ｒ ｆ ｒｅｉ ａｄＭａｐｎ ， ｒｉ １ ０８ ， ｈｎ ） ｉ ｅ ｍｅ ｌ ａ ａ Ｓ ｇ ｎ ｎ
Ａ ｓｒ ｃ ： ｇ ｔ ｌｃｔ ｓ ｉ ｄ ｏ ｅ ｅ ｓ ｒ ｒ ｄ ｃｉ ｎ ｉ ｆ ｒ ｔ ｎ ｅ ａ ｎ ｉ ｄ ｌ ｇ ｉ ａ ｐ ｒａ ｔｐ ｒ ｂ ｔ ａ ｔ Ｄｉ ｉ ｉ ｉ ａ ｋ ｎ ｆ ｃ ｓ ａ ｙ ｐ ｏ ｕ ｔ ｉ ｏ ｍａ ｉ ｒ ，ａ ｄ ｃｔ ｍｏ ｅｉ ｎ ｉ ｏ ｔ ｎ ａ ｔ ａ ｙ ｎ ｏ ｎ ｎ ｏ ｙ ｎ ｓ ｍ
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三维城市建模
三维城市建模三维城市建模技术流程技术⽅法数据信息典型案例1.三维城市建模技术流程三维城市建模的技术流程2.三维城市模型的数据与信息三维城市模型的信息来源三维城市模型的数据与信息三维城市模型的4D产品三维城市信息编辑与管理三维场景地形点云与建筑物模型根据航拍影像⾃动提取建筑物模型航拍的城市像⽚⾃动或半⾃动提取的建筑物模型⾃动或半⾃动提取的建筑物模型⾃动或半⾃动提取的建筑物模型倾斜摄影测量⽅法建⽴的城市街景3.主要技术⽅法3.1 卫星遥感遥感技术是从⼈造卫星、飞机或其他飞⾏器上收集地物⽬标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术。
⽬前利⽤⼈造卫星每隔18天就可送回⼀套全球的图像资料。
利⽤遥感技术，可以⾼速度、⾼质量地测绘地图。
3.2 航空遥感航空遥感从19世纪末⾮动⼒飞⾏平台的航空摄影、经过20世纪30年代⾄80年代初的胶⽚航空摄影，发展到⽬前的基于POS系统（Positioning Orientation System）对地定位的光学/数字、激光⼿段，⽆论在飞⾏平台，还是在成像、导航、定位定向等传感器上都发⽣了巨⼤的变化，使航空遥感技术朝着⾼空间分辨率、⾼光谱分辨率、全谱段和多传感器集成应⽤⽅向发展，呈现出蓬勃的⽣机。
1. 胶⽚航空摄影航空摄影作为遥感信息获取的重要⼿段之⼀，由于具有机动灵活、⾼空间分辨率、成像机理简明、易于进⾏图象处理、信息提取、信息综合等特点，被⼴泛应⽤于农业、林业、交通、国防、城乡规划、制图等领域。
航空摄影技术的发展最早可追朔到1839年⼈类利⽤“摄影术”成功获取的第⼀张像⽚。
⼆⼗世纪初，由于航空航天技术的发展，航空摄影开始兴起。
早期的航摄仪以⼿持式为主。
⼆⼗世纪五⼗年代，带坐架和导航设备的航摄相机开始问世并投⼊⽣产作业，其典型的代表有：RMK、RC8、AφA等。
受技术所限，其像幅均为18×18cm，⾊差消除多限制在可见光范围内，物镜畸变差较⼤（⼤于10um）。
七、⼋⼗年代，推出了新⼀代航摄仪RC10、RC20、RMK A、MRB、LMK，像幅扩⼤到23×23cm，⾊差消除范围达400-900nm，物镜畸变差均⼩于7um，并具有影像位移补偿功能。
城市三维数据获取与地物建模方法
城市三维数据获取与地物建模方法陈盼芳;石晓芸;钱厚童;胡海燕;聂继位【摘要】城市三维数据获取与地物建模技术在虚拟现实等众多领域有着广泛的运用,是空间信息学与计算机视觉领域研究的重点与热点.根据模型绘制原理可将城市三维建模方法大致分为基于几何的建模和基于图像的绘制两大类.几何建模依图而建,操作灵活简单,但工作量大,效率低且逼真程度差;基于图像的建模效率高、较逼真,但容易造成数据冗余,从而影响模型调度与展示.针对上述问题,未来的城市三维建模技术将会向高精度、高效率、高逼真度、集成化以及自动化等方向发展.本文从三维数据获取和三维模型绘制两个方面出发,具体阐述城市三维建模原理、方法与技术,对比分析不同建模方法的特点.【期刊名称】《现代测绘》【年(卷),期】2018(041)005【总页数】4页(P55-58)【关键词】城市三维建模;三维空间模型;几何建模;图像绘制【作者】陈盼芳;石晓芸;钱厚童;胡海燕;聂继位【作者单位】贵州省第一测绘院,贵阳550025;南京林业大学土木工程学院,江苏南京210037;南京林业大学土木工程学院,江苏南京210037;南京林业大学土木工程学院,江苏南京210037;南京林业大学土木工程学院,江苏南京210037【正文语种】中文【中图分类】P208.20 引言随着城市信息化进程的推进，数字化及智慧型虚拟城市的建设不断深入，计算机图形学及三维视觉技术发展飞速，虚拟现实、三维场景可视化等关键技术在城市规划、国土资源管理、环境与生态影响评估、移动互联网服务等众多应用领域的重要性被广泛认知[1-2]。
如何有效地获取目标三维数据、快速地建立高精度三维模型已成为了目前制约模型量测、分析、设计与预测技术的关键因素。
近年来，城市三维建模研究有了显著的突破[3-4]。
谭仁春等提出了一种城市三维建模的新方法，解决了由庞大的纹理数据量所导致的三维可视化引擎的数据调度和实时展示问题[5]。
Shum等利用一个基于用户输入的约束系统从全景图中恢复出分片平面模型[6]。
数字应用建模实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景随着信息技术的飞速发展，数字建模在各个领域中的应用越来越广泛。
数字应用建模是将现实世界的复杂问题转化为数学模型，通过计算机模拟和分析，为决策提供科学依据。
本实验旨在通过数字应用建模的方法，解决实际问题，提高学生对数学建模的理解和应用能力。
二、实验目的1. 理解数字应用建模的基本原理和方法；2. 掌握数学建模软件的使用；3. 提高解决实际问题的能力；4. 培养团队合作精神和沟通能力。
三、实验内容1. 实验题目：某城市交通流量优化研究2. 实验背景：随着城市人口的增加，交通拥堵问题日益严重。
为了缓解交通压力，提高城市交通效率，本研究旨在通过数字应用建模方法，优化该城市的交通流量。
3. 实验步骤：（1）数据收集：收集该城市主要道路的实时交通流量数据、道路长度、交叉口数量、道路等级等数据。
（2）建立数学模型：根据交通流量数据，建立交通流量的数学模型，如线性回归模型、多元回归模型等。
（3）模型求解：利用数学建模软件（如MATLAB、Python等）对建立的数学模型进行求解，得到最优交通流量分布。
（4）结果分析：对求解结果进行分析，评估优化后的交通流量分布对缓解交通拥堵的影响。
（5）模型改进：根据分析结果，对模型进行改进，以提高模型的准确性和实用性。
4. 实验结果：（1）通过建立数学模型，得到优化后的交通流量分布。
（2）优化后的交通流量分布较原始分布，道路拥堵程度明显降低，交通效率得到提高。
（3）通过模型改进，进一步优化交通流量分布，提高模型的准确性和实用性。
四、实验总结1. 本实验通过数字应用建模方法，成功解决了某城市交通流量优化问题，提高了交通效率，为城市交通管理提供了科学依据。
2. 在实验过程中，学生掌握了数学建模的基本原理和方法，熟悉了数学建模软件的使用，提高了解决实际问题的能力。
3. 实验过程中，学生学会了团队合作和沟通，提高了自己的综合素质。
五、实验心得1. 数字应用建模是一种解决实际问题的有效方法，通过建立数学模型，可以将复杂问题转化为可操作的解决方案。
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（3）以研究算法为主，从影像中直接提取建筑物高度以及其他信息。
（4）用机载激光扫描仪结合空中影像，经过算法处理提取建筑物高程、纹理以及其它 数据。
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城市三维空间信息获取
建筑物高度 数据获取
三维对象几何要素 数据获取
三维数字城市建模及数据获取
课后思考题汇报
吴旭祥
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引
言随着数字城市技术的发展，以二数据为主体的GIS应用,已经不能满足城 市专业应用的空间数据表现形式；
三维城市是基于虚拟现实技术，把客观现实世界中的城市在电脑上模拟出来。但它 又具有其自身的一些显著特点：
（1）是对客观现实世界的真实反映，或者对将来的规划。 （2）可包含绝对地理空间坐标，具有地理空间定位性。 （3）可以进行三维空间几何分析和属性分析方面的应用。
（6）使用高分辨率卫星影像进行建筑物的自动提取。高分辨率卫星影像的出现，使得人们很容易快 速获取一个实时的、不低于1m分辨率的城区影像图。
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城市三维空间信息获取
三维对象几何要素 数据获取
纹理数据 获取
（1）由计算机作简单模拟绘制。 （2）地面摄影像片直接提取。 （3）根据航摄像片由计算机生成。 （4）由空中影像获取。这种方法主要用来获取地面影像。
地形图数字化
这种方法适用于 精度高、采集面积较小 的场合。
优点是可以获取 高精度的DEM数据。
缺点是劳动强度 较大、效率较低,不适 用于大范围面积DEM 数据的获取。
通过对地形图进 行扫描,利用ArcGIS和 CAD等软件对扫描得 到的栅格图像进行矢量 化,然后添加地形特征 线,最后生成DEM。
这种方法所需的 原始数据源(地图)容易 获取,对作业所需的仪 器设备和人员的要求不 太高,采集速度也比较 快。
三维对象几何要素 数据获取
纹理数据 获取
地形是数字城市中最重要的地理对象,是城市实体的三维空间基础。利用正射 影像加数字高程模型(DigitalElevationModel,DEM)可以生成三维地形的图形表 示。
数字高程模型(DEM)是地形表面形态的数字表示。DEM是地理信息系统中最 重要的空间信息资料和进行地形分析的核心数据,也是绘制三维实体和进行地形 分析的重要基础数据。
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激光扫描测量系统
三维激光扫描仪（ 3D laser scanner ） 通过发射激光来扫描获取被测物体表面三维坐标和反射光强度的仪器。
生成方法：
（1）直接使用2D GIS中的DEM。 （2）通过数字摄影测量系统，处理航摄影像（包括高分辨率遥感影像）生成。 （3）由机载激光扫描系统直接扫描并经后续处理得到。 （4）用合成孔径雷达（SAR）获取数字高程模型。
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城市三维空间信息获取 DEM数据获取
野外实地测量
获取DEM数据主要方法
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野外数据采集
常规仪器的测量采集
一般是指测绘地形图的作业，是对地球表面的地物、地形在水平面上的投 影位置和高程进行测定，并按一定比例缩小，用符号和注记绘制成地形图的工 作。
分类：
主要仪器： 主要部分： 成图方法：
地面数字测图
全站仪 RTK
控制测量 碎步测量
使用成图软件制 作地形图
从实体建模的角度看,城市模型主要分为地形模型和地物模型两个大类,包括地 形、地物以及实体空间位置的几何模型和描述地表覆盖、地物纹理信息等。
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目
录
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城市三维空间信息的内容 城市三维空间信息获取 野外数据采集 激光扫描测量系统 摄影测量方法
城市三维空间信息的内容
数字线划数据： 是将空间地物直接抽象为点、线、面的实体，用坐标描述它的位置和形状。 影像数据： 包括遥感影像和航空影像，它可以是彩色影像，也可以是灰度影像。 数字高程模型： 即三维地形数据，实际上是地表物体的高程信息。 属性特征： 是在虚拟现实系统中构建城市三维模型所必需的信息 。
（1）将2D GIS中的建筑物轮廓线与建筑物高度结合，用简单几何体表达建筑物外形特征。
（2）利用航空影像进行交互式获取。
（3）使用航空影像以及地面摄影对建筑物特征线进行自动提取。
（4）在地面使用激光扫描仪与GPS，通过测距求算获取。
（5）采用近景摄影测量方法，获取建筑物的几何形状数据。它不仅可以获取建筑物外部的几 何形 状信息，也可以测量其内部几何信息，适用于对单体建筑的量测。对于获取结构复杂的建筑物，如古 建筑的数据也是一种比较理想的选择。
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城市三维空间信息获取
在三维数字城市制作中，模型制作的主体包括：
地物要素模型
建筑物模型
建筑物模型是主体 三维数字城市模型的数据源主要有：
卫星影像
航空影像
近距激光扫描数据
机载激光扫描数据
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人工测量数据
地面模型
城市三维空间信息获取
DEM数据获取
建筑物高度 数据获取
综上，可以理解三维城市就是具有三维地理空间信息，反映客观现实世界或者未来 规划，具有空间浏览、属性查询和应用分析的综合信息系统。
城市三维可视化系统是指能对城市区域内空间对象进行三维描述和分析 的GIS应用系统,是一个可视现实和虚拟现实集成的系统。
三维可视化技术在城市规划、市政管理、公共交通、电力、水利、旅游 等多个领域得到了广泛应用。
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引
言
城市三维可视化与数据建模密不可分,城市实体三维建模是实现城市三维可视 化的关键,城市实体的三维表达与分析都是重要的研究内容。构成数字城市的各种 空间实体在几何结构、内部属性等方面都具有不规则性、不确定性和复杂性,整个 城市实体就是一个三维、动态的开放系统。
表示地理信息空间数据的六大要素包括地貌、居民地、植被、水系、道路和 境界,对于城市而言,其中重要的是地貌和居民地。
全数字摄影测量
该方法以航摄 立体像对或高分辨 率遥感卫星立体像 对作为数据源,根据 视差模型、自动选 配左右影像的同名 点,建立DEM。
已经成为从航 空遥感影像中提取 地面三维信息的重 要手段。
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城市三维空间信息获取
DEM数据获取
建筑物高度 数据获取
（1）在2D GIS数据库基础上按层数粗略求算建筑物高度。