基于激光雷达的三维建模技术在昆明数字城市项目中的应用

� � 收稿日期: 2009- 11- 09;修回日期: 2010- 03- 15 作者简介:蒋仁军( 1983- ) ,男,广西桂林人,助理 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师,学士,主要从事激光雷达航测方面的生产和研究, E- mail: lidar- jrj@ 163. com。 基于激光雷达的三维建模技术 在昆明数字城市项目中的应用 蒋仁军 (广西电力工业勘察 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 研究院,广西 � 南宁 � 530023) 摘� 要:通过昆明数字城市项目的工程实践, 介绍了基于激光雷达的三维真实纹理模型的制作 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 和技术,并对其 优缺点和应用前景进行了分析和讨论。 关键词:数字城市; 激光雷达;影像纹理; 三维建模 中图分类号: P237 � � 文献标识码: B � � 文章编号: 1001- 408X( 2010) 02- 0092- 02 1 � 引言 数字城市, 是指运用测量、遥感、电脑网络、多媒 体及仿真- 虚拟技术等对城市的全部基础设施、功 能机制进行动态监测与管理、辅助决策及大众服务 的技术系统。这些功能的实现需要各方面数据的支 撑,真实可量测的三维景观模型数据是其中很重要 的组成部分。而通过机载激光雷达和数字航空摄影 正拍、斜拍技术, 采集大量的城市地表、建筑物的三 维激光点云数据和建筑物侧面纹理影像数据, 经过 一定的处理,得到地面高程模型、正射影像及建筑物 三维模型等成果数据,然后通过纹理影像匹配处理, 将斜拍与正拍的影像对应粘贴到三维模型上, 从而 得到真实具有纹理影像的可量测三维模型成果。该 方法精度高、速度快、可量测、多应用,对于数字城市 的建立与完善具有巨大的推动作用。 本文以工程应用中的具体实践来加以介绍其中 三维纹理模型的制作流程。 2 � 工程范围 昆明市,作为云南省省会,是该省政治、经济、文 化、科技、交通的中心, 全市面积 2�15 万 km2, 其中 市区面积 330km2。本工程范围是以市区中心为中 心,南北各 10 km 的方形区域, 约 100km2 的面积, 该范围是昆明市的商业核心区( CBD) , 有风格各异 的现代化的城市楼群,也有待规划完善的居民小区。 该项目的实施对该市的城市管理、规划、应急联动、 对外宣传等都有着积极的影响。 3 � 相关的软硬件资源 3�1 � 使用的软件 ( 1) 激光数据处理软件, 如预处理软件、LSC 分类软件等; ( 2) 基于激光的建模软件, 如 M icroStat ion 平 台的插件等; (3) 正、斜片影像纹理粘贴软件, 如 Lidar - Studio 软件等; ( 4) 真实三维纹理模型浏览软件, 如 Lidar - View er 软件等。 除数据预处理、建模软件外,其余均为本单位自 主研发的专门用于处理激光数据和数字城市纹理粘 贴与浏览的软件, 可以使用具有类似功能的软件进 行作业,只是质量和效率会不同。 3�2 � 使用的设备 机载激光雷达测量系统;斜拍相机;移动图形工 作站;高配台式图形工作站;数据服务器。 3�3 � 基础数据 机载激光雷达数据;正拍影像;东西南北四个方 向的斜拍影像。 3�4 � 作业人员 航空摄影人员; 地面拍照人员;数据处理人员; 三维建模人员;纹理影像粘贴人员;质检人员。 92 第 29 卷第 2 期 2010年 4月 � � � � � � � � � � � � � � � � 红水河 HongShui R iver � � � � � � � � � � � � � � � � � Vol�29, No� 2 Apr�2010 4 � 真实三维模型的制作流程 � � 真实三维模型的制作流程见图 1。 图 1 � 真实三维模型的制作流程图 4�1 � 数据的采集 数据采集主要分为两个部分, 分别是激光数据 的采集与影像纹理的采集。 4�1�1 � 机载激光雷达数据采集 根据该项目的具体情况, 设定相应的参数,取得 项目测区东西、南北两个方向的激光扫描数据。 4�1�2 � 机载地物影像纹理采集 根据该项目的具体情况, 设定相应的参数,取得 项目测区地物的顶面以及侧面的纹理(通过倾斜的 方法,安装二个或四个数码相机,用于采集地物侧面 纹理数码影像数据)。 4�1�3 � 地面地物影像纹理的补充采集 对那些机载相机无法获取的地物纹理, 进行地 面人工补拍采集,以弥补城市模型中地物纹理信息 的遗漏。 4�2 � 数据的预处理 对获取的机载激光雷达数据与地物影像纹理数 据进行相应的预处理, 得到包含坐标值的激光点云 数据以及定向好的地物影像纹理数据。 4�3 � 建立城市三维白模 基于激光点云数据及地物影像纹理数据, 采用 逆向建模的方式, 建立高精度的城市三维模型。对 区域范围内的临街和 7 层以上的建筑、广告等建立 模型。 4�4 � 对城市三维模型进行纹理粘贴 城市三维模型建立后,根据三维模型、机载地物 影像纹理数据和地面地物补充影像纹理数据的坐标 关系来为城市三维模型的地物赋予纹理属性, 从而 实现城市的真实三维模型。图 2是部分带纹理房屋 模型成果,图 3是对房屋模型成果进行测量等操作。 这些模型数据导入本单位自主研发的 Lidar - V iew er软件, 进行缩放、旋转以及设定飞行路径或 者鼠标拖动等进行漫游等等, 也可以通过别的三维 浏览软件进行浏览。 5 � 特点分析 昆明市作为云南省的首府,高楼林立、普通居民 图 2 � 带纹理房屋模型成果图 图 3 � 对房屋模型成果量测演示图 区房屋密集、道路两旁有高大茂密的常青树木形成 的绿化带、城市的拆建频繁, 变化速度快等,有如下 特点: ( 1) 由于昆明市位于南方, 并且处于盆地之中, 因而早晚湿度跟雾气比较大,不利于拍摄,所以航飞 时间最好选在 10点钟以后,雾气散过后拍摄出来的 正拍影像和斜拍影像质量比较好; ( 2) 激光点云数据密, 精度高,在实际建模的过 程中,要注意房屋的高度和宽度,以实际的点云为依 据; ( 3) 在建模的过程中,注意面与面之间是否重 合好,是否有空洞,合并单独的线面, 删除重复的线 条,不要产生冗余; ( 4) 地面地物影像纹理补充采(下转第 97页) 93 蒋仁军:基于激光雷达的三维建模技术在昆明数字城市项目中的应用 Hydropower Engineering Standard System of United States Army Corps of Engineers TAO Hong�hui (Guangxi Electric Power Industry Investigation Design and Research Institute, Nanning 530023) Abstract: The United States Army Corps of Engineers is the largest management organizat ion of public works, design and architecture in the w orld. It s hydropower engineering standard system plays a leading role in re� search, development and applicat ion of hydropow er investigation, design and const ruct ion, and is widely used in hydropow er const ruct ion worldw ide. To understand its new system is important not only for the development of hydropow er indust ry in China, but also for the implementat ion of �Go ing Out� strateg y by Chinese enterprises to involve themselves into internat ional economic cooperat ion. Key words: United States Army Corps of Engineers; standard; system; hydropow er engineering (上接第 93页) 集的时候注意不要使用拍摄照片容易产生变形的相 机,拍摄前应先拍摄全景,然后拍摄局部大且最清晰 的图片; ( 5) 斜片影像映射的时候注意是将影像中的房 屋的边缘和模型的边缘对齐。 6 � 优缺点分析 基于三维激光雷达技术的真实的三维模型的制 作,速度快、精度高、适用范围广、外业少,省时省力。 但在高楼林立、植被茂密的地方, 还是需要地面补 拍。建成的模型,在具有精度高的同时,其数据量相 应的也比较大, 常用的浏览软件运行速度较慢。大 范围的真实的三维纹理模型的快速浏览、海量数据 的存储和传输等都是有待解决的技术难 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 7 � 应用前景 随着社会的发展,数字城市,正在由概念向现实 的方向发展, 基于三维激光雷达技术所提供的方 便、快捷的真实的三维模型的建立,为数字城市的快 速发展提供了坚实而有效的数据和软件基础。可以 用于城市规划, 为城市的领导者做决策提供参考。 可以宣传城市,使人们更详细地了解该城市,特别对 昆明市这类以旅游为主的城市, 在城市建设、城市形 象、城市旅游环境方面有积极的影响。 参考文献: [ 1] � 万从容,赵 � 峰, 程远达, 楼恺达 � 上海城市三维景观 模型的制作[ J]� 测绘信息工程, 2003, 28( 6) : 19- 20� [ 2] � 张祖勋,张剑清, 胡翔云� 建筑物半自动提取 基于 物方空间几何约束的最小二乘匹配方法[ A ]� 第三届 两岸测绘发展研讨 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 集[ C]� 北京: 中国测绘学会, 2001� Application of Lidar 3D Modeling Technology to Digital Kunming Project JIANG Ren�jun (Guangxi Electric Power Industry Investigation Design and Research Institute, Nanning 530023) Abstract: The art icle elaborates how a lidar 3D real�texture model is made through discussing the const ruct ion of dig ital Kunming , and analyzes advantag es and disadvantag es of the model and its applicat ion prospect. Key words: digital city; lidar; texture image; 3D modeling 97 陶洪辉: 美国陆军工程兵团水电工程标准体系介绍