三维数字城市建模及数据获取
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三维激光扫描技术可以不受扫描环境的影响主动发射激光,通过 自身发射的激光的回波信息来解得目标物表面点的三维坐标信息。
高分辨率、高精度
三维激光扫描可以快速的获取高精度,高分辨率的海量的点位数 据,就可以高效率的获取目标物表面点的三维坐标,从而达到高分 辨率的目的。
数字化兼容性好
多学科融合
通过直接获取数字信号采集数据的,所以具有全数字特征,方便 进行后期处理和输出,且它的后期处理软件与其他软件有很好的 共享性。
Made by Wu
摄影测量系统
航空摄影测量为数字城市提供了以下重要数据：
•建筑物三维重建模型（DLG） •数字高程模型 （DEM )
•数字正射影像 ( DOM )
16
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王者的微笑
感谢您的观看！
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控制测量 碎步测量
使用成图软件制 作地形图
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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。
三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology)
三维激光扫描技术，是通过三维激光 扫描仪获取目标物体的表面三维数据；对获取的 数据进行处理、计算、分析；进而利用处理后的 数据从事后续工作的综合技术。三维激光扫描技 术又称为“实景复制技术”，它不同于单纯的测 绘技术，主要面向高精度逆向工程的三维建模与 重构。
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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
（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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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。 生成方法：
（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。
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野外数据采集
wk.baidu.com
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：
全站仪 地面数字测图 RTK
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激光扫描测量系统
非接触测量 数据采样率高 主动发射扫描光源
采用非接触目标的方法，无需反射棱镜，对扫面目标物体不需进 行任何表面处理，直接采集物体表面的三维数据，所采集的数据 完全真实可靠。
采样点数据远远高于传统测量的采样点数据,脉冲式激光扫描方 法的采样点数可达到数千点/秒,而相位式的激光测量更可高达数 十万点/秒。
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。
Made by Wu
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。 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。
三维数字城市建模及数据获取
课后思考题汇报
吴旭祥
Made by Wu
引
言 随着数字城市技术的发展，以二维数据为主体的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。
（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 获取DEM数据主要方法
野外实地测量
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。
地形图数字化
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。
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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
地面模型
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
人工测量数据
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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
Made by Wu
目
录 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
Made by Wu
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 。
涉及现代电子、光学、机械、控制工程、图像处理、计算机视 觉、计算机图形学、软件工程等技术，是多种先进技术的集成。
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摄影测量系统
航空影像是建筑物重建的主要数据源，它是三维城市数据获取最经 济快捷的方法之一。 航空摄影测量[aerial photogrammetry]指的是在飞机上用航摄相机 对地面连续摄取有一定重叠度像片，结合地面控制点测量、调绘和立体测绘 等步骤，绘制专题地图的作业。
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。 （2）用人工或半自动的方式借助软件基于影像获取（以建筑物屋顶数据为主） （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。
高分辨率、高精度
三维激光扫描可以快速的获取高精度,高分辨率的海量的点位数 据,就可以高效率的获取目标物表面点的三维坐标,从而达到高分 辨率的目的。
数字化兼容性好
多学科融合
通过直接获取数字信号采集数据的,所以具有全数字特征,方便 进行后期处理和输出,且它的后期处理软件与其他软件有很好的 共享性。
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摄影测量系统
航空摄影测量为数字城市提供了以下重要数据：
•建筑物三维重建模型（DLG） •数字高程模型 （DEM )
•数字正射影像 ( DOM )
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王者的微笑
感谢您的观看！
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控制测量 碎步测量
使用成图软件制 作地形图
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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。
三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology)
三维激光扫描技术，是通过三维激光 扫描仪获取目标物体的表面三维数据；对获取的 数据进行处理、计算、分析；进而利用处理后的 数据从事后续工作的综合技术。三维激光扫描技 术又称为“实景复制技术”，它不同于单纯的测 绘技术，主要面向高精度逆向工程的三维建模与 重构。
Made by Wu
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
（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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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。 生成方法：
（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。
Made by Wu
野外数据采集
wk.baidu.com
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：
全站仪 地面数字测图 RTK
Made by Wu
激光扫描测量系统
非接触测量 数据采样率高 主动发射扫描光源
采用非接触目标的方法，无需反射棱镜，对扫面目标物体不需进 行任何表面处理，直接采集物体表面的三维数据，所采集的数据 完全真实可靠。
采样点数据远远高于传统测量的采样点数据,脉冲式激光扫描方 法的采样点数可达到数千点/秒,而相位式的激光测量更可高达数 十万点/秒。
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。
Made by Wu
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。 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。
三维数字城市建模及数据获取
课后思考题汇报
吴旭祥
Made by Wu
引
言 随着数字城市技术的发展，以二维数据为主体的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。
（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 获取DEM数据主要方法
野外实地测量
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。
地形图数字化
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。
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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
地面模型
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
人工测量数据
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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
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目
录 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
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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 。
涉及现代电子、光学、机械、控制工程、图像处理、计算机视 觉、计算机图形学、软件工程等技术，是多种先进技术的集成。
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摄影测量系统
航空影像是建筑物重建的主要数据源，它是三维城市数据获取最经 济快捷的方法之一。 航空摄影测量[aerial photogrammetry]指的是在飞机上用航摄相机 对地面连续摄取有一定重叠度像片，结合地面控制点测量、调绘和立体测绘 等步骤，绘制专题地图的作业。
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。
Made by Wu
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。 （2）用人工或半自动的方式借助软件基于影像获取（以建筑物屋顶数据为主） （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。