城市GIS_城市地理信息系统的技术与方法

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Hale Waihona Puke 2.5.4 扫描数字化地图数字化
（1）点坐标数据+高程数据：用于构造树木、路牌、 旗杆、路灯等呈点状分布的模型。 （2）折线坐标数据+高程数据：用于构造栅栏、宣传 栏等呈线状分布的模型。 （3）平面多边形数据+高程数据：普遍适用于地面、 房屋、草坪、道路等模型的建立。 （4）三角串数据+高程数据：用于构造较为复杂的模 型。利用这种数据可以构造河堤岸（高程不同）和体 育场跑道（高程相同）等模型。
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2.5.2
城市三维空间信息获取
二. 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。
2.5.3 GPS测量
野外数据采集
如果接收机能够同时接收 4 颗以上的卫星信号，如右图 所示。根据三维空间后方交 会原理，由卫星的位置和接 收机与卫星的距离，即可以 计算出 GPS 接收机天线所在 位置的三维地心坐标
Z Y
X
GPS测量的原理
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2.5.4
地图数字化
手扶跟踪数字化 地图扫描矢量化
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2.5.7
合成孔径雷达（SAR）
合成孔径雷达（ Sythetic Aperture Radar ， SAR）是一种全天时、全天候的微波成像 雷达，不仅可以详细的、较准确的观测地 形、地貌，获取地球表面的信息，还可以 透过地表和自然植被收集地表下面的信息。
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2.5.7
合成孔径雷达（SAR）
干涉合成孔径雷达（Interferometric Sythetic Aperture Radar ， INSAR ） 是 SAR 的一种 新机制，可以用于获取地球表面高分辨率 的三维地形图或等高线图，监视一些自然 现象导致的变化。干涉SAR是将雷达系统 对同一区域的“两次”观测获得的数据结 合起来，根据干涉原理，利用其相位差获 得更多的地表信息，如地表高度、地表覆 盖物的微小变化。
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2.5.2
城市三维空间信息获取
四. 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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2.5.3
野外数据采集
全站仪测量
GPS测量
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2.5.3 全站仪测量
野外数据采集
第三章
城市地理信息系统的技术与方法（第5讲） 城市三维空间信息的获取方法
2.5.1
城市三维空间信息的内 城市三维空间信息获取 野外数据采集 地图数字化 全数字摄影测量系统 激光扫描测量系统 合成孔径雷达 近景摄影测量方法 多数据源集成
容 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.5.5 2.5.6 2.5.7 2.5.8 2.5.9
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2.5.5
全数字摄影测量系统

数字高程模型（DEM） 正射影像（DOM） 数字栅格图（DRG） 数字线划图（DLG）
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2.5.6
激光扫描测量系统
高 精 度 激 光 扫 描 仪 （ 如 Airborne Scanner 、 Laser Faç ade Scanner ）能够获取物体表面高 解析度的数字距离影像，影像中包含被扫描物 体大量的球面坐标信息，这些坐标可转换到笛 卡尔坐标系中，并进一步作用于有关的三维应 用。 将 GPS 、惯性导航系统（ INS ）和扫描激光测 距仪进行集成，则组成机载激光扫描制图系统 （Airborne Scanning Laser Mapping System）， 可进行大范围数字地表模型（ Digital Surface Model，DSM）的高精度实时获取。
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
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2.5.1
城市三维空间信息的内容
信息类型 三维地形
信息形式 数字高程模型
需要比例尺 1：500～1000
三维建筑
地表纹理
地形图
数字正射影像图
1：500～1000
1：500～4000
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2.5.2
城市三维空间信息获取
一．DEM数据获取
二．建筑物高度数据获取
三．三维对象几何要素数据获取
四．纹理数据获取
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2.5.2
城市三维空间信息获取
一．DEM数据获取
（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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从单幅雷达影像提取地面高程信息
处理流程：
数学模型的建立 高程增量的求取 对增量数据运用积分处理 运用模拟退火算法改善结果
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从单幅雷达影像提取的地面高程信息
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干涉测量：数据处理流程图
复雷达图象 轨道 1
轨道 1 成像参数
图象配准 复共轭乘积
干涉图
复雷达图 轨道 2
轨道 2 成像参数
相位解缠
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机载激光扫描技术——工作原理
扫描成像仪同步获取地面的扫描图像， 而且扫描成像仪和扫描激光测距仪在硬 件上共用一套扫描光学系统而组成扫描 激光测距 — 成像组合传感器（ AL-Hi ）， 从而保证地面的激光点和图像上的某些 像元点严格匹配，即在获取地面点的图 像同时还获取该点到成像仪的激光距离 值。在后续处理中，激光采样点作为控 制点就可以生成DSM，也可以纠正同步 获取的遥感图像。
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2.5.2
城市三维空间信息获取
三. 三维对象几何要素数据获取
（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。 （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。
DEM
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干涉测量：数据处理实例
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2.5.8
近景摄影测量方法
数字近景摄影测量系统包括：影像获取、 特征检测、影像相关、解析处理及产品输 出及各部分。 不仅适用于建筑物外部数据的几何和纹理 数据的获取，也适合于建筑物内部（如房 间、走廊等）数据的获取，解决了建立深 层次 3D 城市模型所存在的建筑物内部数 据获取困难的问题。
全站仪是电子经纬仪和 激光测距仪的集成，它 可以同时测量空间目标 的距离和方位数据，并 且进一步得到它的大地 坐标数据
Win-全站仪NTS-202W/205W
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2.5.3 全站仪测量
全站仪
野外数据采集
电子手簿 坐标数据
计算机
编辑处理 空间数据
野外
室内
空间数据编辑处理和成图的两种模式：一种是利 用 AutoCAD 图形软件进行图形的处理和制图，另 一种是自行编制数字制图软件进行空间数据处理 和制图。
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2.5.9
多数据源集成
由计算机生成 根据航空摄影像片获取；由卫星遥感 像片获取 构筑物及 根据地面摄影像片直接获取 地面的纹 用机载激光扫描仪结合空中影像，经 理数据 算法处理提取建筑物顶部纹理 用激光测距扫描仪结合CCD相机从地 面获取建筑物立面纹理 由移动测绘系统获取等
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2.5.3
全站仪测量
野外数据采集
电子平板：将便携机直 接与全站仪相连，测量 的结果直接显示在屏幕 上。在野外直接进行空 间目标的图形连接和编 电子平板仪的测量示意图 辑处理，然后进行符号 化、注记与制图。
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2.5.3 GPS测量
野外数据采集
GPS 由三大部分组成： GPS 卫星（空间部分）、 地面支撑系统（地面监控部分）和 GPS 接收机 （用户部分）
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2.5.2
城市三维空间信息获取
三. 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。
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机载激光扫描技术
DEM+CCD影象
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机载激光测量的应用实例

城市地理信息数据获取
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机载激光测量的优点



与传统的摄影测量作业相比，它无需地面 控制点，可部分穿越树林遮挡直接获取地 表的高精度三维信息； 对天气的要求不高，甚至夜间也可以飞行 作业，其获取 DSM 的成本仅为摄影测量的 25%-33%。 为空间信息的获取提供了全新的技术手段， 使人们从传统的人工单点数据获取变为连 续自动数据获取，提高了观测的精度、速 度
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2.5.9
多数据源集成
根据地形图/地籍图数字化得到建筑物投影 平面几何数据 将数字地图或2D GIS中的建筑物轮廓线与其 高度结合，用简单几何体表达建筑物外形特征 利用航空影像进行交互获取；利用航空影像 建筑物的几 以及地面摄影对建筑物特征线进行自动提取 何要素数据 在地面使用GPS和激光三维扫描仪，通过测 距求算获取 利用高分辨率卫星影像进行建筑物的自动提 取 由近景摄影测量系统获取 由移动测绘系统获取等
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机载激光扫描技术
GPS