CN104658039A - 一种城市数字地图三维建模制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市数字地图三维建模制作方法，包括对目标地图划分的地图图块编码标识；采集地图图块的航空照片及地面拍摄照片；采用LiDAR系统对目标地图进行拍摄扫描采集LiDAR激光点云和LiDAR影像数据；拼接航空照片生成目标地图的整幅照片；对整幅照片矢量化处理，获得目标地图的地表矢量地形图层；采用LiDAR激光点云数据制作坐标系图层以及反应地表高度的地表高程图层；根据地面照片分别制作道路、小品林木、地面建筑物高程、地面建筑物纹理图层，最后在地图发布平台上将上述图层进行融合构建目标地图的三维数字地图。本发明制作的城市地图包含城市地面高程、地面建筑物纹理、城市路面纹理、路面材质，城市小品，城市绿化，方便使用者查询和使用。

Description

一种城市数字地图三维建模制作方法

技术领域

本发明涉及一种城市地图制作技术，尤其涉及一种城市数字地图三维建模制作方法。

背景技术

数字地图，又称电子地图，是利用计算机信息技术，以数字方式进行存储和查阅，地图比例可放大、缩小或旋转而不影响显示效果。数字地图的应用越来越广泛，相对传统的纸质地图，数字地图有覆盖面广、查找容易、易于修改和更新等优点。常见的数字地图主要通过图片格式文件表示，图片格式文件的数据量非常大，需要很大的存储空间，难以实现缩放和高分辨率等缺点；大的数据量意味着更长的传输时间，在网络传输速度有限的情况下，用户不得不长时间等待地图的显示，这将严重影响客户体验。其次，当前的数字地图（如谷歌地图、百度地图等）只关注道路、河流的示意，在地图中忽略了城市地图，如城市地貌、城市各种建筑物、城市绿化、区域管理、经济圈、商圈的绘制和表示，在数字化时代的今天，不方便用户从现有数字地图上提取城市地貌、城市各种建筑物、城市绿化、区域管理、经济圈、商圈等城市规划、建设信息，给人们的生活和工作带来诸多不便。因此，亟需开发一种可反应城市地形、地貌以及城市各种建筑物、城市绿化、区域管理、经济圈、商圈的城市数字地图，为此开发了一种城市数字地图三维建模制作方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种城市数字三维地图，数字地图中除了包括有道路、河流信息外，还包括有城市地形、地貌，城市各种建筑物、城市绿化、区域管理、经济圈、商圈等城市规划、建设信息，数字城市构建，给人们的生活和工作带来新的体验。

本发明的技术方案是提供一种城市数字地图三维建模制作方法，其设计要点在于，包括以下步骤：

步骤1 为目标地图建立坐标系，将目标地图进行网格区块划分，分割成多个地图图块，对所述地图图块按次序进行编码标识；

步骤2 采用摄像装置对步骤1中的所述地图图块进行航空拍摄，获得所述地图图块的航空照片，并对所拍摄的航空照片进行与所述地图图块相对应的编码标识；对所述地图图块的地面建筑物、市政小品及植被、区块地表进行地面拍照，采集地面建筑物、市政小品及植被、区块地表的照片；所述地面建筑物、市政小品采用多视角地面拍照；

步骤3 采用光探测与测量系统LiDAR对步骤1中的目标地图进行拍摄扫描，获得目标地图的数字高程模型及地面覆盖物高度的LiDAR激光点云数据，反应地面建筑顶面纹理及地表纹理的LiDAR影像数据；

步骤4 将步骤2中的所述地图图块的航空照片依据编码标识进行拼接，去除重叠区域，融合边界，生成目标地图的整幅照片；

首先，操作矢量化软件模块对所述整幅照片进行矢量化处理，获得目标地图的包含有地面道路面轮廓线、建筑物轮廓线、水系面轮廓线、花圃面轮廓线、草地面轮廓线的矢量线构成的地表矢量地形图层；

其次，根据步骤3中的数字高程模型及地面覆盖物高度的LiDAR激光点云数据制作所述地表矢量地形图层的包含有坐标系信息的坐标系图层，制作反应地表高度的地表高程图层；根据LiDAR激光点云数据、LiDAR影像数据和所述建筑物轮廓线制作地面建筑物的三维轮廓矢量线，构建地面建筑物白膜图层

再次，依据区块地表照片记载的道路信息制作包含有地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的道路路面信息的道路图层；

又一次，依据市政小品及植被的照片信息制作包括有市政小品、林木和草坪的小品林木图层，并根据步骤3中的LiDAR激光点云数据调整市政小品、林木的高程；

步骤5 根据地面建筑物的多视角照片制作地面建筑物白膜轮廓的精细结构，再制作地面建筑物侧立表面的侧立面纹理，采用LiDAR影像数据制作地面建筑物顶面的顶面纹理，地面建筑物的侧立面纹理和顶面纹理构成地面建筑物纹理图层；

步骤6 采用地图发布平台将地表矢量地形图层、坐标系图层、地表高程图层、道路图层、地面建筑物高程图层、地面建筑物白膜图层和地面建筑物纹理图层进行融合处理构建目标地图的三维数字地图。

本发明在这际应用中，还有如下进一步优化的技术方案。

作为优化地，所述步骤4中的道路纹理的制作包括：首先，利用图像处理软件绘制构成道路纹理的纹理部件，所述纹理部件的材质、轮廓线与区块地表照片中显示的构成道路纹理的纹理部件的材质、轮廓线相一致；其次，把所述纹理部件贴附于道路路面，并使其位置、间距、布局与区块地表照片和LiDAR影像数据中所记载的道路纹理的位置、间距、布局相一致。

作为优化地，所述步骤4中的地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的制作还包括设置地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的材质的步骤，所述地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的材质与区块地表照片中显示的地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的材质相一致。

作为优化地，所述步骤5中的地面建筑物侧立表面的侧立面纹理包括墙壁面、窗子、广告牌、门店招牌中的一种或多种，所述墙壁面、窗子、广告牌、门店招牌的相对位置关系、材质与地面建筑物的多视角照片中所记载的墙壁面、窗子、广告牌、门店招牌的相对位置关系、材质相一致。

作为优化地，所述步骤2中的地面建筑物的地面拍照还包括对地面建筑物的立柱、门窗以及店面招牌的拍照。

作为优化地，还包括制作地面建筑物精细轮廓图层的步骤，根据地面建筑物的立柱、门窗以及店面招牌的照片所记载的地面建筑物的立柱、门窗以及店面招牌信息来制作地面建筑物的立柱、地面建筑物侧立面的门窗以及地面建筑物上固定的店面招牌。

作为优化地，其特征在于，所述步骤4中的市政小品包括路灯、红绿灯、电话亭、宣传栏、消防栓、高压电塔、高压杆、落地变电箱、变电站、交通指示牌。

作为优化地，所述步骤2中的多视角包括前视视角、左视视角、后视视角、右视视角、前左视视角、左后视视角、后右视视角、右前视视角。

作为优化地，所述步骤2中的市政小品及植被包括古树，对古树的拍照采用八视角拍摄，所述八视角包括前视角、前左视角、左视角、左后视角、后视角、后右视角、右视角、右前视角。

本发明在数字三维地图的实际制作中，对目标地图进行网格区块划，对每个地图图块按次序进行编码标识；航空拍摄采集每个地图图块的航空照片，并对航空照片进行与所述地图图块相对应的编码标识；采用光探测与测量系统LiDAR对目标地图进行拍摄扫描，采集LiDAR激光点云数据和LiDAR影像数据；对每个地图图块的航空照片进行拼接生成目标地图的整幅照片；对整幅照片进行矢量化处理，获得目标地图的包含有地面道路面轮廓线、建筑物轮廓线、水系面轮廓线、花圃面轮廓线、草地面轮廓线的矢量线构成的地表矢量地形图层；采用LiDAR激光点云数据制作包含有坐标系信息的坐标系图层，制作反应地表高度的地表高程图层；分别制作包含道路路面信息的道路图层、包括市政小品林木和草坪的小品林木图层、地面建筑物高度的地面建筑物高程图层、侧立面纹理和顶面纹理的地面建筑物纹理图层，最后在地图发布平台上将上述各图层进行融合处理构建目标地图的三维数字地图。

有益效果

本发明方法制作的城市地图包括了城市地形、地貌及地面高程信息，城市各种地面建筑物轮廓及地面建筑物立面和顶面纹理信息，城市路面纹理、路面材质信息，城市路灯、公交站牌、交通指示牌等城市小品信息，城市绿化信息，城市经济圈、商圈信息，方便使用者查询和使用。

本发明方法制作的城市地图的用户体验非常好，城市地图中显示了城市地面上的所有的主要附着物，查询地图如同置身于城市之中，体验极佳。

数字地图采用矢量图技术，地图的内容丰富，但地图容量小，便于存储和传输。

附图说明

图1 本发明的方法的流程图。

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的介绍。

如图1所示，本发明的一种城市数字地图三维建模制作方法，为了便于陈述本发明的技术方案的技术要点，下面以某一城市的城市数字地图三维建模制作为例进行说明，在本例中，地图的坐标系采用92地方坐标系，高程系采用吴淞高程系；根根制作者或使用者爱好，可以进行不同坐标系变换，坐标变换在文献资料上均有记载，在此不再陈述。本实施方式在数字地图三维建模中用到的图像处理软件有AutoCAD、3dMAX、ArcGIS和STAMP。本发明的设计要点在于，包括以下步骤：

步骤1 为目标地图建立坐标系，将目标地图进行网格区块划分，分割成多个地图图块，对每个地图图块按次序进行编码标识；可以根据摄像装置的镜头成像张角范围及航空拍摄高度将目标地图划分网格区块，本例中划分的网格区块尺寸为1Km x 1Km。

步骤2 航空拍摄，采用摄像装置对步骤1中的每个地图图块进行航空拍摄，获得每个地图图块的航空照片，并对所拍摄的航空照片进行与所述地图图块相对应的编码标识；便于分辩所拍摄的地图图块的航空照片在目标地图中的位置。

地面拍摄，对每个地图图块的地面建筑物、市政小品及植被、区块地表进行地面拍照，采集地面建筑物、市政小品及植被、区块地表的照片；所述地面建筑物、市政小品采用多视角地面拍照；地面拍摄的原则是先远拍后近拍、先拍整体后拍局部，按照顺时针（也可以逆时针）方向拍摄地面建筑物、市政小品及植被的立面照片，并将所拍照片按顺序编号标识，以便后续识读照片。

地面建筑物的地面拍照还包括对地面建筑物的立柱、门窗以及店面招牌的拍照，用于制作地面建筑物的精细轮廓。

其中，多视角包括前视视角、左视视角、后视视角、右视视角、前左视视角、左后视视角、后右视视角、右前视视角。

其中，市政小品及植被中若包括有古树，对古树的拍照采用八视角拍摄，所述八视角包括前视角、前左视角、左视角、左后视角、后视角、后右视角、右视角、右前视角。

步骤3 采用光探测与测量系统LiDAR对步骤1中的目标地图进行拍摄扫描，获得目标地图的数字高程模型及地面覆盖物高度的LiDAR激光点云数据，反应地面建筑顶面纹理及地表纹理的LiDAR影像数据。LiDAR激光点云数据作为建筑物相对高的依据，LiDAR影像数据作为建筑顶面纹理及地表建模纹理的参考资料。

步骤4  操作图像处理软件中将步骤2中的每个地图图块的航空照片依据编码标识按序进行拼接，去除相邻接的航空照片的重叠区域，融合邻接边界，生成目标地图的整幅照片，并存储。

首先，操作矢量化软件模块对所述整幅照片进行矢量化处理，获得目标地图的包含有地面道路面轮廓线、建筑物轮廓线、水系面轮廓线、花圃面轮廓线、草地面轮廓线的矢量线构成的矢量图，并将此矢量图存储为地表矢量地形图层。

其次，根据步骤3中的数字高程模型及地面覆盖物高度的LiDAR激光点云数据制作所述地表矢量地形图层的包含有坐标系信息的坐标系图层，制作反应地表高度的地表高程图层；根据LiDAR激光点云数据、LiDAR影像数据和所述建筑物轮廓线制作地面建筑物的三维轮廓矢量线，构建地面建筑物白膜图层。地表高程图层呈现目标地图区域的地形、地貌特征，通过地图来呈现地面的高、低起伏情况。

再次，依据区块地表照片记载的道路信息制作包含有地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的道路路面信息的道路图层；道路图层体现城区地面道路的实际特征。

又一次，依据市政小品及植被的照片信息制作包括有市政小品、林木和草坪的小品林木图层，并根据步骤3中的LiDAR激光点云数据调整市政小品、林木的高程；在地图上显示城区地面上所附着的市政小品、林木和草坪；其中市政小品包括路灯、红绿灯、电话亭、宣传栏、消防栓、高压电塔、高压杆、落地变电箱、变电站、交通指示牌等，相同类别的市政小品，如红绿灯，操作图像处理软件（如Photoshop）只需制作一个红绿灯，并存入小品库备用；根据道路路面上红绿灯的分布信息，从小品库取出红绿灯粘附于道路路面上。

其中，道路纹理的制作包括：首先，利用图像处理软件绘制构成道路纹理的纹理部件，所述纹理部件的材质、轮廓线与区块地表照片中显示的构成道路纹理的纹理部件的材质、轮廓线相一致；其次，把所述纹理部件贴附于道路路面，并使其位置、间距、布局与区块地表照片和LiDAR影像数据中所记载的道路纹理的位置、间距、布局相一致。

其中，地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的制作还包括设置地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的材质的步骤，所述地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的材质与区块地表照片中显示的地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的材质相一致。

步骤5 根据地面建筑物的多视角照片制作地面建筑物白膜轮廓的精细结构，再制作地面建筑物侧立表面的侧立面纹理，采用LiDAR影像数据制作地面建筑物顶面的顶面纹理，地面建筑物的侧立面纹理和顶面纹理构成地面建筑物纹理图层。

其中，地面建筑物侧立表面的侧立面纹理包括墙壁面、窗子、广告牌、门店招牌中的一种或多种，所述墙壁面、窗子、广告牌、门店招牌的相对位置关系、材质与地面建筑物的多视角照片中所记载的墙壁面、窗子、广告牌、门店招牌的相对位置关系、材质相一致。

地面建筑物精细轮廓图层制作，根据地面建筑物的立柱、门窗以及店面招牌的照片所记载的地面建筑物的立柱、门窗以及店面招牌信息来制作地面建筑物的立柱、地面建筑物侧立面的门窗以及地面建筑物上固定的店面招牌。

步骤6 采用地图发布平台将地表矢量地形图层、坐标系图层、地表高程图层、道路图层、地面建筑物高程图层、地面建筑物白膜图层和地面建筑物纹理图层进行融合处理构建目标地图的三维数字地图。地图发布平台可以采用Stamp软件平台。

本发明在数字三维地图的实际制作中，对目标地图进行网格区块划，对每个地图图块按次序进行编码标识；航空拍摄采集每个地图图块的航空照片，并对航空照片进行与所述地图图块相对应的编码标识；采用光探测与测量系统LiDAR对目标地图进行拍摄扫描，采集LiDAR激光点云数据和LiDAR影像数据；对每个地图图块的航空照片进行拼接生成目标地图的整幅照片；对整幅照片进行矢量化处理，获得目标地图的包含有地面道路面轮廓线、建筑物轮廓线、水系面轮廓线、花圃面轮廓线、草地面轮廓线的矢量线构成的地表矢量地形图层；采用LiDAR激光点云数据制作包含有坐标系信息的坐标系图层，制作反应地表高度的地表高程图层；分别制作包含道路路面信息的道路图层、包括市政小品林木和草坪的小品林木图层、地面建筑物高度的地面建筑物高程图层、侧立面纹理和顶面纹理的地面建筑物纹理图层，最后在地图发布平台上将上述各图层进行融合处理构建目标地图的三维数字地图。和现有技术相比，本发明具有如下技术进步性。

1）本发明方法制作的城市地图包括了城市地形、地貌及地面高程信息，城市各种地面建筑物轮廓及地面建筑物立面和顶面纹理信息，城市路面纹理、路面材质信息，城市路灯、公交站牌、交通指示牌等城市小品信息，城市绿化信息，城市经济圈、商圈信息，方便使用者查询和使用。

2）本发明方法制作的城市地图的用户体验非常好，城市地图中显示了城市地面上的所有的主要附着物，查询地图如同置身于城市之中，体验极佳。

3）数字地图采用矢量图技术，地图的内容丰富，但地图容量小，便于存储和传输。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种城市数字地图三维建模制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1将目标地图进行网格区块划分，分割成多个地图图块，对地图图块按次序进行编码标识；

步骤2 采用摄像装置对步骤1中的所述地图图块进行航空拍摄，获得所述地图图块的航空照片，并对所拍摄的航空照片进行与所述地图图块相对应的编码标识；对所述地图图块的地面建筑物、市政小品及植被、区块地表进行地面拍照，采集地面建筑物、市政小品及植被、区块地表的照片；所述地面建筑物、市政小品采用多视角地面拍照；

步骤3 采用光探测与测量系统LiDAR对步骤1中的目标地图进行拍摄扫描，获得目标地图的数字高程模型及地面覆盖物高度的LiDAR激光点云数据，反应地面建筑顶面纹理及地表纹理的LiDAR影像数据；

步骤4 将步骤2中的所述地图图块的航空照片依据编码标识进行拼接，去除重叠区域，融合边界，生成目标地图的整幅照片；

首先，操作矢量化软件模块对所述整幅照片进行矢量化处理，获得目标地图的包含有地面道路面轮廓线、建筑物轮廓线、水系面轮廓线、花圃面轮廓线、草地面轮廓线的矢量线构成的地表矢量地形图层；

其次，根据步骤3中的数字高程模型及地面覆盖物高度的LiDAR激光点云数据制作所述地表矢量地形图层的包含有坐标系信息的坐标系图层，制作反应地表高度的地表高程图层； 根据LiDAR激光点云数据、LiDAR影像数据和所述建筑物轮廓线制作地面建筑物的三维轮廓矢量线，构建地面建筑物白膜图层；

再次，依据区块地表照片记载的道路信息制作包含有地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的道路路面信息的道路图层；

又一次，依据市政小品及植被的照片信息制作包括有市政小品、林木和草坪的小品林木图层，并根据步骤3中的LiDAR激光点云数据调整市政小品、林木的高程；

步骤5 根据地面建筑物的多视角照片制作地面建筑物白膜轮廓的精细结构，再制作地面建筑物侧立表面的侧立面纹理，采用LiDAR影像数据制作地面建筑物顶面的顶面纹理，地面建筑物的侧立面纹理和顶面纹理构成地面建筑物纹理图层；

步骤6 采用地图发布平台将地表矢量地形图层、坐标系图层、地表高程图层、道路图层、地面建筑物高程图层、地面建筑物白膜图层和地面建筑物纹理图层进行融合处理构建目标地图的三维数字地图。

2.根据权利要求1所述的一种城市数字地图三维建模制作方法，其特征在于，所述步骤4中的道路纹理的制作包括：首先，利用图像处理软件绘制构成道路纹理的纹理部件，所述纹理部件的材质、轮廓线与区块地表照片中显示的构成道路纹理的纹理部件的材质、轮廓线相一致；其次，把所述纹理部件贴附于道路路面，并使其位置、间距、布局与区块地表照片和LiDAR影像数据中所记载的道路纹理的位置、间距、布局相一致。

3.根据权利要求2所述的一种城市数字地图三维建模制作方法，其特征在于，所述步骤4中的地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的制作还包括设置地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的材质的步骤，所述地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的材质与区块地表照片中显示的地面道路路牙、道路纹理、人行道面、盲道面的材质相一致。

4.根据权利要求3所述的一种城市数字地图三维建模制作方法，其特征在于，所述步骤5中的地面建筑物侧立表面的侧立面纹理包括墙壁面、窗子、广告牌、门店招牌中的一种或多种，所述墙壁面、窗子、广告牌、门店招牌的相对位置关系、材质与地面建筑物的多视角照片中所记载的墙壁面、窗子、广告牌、门店招牌的相对位置关系、材质相一致。

5.根据权利要求1所述的一种城市数字地图三维建模制作方法，其特征在于：所述步骤2中的地面建筑物的地面拍照还包括对地面建筑物的立柱、门窗以及店面招牌的拍照。

6.根据权利要求5所述的一种城市数字地图三维建模制作方法，其特征在于：还包括制作地面建筑物精细轮廓图层的步骤，根据地面建筑物的立柱、门窗以及店面招牌的照片所记载的地面建筑物的立柱、门窗以及店面招牌信息来制作地面建筑物的立柱、地面建筑物侧立面的门窗以及地面建筑物上固定的店面招牌。

7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的一种城市数字地图三维建模制作方法，其特征在于，所述步骤4中的市政小品包括路灯、红绿灯、电话亭、宣传栏、消防栓、高压电塔、高压杆、落地变电箱、变电站、交通指示牌。

8.根据权利要求7所述的一种城市数字地图三维建模制作方法，其特征在于：所述步骤2中的多视角包括前视视角、左视视角、后视视角、右视视角、前左视视角、左后视视角、后右视视角、右前视视角。

9.根据权利要求8所述的一种城市数字地图三维建模制作方法，其特征在于：所述步骤2中的市政小品及植被包括古树，对古树的拍照采用八视角拍摄，所述八视角包括前视角、前左视角、左视角、左后视角、后视角、后右视角、右视角、右前视角。