三维GIS课件(三维城市模型数据的生产工艺与质量控制)

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。城市三维景观的建立,将以全新的方式表达和处理地理空间信息，在城市规划、房地产开发、交通管理、旅游等领域起着重要的作用。

三维城市模型快速更新方法与流程

随着城市的发展和变化，三维城市模型的及时更新变得越来越重要。更新三维城市模型可以帮助决策者更准确地了解城市的现状，并为规划和管理提供更好的支持。本文将介绍一种快速更新三维城市模型的方法与流程，旨在帮助相关人员在实践中更高效地完成此项工作。

一、数据采集阶段：

1.1. 概述：

在进行三维城市模型的快速更新前，首先需要收集最新的城市数据。数据采集可以分为两个阶段：数据采集规划和数据采集执行。在数据采集规划阶段，需要确定采集的数据类型、区域范围和采集时间计划。在数据采集执行阶段，需要配备相关设备和人员进行数据的实地采集。

1.2. 数据采集规划：

1.2.1. 确定数据类型：根据城市模型更新的需求，确定需要采集的数据类型，例如建筑物、道路、植被等。

1.2.2. 确定区域范围：根据城市的发展情况和模型使用的目的，确定需要进行模型更新的区域范围。

1.2.3. 制定采集时间计划：根据城市的季节变化和气候条件，制定合适的采集时间计划，以确保数据采集的质量。

1.3. 数据采集执行：

1.3.1. 设备准备：根据数据采集规划，准备相应的设备，例如摄影测量仪、激光测量仪等。

1.3.2. 人员培训：对参与数据采集的人员进行培训，使其能够熟练操作设备和采集数据。

1.3.3. 实地采集：按照数据采集规划，带上设备，到指定的区域进行实地采集。可以利用航拍、卫星影像等技术，并结合GPS定位系统，实现对地理位置和空间坐标的准确采集。

二、数据处理与整合阶段：

2.1. 概述：

在数据采集完成后，需要进行数据处理和整合，以便用于更新三维城市模型。这个阶段包括数据处理和数据整合两个步骤。

2.2. 数据处理：

2.2.1. 数据清洗：对采集到的数据进行清洗，去除异常值和错误数据，确保数据的准确性和一致性。

2.2.2. 数据分类与分类：对清洗后的数据进行分类，例如将建筑物数据、道路数据和植被数据分别归类。

城市实景三维模型数据质量检查验收方法

赵雷;杨贵梅;袁翔东;包银丽

【摘要】基于高分辨率倾斜摄影测量,可以获得高精度的城市实景三维模型.文章结合昆明实际案例,对基于倾斜摄影测量技术制作的城市实景三维模型数据检验方法进行了探索和实验,并提出了一套可行的城市实景三维模型数据质量检查工艺流程.

【期刊名称】《地矿测绘》

【年(卷),期】2017(033)004

【总页数】5页(P17-21)

【关键词】航空摄影测量;实景三维模型;倾斜摄影测量;质量检查

【作者】赵雷;杨贵梅;袁翔东;包银丽

【作者单位】昆明市测绘管理中心,云南昆明650500;云南省交通规划设计研究院,云南昆明650031;昆明市测绘管理中心,云南昆明650500;昆明市测绘管理中心,云南昆明650500

【正文语种】中文

【中图分类】P231;P208

0 引言

昆明市在2014年度立项开展了城市规划建设管理数字化应用项目，该项目主要采用目前较先进的“测量型倾斜摄影测量”技术获取城市实景三维模型数据，从而辅助城市规划建设实现精细化管理。截止2015年下半年，项目验收前，国内仍未出台城市实景三维模型数据质检规范和标准。鉴于项目成果急需向政府部门和社会公众推广应用，项目组在省级测绘产品检测部门的指导下，项目依据GB/T 18316—2008《数字测绘成果质量检查与验收》、CH/T 3012—2014《数字表面模型航空摄影测量生产技术规程》和《昆明市城市规划建设管理数字化应用专业技术设计书》，开展了基于倾斜摄影测量技术生产城市实景三维模型的检查与验收规范研究制定工作。

1 基于倾斜摄影测量技术的城市实景三维模型技术路线

实景真三维技术在获取到符合要求的倾斜影像以及同区域激光点云数据后，能够通过高度自动化的手段对两种数据进行解算合成处理，以非常快的速度生产实景三维模型数据。使用全自动三维建模软件(如PhotoMesh)进行三维建模。通过摄影测量原理，对获得的倾斜影像数据进行几何处理、多视匹配、三角网(TIN)构建、自动赋予纹理、人工修复、单体化等环节，输出城市实景三维模型成果。基于倾斜摄影测量的城市实景三维模型技术路线图，如图1所示。

实景三维地理场景生产技术规程

实景三维地理场景生产技术规程是指在实景三维地理场景生产过程中，所需遵循的一系列技术规范和流程。以下是一些可能包含在该规程中的内容：

1. 数据采集：规定了数据采集的方法和流程，包括地形数据、建筑数据、植被数据等的获取方式和精度要求。

2. 数据处理：规定了数据处理的方法和流程，包括数据清洗、数据融合、数据配准等步骤，以及处理后数据的质量控制要求。

3. 场景建模：规定了场景建模的方法和流程，包括地形建模、建筑建模、植被建模等步骤，以及模型的精度要求和质量控制要求。

4. 纹理贴图：规定了纹理贴图的方法和流程，包括纹理采集、纹理处理、纹理映射等步骤，以及贴图的分辨率要求和质量控制要求。

5. 光照渲染：规定了光照渲染的方法和流程，包括光源设置、材质设置、渲染参数设置等步骤，以及渲染效果的要求和质量控制要求。

6. 场景优化：规定了场景优化的方法和流程，包括减面优化、LOD优化、贴图压缩等步骤，以及优化效果的要求和质量控制要求。

7. 场景发布：规定了场景发布的方法和流程，包括场景封装、场景压缩、场景加载等步骤，以及发布效果的要求和质量控制要求。

8. 质量控制：规定了质量控制的方法和流程，包括数据质量控制、模型质量控制、渲染质量控制等方面的要求，以确保生产出的场景达到预期的效果和质量要求。

以上内容仅为例示，实际的实景三维地理场景生产技术规程可能根据具体场景的需求和技术发展的变化而有所调整和完善。

地理信息系统的质量控制

孙红春

1 引言

地理信息系统（GIS-Geographic Information Systems），无论怎么定义它，都可以把它视为一个有地理位置的信息系统，这是GIS区别于其他信息系统的一个主要特点。从GIS系统的三个基本内容，既具有地理位置的空间实体、描述实体的属性、空间实体之间的拓朴关系来看GIS系统的质量控制分别包含了空间数据的质量控制、属性数据的质量控制、空间实体之间关系和空间数据与属性数据与属性数据之间关系的质量控制。GIS系统的空间性决定了空间数据在GIS应用中所起作用的基础性和重要性，因此GIS空间数据的质量控制依然是GIS系统质量控制的重要要素，又因为GIS空间数据可以通过内业手扶跟踪数字化、扫描矢量化、野外数字化测量、数字摄影测量等多种手段采集，因此空间数据质量控制的内容是丰富多彩的。但是地理信息系统决不仅仅是一个数字化的地形图，因此GIS系统的质量控制就不能仅仅限于空间数据的质量，属性数据的质量控制、空间实体之间关系和实体与属性之间关系的质量控制也是GIS系统质量控制中必不可少的内容。

数字产品按其点位精度、属性内容、应用范围不同大体上可以分为：数据线划地图、数字栅格地图、数字高程模型、数字正射影像等。因为数据采集手段不同，其质量控制内容也有差异。这里要搞清楚的是数字地图产品的质量与GIS的数据质量、数字产品的成图质量和数据质量概念不能混为一谈，下面我们来看GIS数据的质量特性。

2 空间数据

数据位置的精度将直接影响数据库的应用，在质量控制检查中，对数据的位置精度进行严格的检查和分析是十分重要的一环。

位置精度是在数据集合（例如地图）中物体的地理位置与其真实的地面位置之间的差别，通常检验方法是按规定的方式选择一些特定的样本点与另外一个独立的精度更高些信息源的定位坐标进行比较。定位精度有两部分组成，偏差与精度，偏差是描述真实位置与表达位置之系统差别，理想的偏差应当是零，表明图上位置与表达位置没有系统偏差。偏差通常由样本点的平均位置误差度量。

基于GIS数据的线实体的数据处理与质量控制的方法

[摘要]GIS的空间数据由矢量数据结构与栅格数据结构组成，矢栅一体化的数据结构以及三维数据结构就实现了地理实体的点线面体在三维空间中的点面的弧拓扑与面拓扑进而构成了三维的八叉树结构。

【关键字】线实体；数据处理；质量检查；八叉树结构；弧拓扑；面拓扑

引导语

众所周知，GIS的最主要的功能即是其较为完善的空间分析能力，这种能力也是传统的计算机制图和GIS之间的最大的差异。空间分析对于GIS是至关重要的一个环节，在这个过程中不仅要用到计算机科学，还要用到图论、空间统计学、拓扑学、计算几何学等复杂的数学工具。空间分析在多学科集成的帮助之下对实体的空间以及空间中的物体的构成使用拓扑学以及其他学科的描述方法进行描述，并使用空间统计学对其进行分析，以获得所需要的模型数据，这些模型数据既包括了目标的空间的描述的数字化模型，又包括了目标空间中的各物体及其与空间以及与其他物体之间的关系。这些数字化的模型数据是计算机辨识空间、搜寻目标、快速定位的理论依据，这些数据模型帮助计算机理解实体空间与模型空间的映射路径与拓扑关系。在此基础上就可以实现相对空间之间的距离的计算，坐标的确认、速度的转换、方向、角度等相关数据的交互。

1、概述

我们人类生存在四维的立体空间之中，在三维的立体空间中加上时间这一T维坐标系，就构成了整个人类的历史，我们无法穿越过去与未来，我们只能活在现在。虽然我们无法在四维空间中任意穿梭，但是，幸运的是，我们可以在三维空间中任意往来。也正是基于这一基本的需求，才导致了GIS的诞生。这种较为先进的空间系统可以通过数字化模型对空间中的任意一点进行定位、搜寻、分析。我们人类生存于其中的三维空间与任何其他的三维空间都一样，都可以分解为点、线、面这三种最常见的元素。我们每个人所在的位置就可以看做是一个点，那么两个点之间就可以连成一条线，而一整个区域，比如一片街区就可以看做是一个面，当然这个面在某种情况下也可以成为一个点。比全国的GIS系统中，比较小的城市就可以暂时看做一个点。打开这个点，一个城市的坐标系统就显现出来，这个点一瞬间就变成了一个面。点、线、面三者之间以及彼此互相之间还可以形成多达十三种的较为复杂的拓扑关系。这十三种关系之中，较为常用的有相邻、相交、相接、重叠、包含、分离等几种关系。这些关系是如此的复杂，以至于我们不得不将点、线、面这三种基本元素分开来加以讨论。因此本文将重点论述这三种基本元素之中的线元素，也叫线实体的相关问题。

1_10000地形图_DLG_数据生产的质量控制与检测

地理空间信息

GEOSPATIAL

2009 年2 月

第7 卷第1 期

1:10 000 地形图(DLG)数据生产的质量控制与检测

郑凤娇，王祥

（武汉市勘测设计研究院，湖北武汉430022）

文献标志码: B

摘要：结合武汉市1：10000 地形图生产项目，给出了1：10000 地形图（DLG）数据生产的技术方法与流程，阐述了

1：10000 地形图（DLG）数据生产的质量控制过程及检测项目的具体内容。

关键词：地形图；DLG；数据处理；质量控制；检测

中图分类号：P208

Quality Control and Detection for Data Production of

1:10000 Topographic Maps (DLG)

ZHENG Fengjiao, WANG Xiang

(Wuhan Geotechnical Engineering & Surveying Institute, Wuhan 430022，China)

Abstract：Combination of Wuhan 1: 10 000 topographic map production project, given

the technical

methods and processes of 1: 10 000 topographic maps (DLG) data, described quality

control process

and specific content of detection projects for 1: 10 000 topographic maps (DLG) data

production .

Ke ywords：topographic map; DLG; data processing; quality control; detection.

文章编号: 1672-4623 (2009) 01-0091-04

CIM资源管理与共享

摘要：城市信息模型（City Information Modeling，简称CIM）是一种以数字化的方式对城市进行三维建模的城市信息有机综合体，城市信息模型的成功实施依赖于资源的有效管理和共享。本文将讨论城市信息模型资源管理与共享的重要性，并介绍一些相关的技术和方法，以推动城市信息模型平台资源的流动与共享，促进城市信息模型的发展和应用，提高城市信息模型平台的城市治理效率。

关键词：城市信息模型，CIM，资源管理，资源共享，数据，智慧城市

一、引言

城市信息模型资源管理与共享的提出不仅来自城市发展的需求和技术进步的机遇，也受到了政策背景的影响。在我国《城市信息化发展专项规划（2016-2020年）》中，国家发展改革委员会和国家信息中心联合发布了《城市信息化发展专项规划》，其中强调了城市信息模型资源管理与共享的重要性。该规划提出了在城市规划、交通管理、环境监测等领域推动城市信息化发展，并倡导加强城市信息资源共享和开放。

在过去，城市资源管理往往是以传统的手工方式进行，存在数据不一致、信息不及时、管理效率低下等问题。随着信息技术的快速发展和智慧城市的兴起，城市信息模型的概念被提出，为城市资源管理提供了新的思路和方法。通过建立完善的城市信息模型资源管理与共享机制，可以为城市规划、决策和管理提供有效的支持，促进城市的可持续发展。

本文将从其理论基础、实践现状、关键技术和结论等方面对CIM资源管理与共享进行深入探讨。

二、理论基础

城市信息模型（City Information Modeling，简称CIM）是以建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、物联网（IoT）等技术为基础，整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来多维多尺度信息模型数据和城市感知数据，构建起三维数字空间的城市信息有机综合体，以实现对城市的综合管理和决策支持。城市信息模型的构成要素包括几何模型、属性数据、拓扑关系、时空信息等内容，其中几何模型用来表示城市的地理形态，属性数据用来描述城市的物理和功能特征，拓扑关系用来表示城市各要素之间的空间连接关系，时空信息用来表示城市的演化和动态变化。城市信息模型具有可视化、集成化、智能化和动态化等特点。它可以通过可视化方式展现城市的各个方面，实现不同数据和信息的集成，提供智能决策支持，以及对城市的变化和演化进行动态管理。

BIM与GIS

GIS数据是空间信息的基础，集成了三维城市模型的信息，为庞大的城市建筑规划数据提供了有效的管理、存储和维护手段，很多城市空间管理系统都是基于GIS开发而成。然而GIS一直以来致力于获取、保存、管理、分析以及真实呈现地理环境，透过三维建模技术展示建筑物外观以及地理位置，而对于建筑物内部信息、成本、承包商、设计变更等信息却无法进一步取得。

在城市建筑规划中，只对城市建筑物外部环境信息进行整合管理，会忽略掉很多影响建筑物规划的重要信息，GIS本身也无法整合和管理建筑物所有阶段的信息。BIM的出现弥补了这种不足。BIM（building information modeling）即建筑信息模型，是在三维技术的支持下进行建筑数据收录与展示的平台；是全寿命周期管理模式的成熟应用，帮助项目管理企业在管理建筑的过程中建立起完善的信息共享平台；是以建筑物的三维数字化为载体，以建筑物的全生命周期为主线，将建筑生产各个环节所需要的信息关联起来，形成的建筑信息集。BIM不仅能用三维实景的方式整合建筑物的图形、非图形信息，还可以建立信息模型，减少信息在建筑各阶段传递过程中的流失。

而在三维GIS领域，主要研究如何对城市建筑物三维建模，获得建筑的详细空间信息。

随着航空摄影技术的创新和发展，倾斜摄影技术是近年来测绘领域发展起来的一项新技术，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器（1个垂直、4个倾斜的角度影像机），从5个不同角度同时采集信息，真实客观地反映测量物体。由于倾斜摄影测量技术能够获取地理实体的纹理细节，不但丰富了影像数据源信息，同时高冗余度的航摄影像重叠，为高精度的影像匹配提供了条件，使得基于人工智能的三维实体重建成为了可能。倾斜摄影测量和建模的关键支撑点——分层显示技术和纹理映射技术，极大地提升了三维建模的效率，同时也降低建模的生产成本。

BIM和GIS整合已逐渐成为业内的焦点。在建筑领域，建筑从设计到施工产生大量的信息，特别是建筑设计三维模型，包含了建筑详细的空间信息，各种信息集合在一起形成BIM。

三维GIS辅助城市规划的综述

嚣霎Ⅵ渊_：

三维GIS辅助城市规划的综述

谢忠假

(江西理工大学建筑与测绘工程学院江西赣州341000)

[摘要】通过对三维GIS数据获取及可视化的综述，阐明运用三维GIS辅助城市规划将是今后的发展趋势．

[关键词]三维6IS可视化城市规划

中围分类号：TU98文献标识码：A文章编号：1671--7597(2∞8)0920118一01

在当前的城市规划设计、管理、编制、审批过程中，设计人员需要借

助三维GIS手段．通过将规划方案直观地展现出来，帮助规划设计与规划管

理人员对各种规划设计方案进行辅助设计与方案评审，并为广大群众的积

极参与提供信息平台。

一、现代三雏空问致据获取的主■特征

集成一体化：实时化：动态化；数字化；自动化；智能化。

二、空问信息的三维童横

(一)LOD模型(层次细节度)。所谓LOD(1evelsofdetail，

LOD)模型，是指对同一个场景中的物体采用具有不同细节水平(或称精细程

度)的一系列模型。其实现方法如下：

I．为物体建造一组详细程度不同的模型。将一组LOD模型根据细节的

详细程度从多到少进行捧序，并用序列号(1，2，…，n)给以标识(图1)．

图l某物体一组详细程度不同的数据模型

2．立体模型与视距问的关系约定。通过计算视点与目标点间的距离

求出目标的视距，为每一个被观察目标建立一组有关视距的阈值，用阌值

把视距划分为不同的视距段。

(二)多分辨率建模方法。根据不同细节层次建模需要，可以分别采

用以下不同的数据源和建模策略重建三维场景模型。

1．根据DEM重建逼真的地形表面形态，通过叠加正射影像数据牛成真

实感很强的虚拟景观。2．直接使用CAD、3DS、3DMAX等设计数据，逼真表示

规划设计成果的精细结构和材质特征；这种方法可以达到较高水平的细节程

度，不仪能表示目标外观，而且还能充分展现目标的内部形态。3．利片j摄

影测量、激光扫描或其他地面测量手段采集的三维编码数据和实际影像纹理

逼真表示建筑景观的现状：该方法一般4i表示实体内部特征，根据不同分辨