基于Lidar数据和倾斜摄影的城市三维模型构建

吴建菲

（河北省第三测绘院 河北省石家庄市 050000）

引言

随着现代技术的不断发展，倾斜摄影技术也出现在了我们的世界里，由此更多的人们利用这项新技术更加重视“数字城市”的建设。“数字城市”是一种开展城市管理的新手段，是未来对城市各要素进行有效把控的重要措施，进行“数字城市”的建设能够为城市管理、城市交通规划与城市信息查询等提供服务，而在这其中，三维实景城市的构建是十分重要的。现阶段城市三维模型的作用越来越突出，它被广泛的用于各个领域之中，如城市变化检测、城市环境检测以及应急决策等，而技术的不断发展与完善，对数字城市模型的精度提出了更高要求。三维建模技术是不断发展的，由传统的建模技术到建模与测量技术以及倾斜测量技术相结合，而选用不同的建模技术对三维建模的精度与真实度会产生不同的影响，因此有关人员要不断研究与完善该技术。

1 几种建模方式的介绍与对比

随着建模技术的不断发展，每一种新生的建模技术与之前的建模技术在所采用的建模方式上都有着一定程度上的发展，当然也会存在一定的不足。“数字城市”的发展对于建模效果与建模精准度有了更高的要求，现阶段从数据源的建模方式来分基本上有传统建模方式、基于摄影测量的建模方式以及基于倾斜摄影测量技术的建模方式，这里对后两种建模方式进行主要讨论。

1.1 基于摄影测量技术的建模方式

这种建模方式的主要技术手段是是采用常规航拍的方式对地物进行拍摄，以垂直下视的信息为主，然后以这些图像为依据通过3dMax、AutoCAD等软件对地物进行建模；但是由于缺少侧面立面信息，需要通过人工补拍纹理的方式获得。

这种建模方式的不足之处在于对一些建筑形态较为复杂的或是建筑之间存在遮挡与阴影等因素的建筑进行影像匹配的过程中会存在一定误差，并且重建过程中要投入大量的人力，需要大量的人工操作，自动化程度较低。

1.2 基于倾斜摄影测量技术的建模方式

这种建模方式主要是通过在一个飞行平台上搭载多个传感器，从不同的角度对地面同一地物进行拍摄，摄影角度的限制有所改善。采用该建模方式需要利用专门的软件来对收集到的倾斜影像进行有效处理，从而实现建模过程。

这种方式的不足之处在于它不能将某个特定的建筑物从城市三维模型中进行剥离，因此基本上是不能满足有关人员对单个建筑物进行分析管理的要求；采用机载Lidar技术能够有效提升三维点位坐标的精准度，但是其精度相比之下还是比较差的，由此不能为城市建设提供数字三维模型。

通过对这两种建模方式的介绍，我们能够感觉到，不论哪个技术都不能满足快速建设实景、高精度城市三维模型的需要，所以我们要采用一种新型的建模方式来弥补这其中的不足之处。

2 建模方式

现阶段我们将机载Lidar技术与倾斜摄影技术相结合，创建出一种新型的建模方式，这种建模方式能够利用Lidar技术的优势所在，在较短的时间内能获取大面积城市地物的精确三维坐标，通过这些数据坐标来创建城市三维模型的白模型；并且能够得到较为完整、具有较高真实度的城市地物纹理，通过有关技术将这些纹理映射在三维城市模型之中。将该技术与倾斜摄影技术相结合形成有效的建模方式从而解决了三维实景城市建设过程中显存的一些问题，并能够得到较为直观的城市现状。

这项技术有以下特点：①能够在短时间之内对范围空间内进行信息收集，并收集多角度影像资料信息，大大提升工作效率；②能够较为真实的反映城市三维地形；③建模精准度与还原性较高，细节刻画丰富；④使得模型定位有着更高的精度，能够满足1：1000比例测图的需要；⑤使得建筑模型的可测量精度提高，高程精度优于30cm；⑥模型反映出来的城市纹理接近真实，真正意义上的实现对城市的实景还原建模；⑦拥有较高的建模效率，通常情况下工作周期较短；⑧在三维实景城市中可以进行各类分析与量测应用；⑨能够提供可靠的城市三维模型，以及DOM、DEM点云数据和可测影像库。

3 三维城市模型的重新组建

3.1 操作流程

基于Lidar数据和倾斜摄影的城市三维模型构建是一种较为新颖的建模方式，这种方式是运用Lidar技术来进行地面点高精度三维坐标的获得，在运用倾斜摄影获得的倾斜影相提供纹理，对原有的白模型进行丰富。

3.2 地面建模

城市三维模型的最底层就是地形模型，其他构成三维模型的要素都

要建立在地形模型的基础之上。因此我们要对地形模型的质量进行把

关，要避免与建筑模型的出现重叠的现象，控制好地形模型的精度，为城

市的空间分析提供保障。

3.3 建筑物建模

建筑物是组成城市不可缺少的要素，城市与乡村在建筑物规模与体量上不同使建筑成为城市发展的标志物，由此可见建筑物模型在城市三维模型中的地位。在制作的过程中，应提前想到后期模型编辑与更新中会出现的问题，将建筑模型只作为单体线框模型，并以对象的形式对其进行有效管理。再进行分类之后，提取建筑物点云，并把倾斜影像的空间定位信息导入到相关的软件之中，在软件中实现倾斜影像与点云数据之间的联动。虽然点云有着高精度坐标的优点，但还不能完美的表现建筑物轮廓，因此我们还需要手动对建筑物的轮廓进行勾勒。

4 结束语

通过实践证明，采用Lidar技术与倾斜摄影结合的建模方式，能够更加完善影像信息，为城市三维空间的建设提供更多有效数据，更为真实的反映城市空间布局。它相比传统的建模方式，不仅仅能丰富纹理，提升建模质量，更能大大缩短建模时间，提升建模效率，又同时涵盖了分析与量测等功能。该建模方式能为“数字城市”建设提供可靠的信息平台，充分保障其使用功能的发挥。

[1]闫利，程君.倾斜影响三维重建自动纹理映射技术[J].遥感信息，2015，30（2）：31～35.

[2]高 山，陈 思.城市三维建模技术与标准研究[J].测绘通报，2013（3）：96～98.