基于DSM和TDOM的城市三维模型构建(1)
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。
城市区域三维地质结构模型建设与集成方法
城市区域三维地质结构模型建设与集成方法城市区域三维地质结构模型建设与集成方法随着城市化进程的加速发展，城市地质环境扮演着越来越重要的角色。
城市区域的地质环境与地貌特征不同，其特点为地质单元复杂、时空分布不规则、地质地貌标志多样。
因此，在城市规划建设中，建立城市区域三维地质结构模型显得尤为必要。
以下，本文将从注意事项、设计流程、技术方法、数据集成等四个方面介绍城市区域三维地质结构模型的建设及集成方法。
一、注意事项在建立城市区域三维地质结构模型的过程中，需要注意以下几个事项。
1.数据质量和准确性是建立三维地质结构模型的基础。
地质数据的精度、完整性以及异质性是建立城市区域三维地质结构模型的关键。
因此，在数据采集和处理过程中，应严格把关，保证数据的准确性和质量。
2.要考虑地质数据的异质性和空间分布的不规则性。
城市地质环境复杂，地层厚度、岩性、构造、断裂等地质条件具有一定的异质性，在进行三维地质建模时，应考虑数据的空间分布不规则状况，合理设置地质层次和结构等建模参数。
3.建模要综合考虑地质与人文环境相互影响。
建立城市区域三维地质结构模型不能排斥城市人文环境的影响，应充分考虑与城市人文环境的关系，确保城市规划与建设中各环节的协调和一体化。
二、设计流程在建立城市区域三维地质结构模型时，应按以下流程进行。
1.数据采集。
数据采集包括地质文献资料的搜集、调查、采样以及测量等，全面获得城市区域地质信息的基础数据。
2.数据处理。
数据处理包括数据清洗、质量检测、误差处理、补全数据等。
数据处理的目标是使数据可加工，可利用，可用于建立三维地质模型。
3.数据建模。
数据建模是建立三维地质结构模型的基础，包括地质横断面绘制、地质单元建立、地质特征分析等工作，使地质信息形成立体化，再加工得到编制地质数字模型的三维几何信息。
4.模型验证与解释。
模型验证是为了评估地质模型的准确性和逼真度，解释地质模型是为了确定地质模型的真实性和先进性，以保证编制出的地质模型符合实际情况。
测绘技术三维城市建模技术解析
测绘技术三维城市建模技术解析随着城市化进程的不断推进，人们对城市空间的需求也日益增长。
而测绘技术在城市规划与管理中扮演着重要的角色。
在过去，传统的测绘技术仅能够提供二维的地理信息，难以满足城市空间管理的需求。
然而，随着科技的进步和创新，三维城市建模技术应运而生。
一、三维城市建模技术的定义与发展三维城市建模技术是指利用测绘技术和计算机生成的模型，实现对城市空间的精确建模和模拟。
这项技术可以将现有的地理数据与建筑物、道路、地形等要素结合起来，形成真实且可交互的城市模型。
在过去的几十年中，三维城市建模技术得到了迅速发展。
起初，人们使用航空摄影和卫星遥感技术获取地理信息，并通过计算机进行数据的处理和分析。
然而，由于数据量大、处理速度慢以及计算机性能的限制，这种方法无法满足实时建模和模拟的需求。
如今，随着激光雷达、摄像头和无人机等先进设备的应用，以及计算机硬件和软件的飞速发展，三维城市建模技术取得了长足进步。
现在，测绘技术可以通过激光遥感技术获取高精度的地形和建筑物数据，将其与卫星影像进行融合，形成更加真实的三维城市模型。
二、三维城市建模技术的应用领域三维城市建模技术在城市规划和管理中具有广泛的应用。
首先，它可以帮助城市规划师和建筑设计师进行规划和设计。
通过建立真实的三维城市模型，他们可以更好地预测建筑物的阴影、交通流量、可视性等因素，从而优化城市的布局和发展方向。
其次，三维城市建模技术在建筑物的施工和维护过程中起到了重要的作用。
施工人员可以利用三维模型进行场地布置和物流规划，提高工作效率；维护人员可以通过模型精确定位建筑物的问题并进行修复。
此外，三维城市建模技术还在城市安全和应急管理方面发挥了关键作用。
基于真实的城市模型，应急管理部门可以进行模拟演练，提前规划和预防意外事件的发生。
三、三维城市建模技术的挑战和未来发展尽管三维城市建模技术取得了长足的发展，但仍然面临着一些挑战和问题。
首先，获取数据的成本较高。
浅述真正射影像制作的关键技术
浅述真正射影像制作的关键技术摘要: 本文简单介绍真正射影像的出现和发展现状，并对真正射影像制作中的关键技术做简单扼要的阐述。
关键词:真正射影像；TDOM；DSM；遮挡检测；阴影分析；像素工厂1引言测绘是一门应用性很强的学科,需求牵引是测绘科学发展的根本。
测绘4D 产品无疑是国家测绘的基础,产品的多样化是更是社会发展的需要。
在2006年出版的《中国测绘学科发展蓝皮书》中提到一种“真正射影像”的概念，书中认为，真正射影像在城市空间信息领域中应用前景非常广阔。
真正射影像这种全新的测绘产品开始引起普遍的关注。
本文就真正射影像制作中的关键技术做简单阐述，希望能在今后的测绘生产中产生积极的影响。
真正射影像图概念要阐述真正射影像图概念，先要从传统正射影像图讲起，然后通过比较两者的区别来理解真正射影像图概念和特点。
2.1 概念数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，DOM）是利用数字高程模型（DEM）对经扫描处理的数字化航空像片，经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像数据集。
它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像，具有精度高、信息丰富、直观真实等特点。
数字真正射影像图（True Digital Orthophoto Map,TDOM）是利用数字表面模型（DSM），通过数字微分纠正技术，改正原始影像的几何变形，对整个测区进行影像重采样后，使影像视角被纠正为垂直视角而形成的影像图。
2.2 比较TDOM对影像重采样后的影像视角都被纠正为垂直视角，与传统的正射影像相比，在大比例尺影像图中，避免了高大建筑的倾斜对其它地物的遮挡，在拼接地区能够实现平滑自然的过渡。
单从纠正方式和建筑物效果来比较，传统DOM有如下特点：a、通过数字高程模型来纠正；b、会产生倾斜的建筑物；c、会产生一些掩蔽的区域。
而TDOM则是：a、通过数字表面模型来纠正；b、完全垂直的建筑物（屋顶能够正确定位）；c、无掩蔽的区域。
倾斜摄影
一、倾斜摄影产业链组成倾斜摄影技术涉及到多个领域，包括软硬件、航飞、建模和应用等多个环节。
从上下游产业链的角度可以划分五个主要环节,倾斜摄影航摄平台（飞行平台、倾斜摄影相机）、倾斜摄影航飞、倾斜摄影数据处理、三维GIS平台、行业应用。
具体包括如下：1)倾斜摄影航摄平台的研制，主要包括飞行平台(如动力三角翼、无人机等)和倾斜摄影相机两大块；2)倾斜摄影航飞，即具体承担航飞的实施，以获取倾斜影像数据；3)倾斜摄影数据处理，主要包括基于倾斜影像的全自动或人工干预建模，以及大比例尺地形图测绘等，同时也能提供传统的4D产品(DSM、TDOM、DEM、DLG等);4)支持倾斜摄影数据成果的三维GIS平台的研制；5)基于倾斜摄影数据成果和三维GIS平台的应用开发。
二、倾斜摄影应用关键技术倾斜摄影产业链中涉及诸多技术环节，除了硬件设备的研发，软件方面的关键技术集中于自动化建模技术和平台应用技术。
目前自动化建模技术主要掌握在国外，国内有企业和科研院所正在攻关中，但尚未达到国产替代的程度。
平台应用技术上国产软件则已经走到世界的前列，具体包括：海量数据加载技术、单体化技术、效果修补技术等。
（1）海量数据加载技术指的是倾斜摄影模型数据量往往非常庞大，一平方公里的数据量在0.5-2GB之间，这样中小城市的建成区就能达到几十乃至上百GB。
不过好在倾斜摄影自动化建模软件可以输出标准的OSGB格式，且数据本身就自导了LOD(多细节层次）。
利用数据自带的LOD，超图软件通过直接读取OSGB，并运用LOD来优化调度，做到再大的数据量也可以实现瞬间加载，性能非常流畅。
（2）单体化技术是倾斜摄影模型由于生产工艺问题，最后的成果是连片的三角面片，并没有把建筑物等模型单独提取出来。
而这样的数据只能用来看看，无法进行GIS的管理与应用。
而尝试把建筑物进行物理分割，则又会造成效果差、打破原有LOD结构导致性能急剧下降等问题。
可行的办法是叠加需要管理的建筑物的矢量底面数据，运用三维渲染技术，动态实现倾斜摄影模型上的高亮选中效果。
实景三维时空数据模型构建与应用可编辑全文
去除噪点结构精修纹理精修模型精修型 构 建
配置文件倾斜入库
确定范围剥离裁剪模型融合模型更新
城市级-倾斜摄影模型
城 市 建 筑 模 型
交 通 、 植 被 模 型
P12
城市级-倾斜摄影模型轻量化
点云抽稀通过对点云抽稀， 减少三角网的构建， 进而减少数据量， 以达到最优的数据 加载效率。
模型单体化基于实景三维模型， 人工进行结构采集， 只表达需要展示细 节层次的特征，进 行三角网构建和纹 理映射，大大减少 数据量。
P13
城市级-激光三维模型构建
机载激光雷达
车载激光雷达
背包激光雷达
资料收 集分析
数据 采集
数据 配准
三维 建模
影像数 据处理
点云数 据处理
测区概况控制资料 项目要求
实地踏勘基站布设 扫描采集
P1
实景三维时空数据模型构建与应用
01 02 03 04
建设背景 三维建模 三维应用 总结展望
P3
P3
建设背景
1
战略要求
党的十九大报告明确提出建设数字中国， 以更好服务我国经济社会发展和人民生 活改善。
实景三维中国建设是落实数字中国、平安中国、数字经济战略的重要举措，是落实 国家新型基础设施建设的具体部署，是服务生态文明建设和经济社会发展的基础支撑。P4
2021年 全国自然资源工作电视电话会议
要求“加快建设实景三维中国、自然资源一张底图”。
2022年 《关于全面推进实景三维中国建设的通知》
明确实景三维中国建设的目标、任务、要求。
P6
实景三维定位
实体化
三维化
语义化
利用数字建筑模型制作真正射影像的方法与实现
Land & Resources Herald文章编号：1672-5603（2016）01-086-5利用数字建筑模型制作真正射影像的方法与实现赵淑玲*，屈伟军（湖南省第二测绘院，湖南 长沙 410119）摘 要 分析了传统正射影像与真正射影像的区别，介绍了数字建筑模型及其生成数字表面模型的方法，简要阐述了真正射影像制作原理，介绍了目前主流的制作真正射影像的系统及其生产流程，进行了真正射影像生产试验。
关键词 数字建筑模型；真正射影像；数字微分纠正；遮蔽检测与补偿中图分类号：P283.49 文献标识码：AThe Method and Implementation of Making True Orthophoto MapUsing Digital Building ModelZhao Shuling, Qu Weijun(The Second Surveying and Mapping Institute of Hunan, Changsha Hunan 410119)Abstract: The differences between traditional orthophoto map and true orthophoto map are analyzed, the digital building model and how to use it to generate digital surface model are introduced, the principles of making true orthophoto map are brie fl y described, the mainstream systems of making true orthophoto map and its production processes are introduced, and a true orthophoto production test is implemented.Key Words: digital building model; true orthophoto; digital differential recti fi cation; occlusion detection and compensation*第一作者简介 赵淑玲，女，1969年生，地理信息工程专业，从事地理信息数据处理、三维建模、系统开发、国土调查等工作。
基于DSM和TDOM的城市三维模型构建(1)
1 引言 现阶段的大规模数字城市三维建模过程中，建筑物 模型基本上是基于矢量图形将其通过建筑物的层高进行赋 值拉伸得到，其高程信息不够精确；同时在使用数字高程 模型(DEM)和数字正射影像(DOM)进行地表建模时，由于 DOM上建筑物存在投影差，建筑物模型不能够与影像完 全重叠。如何解决这些问题，快速建立更加精确的数字城 市三维模型成为一个十分重要的课题。在“数字泰州”非
建筑物的侧面纹理一般不能从影像数据中获得，通常 需要实地拍摄获取。粘贴侧面纹理之后的建筑物模型如图5 所示。
4 结论 在“数字城市”建设中，利用DSM、TDOM快速建 立城市三维模型具有很大的优势和发展前景，但DSM、 TDOM的获取是摄影测量与遥感领域的前沿课题，其大规 模应用还处于起步阶段，随着科学研究与技术的发展，其 应用必将广泛。
输入数码影像、卫星影像或者传统光学扫描影像，能够自 动实现影像匹配、地物过滤、影像拼接、整体匀色和分幅 输出，在少量人工干预的条件下，经过一系列的自动化处 理，生成数字表面模型(DSM)、数字高程模型(DEM)、数 字正射影像(DOM)和真正射影像(True DOM)等。高精度的 DSM和TDOM，对于航摄影像的航向重叠度和旁向重叠度 要求分别至少达到68%和75%，原则上要求基高比（B/H）小 于0.3。另外，还要保证在航向和旁向分别至少有3度重叠，
【参考文献】 1 张祖勋,张剑
清.数字摄影测量学 [M].武汉:武汉大学出 版社,2002
2 曹敏,史照 良.新一代海量影像 自动处理系统“像素 工厂”初探[J].测绘 通报, 2006(10):55-58
3 穆利娜.城市 DSM、TDOM的获取 技术与应用研究[D]. 西北大学,2008
4 阎平,江万 寿.DSM数据中多 层次、多直角房 屋的三维重建[J]. 武汉大学学报•信 息科学版,2006； 31(6):492-499
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的技术优势。基于DSM构建的三维模型如图1所示。
筑物、高架桥、树木等地物的顶部影像能够和DSM完美叠
TDOM是利用DSM，采用数字微分纠正技术，改正原 加，从而可以快速获得包括地表景观和建筑物顶部影像信
始影像的几何变形，使影像上每一点都被纠正为垂直视角 息的三维模型。如图3所示。
而形成的影像图。尤其在繁华的城市地区，TDOM像通过
建筑物的侧面纹理一般不能从影像数据中获得，通常 需要实地拍摄获取。粘贴侧面纹理之后的建筑物模型如图5 所示。
4 结论 在“数字城市”建设中，利用DSM、TDOM快速建 立城市三维模型具有很大的优势和发展前景，但DSM、 TDOM的获取是摄影测量与遥感领域的前沿课题，其大规 模应用还处于起步阶段，随着科学研究与技术的发展，其 应用必将广泛。
提取建筑物侧面纹理 地形三维模型
建筑物三维模型
图4
处理，得到建模区域的DEM数据，同理将DLG投影到DEM 上得到建筑物矢量所对应的地面高程，将二者相减从而获得 房屋准确高度。将建筑物矢量数据基于所获取的高度信息进 行垂直拉伸即可以得到建筑物的几何模型。
三维模型构建的基本流程如图4所示。 建筑物三维模型除了需要构建其空间几何关系外，还 需要其相应的纹理才能在计算机中真实地表达出实际三维物 体。在目前以手工为主的三维建模过程中，贴纹理是一项非 常费时费力的工序。TDOM中由于建筑物都已经被纠正为垂 直投影，建筑物的顶面可以直接在TDOM中提取，投影到建 筑物的顶面几何模型上，节约了纹理处理的时间。
Discovery
探 索 · 信 息 化
图1
图2
【摘 要】
城市三维模型的 建立能够全方位地、
基于DSM和TDOM的城市三维模型构建
直观地给人们提供有 关城市的各种具有真
◎ 江苏省基础地理信息中心 虞泰泉 沈泉飞
实感的场景信息，较
之平面二维数据具有 更多的优越性。新一 代海量影像处理系统 “像素工厂”可以生 产高精度的DSM和 TDOM，为数字城市 三维建模提供更为精 确的基础数据。
DSM是指包含了地表建筑物、桥梁和树木等高度的地 将数字表面模型以高程为基准进行拉伸，即可以得到城
面高程模型；而DEM只包含了地形的高程信息，并未包含 市的三维高程显示效果（图1）。像素工厂可以输出ascii
其它地表信息。DSM是在DEM的基础上，进一步涵盖了除 和tif格式的数字表面模型，并且可以很容易转换为其他
输入数码影像、卫星影像或者传统光学扫描影像，能够自 动实现影像匹配、地物过滤、影像拼接、整体匀色和分幅 输出，在少量人工干预的条件下，经过一系列的自动化处 理，生成数字表面模型(DSM)、数字高程模型(DEM)、数 字正射影像(DOM)和真正射影像(True DOM)等。高精度的 DSM和TDOM，对于航摄影像的航向重叠度和旁向重叠度 要求分别至少达到68%和75%，原则上要求基高比（B/H）小 于0.3。另外，还要保证在航向和旁向分别至少有3度重叠，
基于集群处理技术，具有若干计算能力强大的计算节点， 乘原理得到建筑物顶面的最优高程。 其次对DSM进行滤波
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Discovery
探 索 · 信 息 化
图3
图5
DLG
DSM
建筑物海拔高程
建筑物高度
TDOM
DEM
建筑物地面点高程
提取建筑物顶部纹理
构建建筑物几何模型
实地拍摄像片 TDOM DEM
地面以外的其它地表信息的高程模型，信息更加丰富，更 格式，也可以构建TIN模型。利用DSM数据，经过数字
能真实反映地表地物的高程信息。在一些对地物高度有特 微分纠正处理，生成TDOM数据。采用三维充分的利用，具有很强 ArcScene），将TDOM与DSM进行叠加，可以看到所有建
【关键字】 城市三维模型
DSM TDOM 像素工 厂
精细三维城市建模专项任务中，我们通过“像素工厂” （Pixel Factory，PF）生产的数字表面模型（DSM）和真正 射影像（TDOM），可以较好地解决这些问题。
2 DSM和TDOM获取
符合这些条件才能够生产出符合质量要求的真正射影像。
3 模型构建基本流程 基于数字表面模型构建城市三维模型具有很大的优 势，首先数字表面模型包含地表每一点的高程信息，直接
虽然DSM与TDOM叠加可以快速获得城市三维模型，
高精度DSM纠正消除了所有视差，建立了完全垂直视角的 但是在实际应用中，由于DSM的精度越高其数据量越大，
地表景观，建筑物保持垂直视角，因此在真正射影像上， 在软件调用数据和快速浏览时势必造成不利的影响，最好
只显示了建筑物的顶部，不显示侧面，避免了高大建筑物 的解决办法是利用已有的DLG数据或者根据TDOM构建筑
【参考文献】 1 张祖勋,张剑
清.数字摄影测量学 [M].武汉:武汉大学出 版社,2002
2 曹敏,史照 良.新一代海量影像 自动处理系统“像素 工厂”初探[J].测绘 通报, 2006(10):55-58
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4 阎平,江万 寿.DSM数据中多 层次、多直角房 屋的三维重建[J]. 武汉大学学报•信 息科学版,2006； 31(6):492-499
1 引言 现阶段的大规模数字城市三维建模过程中，建筑物 模型基本上是基于矢量图形将其通过建筑物的层高进行赋 值拉伸得到，其高程信息不够精确；同时在使用数字高程 模型(DEM)和数字正射影像(DOM)进行地表建模时，由于 DOM上建筑物存在投影差，建筑物模型不能够与影像完 全重叠。如何解决这些问题，快速建立更加精确的数字城 市三维模型成为一个十分重要的课题。在“数字泰州”非
5 尤红建,苏林, 李树楷.利用机载三维 成像仪的DSM数据自 动提取建筑物[J].武汉 大学学报•信息科学 版,2002,27(4):408-413
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对其它地表信息的遮挡，其所包含的信息更全面、更丰 物基本轮廓，在DSM上获取建筑物的准确高程，从而生成
富。因此，TDOM在城市空间信息领域中应用前景非常广 建筑物的几何模型。具体办法是，首先将DLG数据投影到
阔。TDOM真正射影像如图2所示。
DSM上，通过高程内插方式获得建筑物矢量上各角点的高
“像素工厂”是一套大型的遥感影像处理系统，系统 程，然后按照同一房顶高程相同的几何约束，利用最小二