CN108038907A - 城市信息模型语义信息自动生成方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种城市信息模型语义信息自动生成方法和系统，属于三维建模技术领域。其中，语义信息自动生成方法包括：根据预先获取的激光扫描点云数据或DSM数据，生成目标模型的各特征几何面；获取目标模型的各特征几何面所对应的模型对象的语义信息；将语义信息与对应的特征几何面对应进行存储。本发明实施例提供的语义信息自动生成方法和系统，生成的各特征几何面是独立的模型面，方便提取语义信息；最后生成的语义信息模型中带有各模型对象的语义信息，用户使用时无需再手动量测或借助其他工具进行再加工，简化了操作工序，节约了用户的时间，方便用户使用，提高了用户的体验度。

Description

城市信息模型语义信息自动生成方法和系统

技术领域

本发明涉及三维建模技术领域，具体而言，涉及一种城市信息模型语义信息自动生成方法和系统。

背景技术

随着城市信息化进程不断推进、地理信息技术与智慧城市的推动，三维模型以及其应用越来越广泛。目前三维模型应用的模式主要为：第一，获取不同形式的数据源；第二，建立三维模型；第三，根据需要对模型挂接属性；第四，三维模型的应用与分析。

其中，建立的三维模型本身具有可量测性，可以通过模型浏览器或者数据平台的量测工具手动量测。模型上挂接属性一般是通过另外的软件工具对模型进行再处理后获得属性与实际目标模型的关联，关联后数据的应用方式多为在浏览器中可视化查询。

现有的模型语义信息表达方式多为在已建成的三维模型上通过进一步处理来获取相关属性，应用中至少存在以下问题：第一，通过二次处理获取属信息，实际模型上并没有记录这些语义信息，用户若想获取这些信息，只能在第三方浏览器或平台上进行手动测量，数据应用的过程繁琐；第二，若为倾斜摄影测量建模方式获取的数据，由该数据得到的模型的表面为一个连续面，无法单独定义每个对象的属性。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种城市信息模型的语义信息自动生成方法和系统，方便了用户后续对建筑信息的分析和应用。

第一方面，本发明实施例提供了一种城市信息模型语义信息自动生成方法，包括：

根据预先获取的激光扫描点云数据或DSM数据，生成目标模型的三维几何结构；

获取所述目标模型的三维几何结构的各特征几何面所对应的模型对象的语义信息；所述语义信息包括以下信息中的至少一种：标识信息、几何信息、材质信息；

将所述语义信息与对应的特征几何面进行结合，生成城市信息模型。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述根据预先获取的激光扫描点云数据或DSM数据，生成目标模型的三维几何结构的各特征几何面步骤，包括：

对所述激光扫描点云数据或DSM数据进行特征点线提取和特征点高程提取；

根据提取的特征点线和特征点高程，生成目标模型的各特征几何面。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，在根据预先获取的激光扫描点云数据或DSM数据，生成目标模型的三维几何结构的步骤之后，所述方法还包括：

为所述三维几何结构中的每个模型对象设置一个唯一对应的标识信息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，获取所述目标模型的三维几何结构的各特征几何面所对应的模型对象的几何信息的步骤，包括：

根据所述激光扫描点云数据或DSM数据，对各特征几何面的几何尺寸进行量测、计算和统计，生成各特征几何面所对应的模型对象的几何信息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，获取所述目标模型的三维几何结构的各特征几何面所对应的模型对象的材质信息的步骤，包括：

从输入的用于辅助的卫星影像数据中提取高光谱数据；

根据所述高光谱数据，确定所述模型对象的材质信息。

第二方面，本发明实施例还提供了一种城市信息模型语义信息自动生成系统，包括：

特征面生成模块，用于根据预先获取的激光扫描点云数据或DSM数据，生成目标模型的三维几何结构；

语义信息获取模块，用于获取目标模型的三维几何结构的各特征几何面所对应的模型对象的语义信息；所述语义信息包括以下信息中的至少一种：标识信息、几何信息、材质信息；

城市信息模型生成模块，将所述语义信息与对应的特征几何面进行关联，生成三维模型。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述特征面生成模块，还用于：

对所述激光扫描点云数据或DSM数据进行特征点线提取和特征点高程提取；

根据提取的特征点线和特征点高程，生成目标模型的各特征几何面。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述系统还包括：

标识信息配置模块，用于为所述三维几何结构中的每个模型对象设置一个唯一对应的标识信息。

第三方面本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有上述系统所用的计算机软件指令。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的城市信息模型语义信息自动生成方法和系统，生成的各特征几何面是独立的模型面，方便提取语义信息；最后生成的城市信息模型中带有各模型对象的语义信息，用户使用时无需再手动量测或借助其他工具进行再加工，简化了操作工序，节约了用户的时间，方便用户使用，提高了用户的体验度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例所提供的城市信息模型的语义信息自动生成方法的流程图；

图2为本发明另一实施例所提供的城市信息模型的语义信息自动生成方法的流程图；

图3为本发明一实施例所提供的城市信息模型的语义信息自动生成系统的结构框图；

图4为本发明另一实施例所提供的城市信息模型的语义信息自动生成系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有的模型语义信息表达方式的应用过程操作繁琐的问题，本发明实施例提供了一种城市信息模型语义信息自动生成方法和系统，以下首先对本发明的城市信息模型语义信息自动生成方法进行详细介绍。

实施例一

本实施例提供了一种城市信息模型语义信息自动生成方法。图1为本发明一实施例所提供的城市信息模型语义信息自动生成方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，根据预先获取的激光扫描点云数据或DSM(Digital Surface Model，数字表面模型)数据，生成目标模型的三维几何结构。

激光扫描点云数据是采用三维激光扫描仪获取的真实建筑物表面的空间采样点的坐标数据。激光扫描点云数据的获取方式可以包括以下任意一种：航空无人飞行器激光扫描、地面激光点云扫描车、背包式激光点云扫描设备等。

DSM数据包含了地面、地表建筑物、桥梁和树木等高度的高程信息，可以通过倾斜摄影等方式获取。常见的DSM数据，包括历史存储DSM、航空摄影测量方式生产获得的DSM数据等。

对激光扫描点云数据或DSM数据进行初步处理，如对点云进行抽稀、规则化等预处理，进行特征点线提取和特征点高程提取；根据提取的特征点线和特征点高程，可以生成目标模型的各特征几何面。

步骤S104，获取目标模型的三维几何结构的各特征几何面所对应的模型对象的语义信息。

所述语义信息包括以下信息中的一种或多种：标识信息、几何信息、材质信息。其中，标识信息主要有每个模型对象的ID、该对象每个面的ID、房顶的建模方式等。几何建模完成后，系统会自动给数据中的每个模型对象与子对象分配一定字符长度的ID。几何信息主要包括该模型对象主要定义房顶的倾斜角度、房顶重要几何结构的距离长度属性等。几何信息可以根据激光扫描点云数据或DSM数据的特征点自动量测而获得。材质信息可以根据输入的高光谱数据分析并解析模型对象的建筑材质而获得。

步骤S106，将所述语义信息与对应的特征几何面进行结合，生成城市信息模型。

带有语义信息模型格式为符合citygml标准的格式，具有良好的可扩展性。模型的语义信息包括但不限于几何信息、标识信息、建筑材质信息如下表所示。

本实施例提供的城市信息模型语义信息自动生成方法，与现有的方法相比，具有如下优点：第一，链接属性过程不需要再模型生成后借助其他工具进行再加工，简化了生产工序，节约了时间；第二，提取的城市信息模型为每个独立的三维模型，具有独立的模型面与属性；第三，生成的三维模型数据中自带语义信息，用户无需再手动量测；第四，包含的语义信息丰富多样，并且存储格式是国际先进的三维数据格式，兼容性功能较好，支持后续各类拓展应用。

在另一可选的实施例中，如图2所示，三维模型语义信息自动生成方法包括如下步骤：

步骤S202，根据预先获取的激光扫描点云数据或DSM数据，生成目标模型的三维几何结构。。

步骤S204，为三维几何结构中包含的每个模型对象设置一个唯一对应的标识信息。

所述模型对象包括各特征几何面和模型部件等，目标模型的各特征几何面为独立建筑面。模型为单个独立模型而非整个区域为连续mesh面，每个模型的每个面均有独立ID，为独立面，可用于特定分析需求。

步骤S206，获取目标模型的各特征几何面所对应的模型对象的语义信息。所述语义信息包括以下信息中的一种或多种：标识信息、几何信息、材质信息。

获取目标模型的各特征几何面所对应的模型对象的几何信息的步骤，包括：根据激光扫描点云数据或DSM数据，对各特征几何面的几何尺寸进行量测，生成各特征几何面所对应的模型对象的几何信息。

获取目标模型的各特征几何面所对应的模型对象的材质信息的步骤，包括：从从输入的卫星影像数据中提取高光谱数据；根据高光谱数据，确定模型对象的材质信息。

处理过程自动提取语义信息到模型数据中。语义信息通过内部计算，在结果输出之前自动计算出，并记录到输出的模型文件中，各种表达形式均为相似方法，如输出格式为3DSHP，语义信息存储在文件的属性列表中；如输出格式为gml则语义信息存储在定义的标签内，其他形式均为类似表达方式。可提取多种数据语义信息。语义信息包括三大类，第一是包括了用户自定义和软件自动生成的标识类语义信息，如建筑名、所在街区名、建筑ID、面片ID等；第二类是通过软件内部计算获取到的各类几何属性，如目标建筑所在地面高、建筑屋顶倾角、屋顶高度等；第三类是从输入的高光谱数据解译获取的目标的材质信息。

步骤S208，将语义信息与对应的特征几何面对应进行存储。

语义信息以gml格式进行存储，文本格式的存储方式利于后续应用。Citygml是一个开放的标准化的数据模型和交换格式存储数字城市和景观的三维模型，是OGC官方国际标准，已被实现为一个开放的数据模型，并作为一个GML应用程序模式实现。基于GML的CityGML可以使用GML兼容的Web服务的整个家庭的数据访问、处理、编目，方便扩展和重用。

本实施例提供的城市信息模型语义信息自动生成方法，生成的各特征几何面是独立的模型面，方便提取语义信息；将语义信息与独立的模型面对应进行存储，用户使用时无需再手动量测或借助其他工具进行再加工，简化了操作工序，节约了用户的时间，方便用户使用，提高了用户的体验度。

实施例二

本实施例提供了一种与上述方法实施例相对应的城市信息模型语义信息自动生成系统，如图3所示，包括：

特征面生成模块31，用于根据预先获取的激光扫描点云数据或DSM数据，生成目标模型的三维几何结构；

语义信息获取模块32，用于获取目标模型的三维几何结构的各特征几何面所对应的模型对象的语义信息；所述语义信息包括以下信息中的至少一种：标识信息、几何信息、材质信息；

三维模型生成模块33，用于将语义信息与对应的特征几何面对应进行存储。

其中，特征面生成模块31，还用于对激光扫描点云数据或DSM数据进行特征点线提取和特征点高程提取；根据提取的特征点线和特征点高程，生成目标模型的各特征几何面。

语义信息获取模块32，还用于根据激光扫描点云数据或DSM数据，对各特征几何面的几何尺寸进行量测、计算、统计，生成各特征几何面所对应的模型对象的几何信息；还可以用于从激光扫描点云数据或DSM数据在提取高光谱数据；根据高光谱数据，确定模型对象的材质信息。

可选地，如图4所示，上述系统还可以包括：

标识信息配置模块34，用于为三维几何结构中的每个模型对象设置一个唯一对应的标识信息。

本实施例提供的城市信息模型语义信息自动生成系统，具有如下优点：第一，链接属性过程不需要再模型生成后借助其他工具进行再加工，简化了生产工序，节约了时间；第二，提取的城市信息模型为每个独立的三维模型，具有独立的模型面与属性；第三，生成的三维模型数据中自带语义信息，用户无需再手动量测；第四，包含的语义信息丰富多样，并且gml的存储格式是符合国际先进的三维数据格式标准的格式，兼容性功能较好，支持后续各类拓展应用。

进一步地，本发明另一实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有上述城市信息三维模型语义信息自动生成系统所用的计算机软件指令。

本发明实施例提供的城市信息模型语义信息自动生成方法和系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

需要说明的是，在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露方法和系统，可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种城市信息模型语义信息自动生成方法，其特征在于，包括：

根据预先获取的激光扫描点云数据或DSM数据，生成目标模型的三维几何结构；

获取所述目标模型的三维几何结构的各特征几何面所对应的模型对象的语义信息；所述语义信息包括以下信息中的至少一种：标识信息、几何信息、材质信息；

将所述语义信息与对应的特征几何面进行结合，生成语义信息模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预先获取的激光扫描点云数据或DSM数据，生成目标模型的三维几何结构的步骤，包括：

对所述激光扫描点云数据或DSM数据进行特征点线提取和特征点高程提取；

根据提取的特征点线和特征点高程，生成目标模型的各特征几何面。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据预先获取的激光扫描点云数据或DSM数据，生成目标模型的三维几何结构的步骤之后，所述方法还包括：

为所述三维几何结构中的每个模型对象设置一个唯一对应的标识信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述目标模型的三维几何结构的各特征几何面所对应的模型对象的几何信息的步骤，包括：

根据所述激光扫描点云数据或DSM数据，对各特征几何面的几何尺寸进行量测、计算和统计，生成各特征几何面所对应的模型对象的几何信息。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述目标模型的三维几何结构的各特征几何面所对应的模型对象的材质信息的步骤，包括：

从输入的用于辅助的卫星影像中提取高光谱数据；

根据所述高光谱数据，确定所述模型对象的材质信息。

6.一种城市信息模型语义信息自动生成系统，其特征在于，包括：

特征面生成模块，用于根据预先获取的激光扫描点云数据或DSM数据，生成目标模型的三维几何结构；

语义信息获取模块，用于获取目标模型的三维几何结构的各特征几何面所对应的模型对象的语义信息；所述语义信息包括以下信息中的至少一种：标识信息、几何信息、材质信息；

城市信息模型生成模块，将所述语义信息与对应的特征几何面进行关联，生成三维模型。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述特征面生成模块，还用于：

对所述激光扫描点云数据或DSM数据进行特征点线提取和特征点高程提取；

根据提取的特征点线和特征点高程，生成目标模型的各特征几何面。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

标识信息配置模块，用于为所述三维几何结构中的每个模型对象设置一个唯一对应的标识信息。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述语义信息获取模块，还用于：

根据所述激光扫描点云数据或DSM数据，对各特征几何面的几何尺寸进行量测、计算和统计，生成各特征几何面所对应的模型对象的几何信息。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有权利要求6至9中任一项所述系统所用的计算机软件指令。