CN112150622A - 一种三维城市景观的构建方法及三维规划辅助决策系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及城市规划设计技术领域，公开了一种三维城市景观的构建方法及三维规划辅助决策系统，该步骤一：构建统一的三维地形场景；步骤二：构建分块的3D建筑模型；步骤三：将分块的3D建筑模型加载到三维地形场景中，构建三维城市景观；步骤四：采用步骤一至步骤三的三维城市景观的构建方法，建立以三维城市景观为基础的三维规划辅助决策系统。本系统采用统一的三维地形场景，而分块的3D建数据，实现3D建筑模型分层调入，使系统既是一个有机的整体，又能快速运行，从而解决海量数据和运行效率的问题。
Description
技术领域
本发明涉及城市规划设计技术领域，具体涉及一种三维城市景观的构建方法及三维规划辅助决策系统。
背景技术
数字城市是城市信息化发展的方向，是数字地球的一部分，三维地理信息是数字城市的重要基础空间信息。三维城市的建立能够全方位地、直观地给人们提供有关城市的各种具有真实感的场景信息，并可以以第一人称的身份进入城市，感受到与实地观察相似的体验感。
随着城市建设中大量的高层建筑涌现，提升了城市形象。现有的三维辅助系统建设一般采用高精度分辨率的高空卫星影像数据、彩色航片数据以及高精度的数字高程模型(DEM)数据。其系统一般都要达到几十G甚至上百G，再加上整个城市上万栋3D建筑，此三维系统的数据是非常庞大，对于这样的庞大数据量使整个系统存在数据加载慢，运行效率低的缺点。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于一种三维城市景观的构建方法及三维规划辅助决策系统，以地理信息数据为支撑、三维可视化技术为手段，实现基于真实地理世界的三维景观，重现真实的城市面貌，通过分层调入信息，解决了解决海量数据和运行效率的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种三维城市景观的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：构建统一的三维地形场景；
步骤二：构建分块的3D建筑模型；
S1：利用全数字摄影测量工作站采集三维的模型数据；
S2：将模型数据按照坐标属性分成若干子数据集；
S3：将每个子数据集依次导入到建模软件中，生成若干初级3D建筑模型；
S4：对生成的初级3D建筑模型进行编辑和贴文理形成3D建筑模型；
步骤三：将分块的3D建筑模型加载到三维地形场景中，构建三维城市景观；
进一步的，所述步骤一中的三维地形场景的构建步骤如下：
S11：通过航空影像、卫星数据或影像图片获取采集信息，通过该信息建立数字高程模型即空间DEM数据；
S12：对空间DEM数据进行检查，若满足DEM要求进行SS4，若不满足要求进行SS3；
S13：对空间DEM数据集逐个像元纠正，按图幅范围裁剪生成DOM数据；
S14：对S11中的DEM数据以及S13中的DOM数据进行集成生成地形数据集；
S15：将该地形数据集导入到软件中生成三维地形场景MPT；
进一步的，所述地形数据集以及相对应的若干子数据集构成三维数据库。
三维规划辅助决策系统，采用如权利所述的一种三维城市景观的构建方法，所述三维规划辅助决策系统包括主控模块、输入模块、查询模块，所述输入模块与所述主控模块相连，所述输入模块将用于输入的查询信息输送给主控模块，所述主控模块与所述查询模块连接，所述主控模块对输入信息进行读取转换并传输给查询模块，所述查询模块与所述三维数据库连接，所述查询模块对三维数据库进行查找并将信息锁定。
进一步的，所述三维规划辅助决策系统还包括调取模块和显示模块，所述调取模块的输入端与查询模块连接，所述调取模块用于将查询模块锁定的信息调取出来，所述调取模块的输出端与所述主控模块连接，所述调取模块将调取出来的信息传输给主控模块并通过主控模块进行数据转换，所述主控模块与所述显示模块连接，用于将转换的信息传输给显示模块以在显示屏中进行显示。
进一步的，所述三维规划辅助决策系统还包括编辑模块，所述编辑模块的输入端与所述显示模块连接，所述编辑模块用于获取显示模块上识别的用于编辑信息，所述编辑模块的输出端与所述主控模块连接，所述主控模块用于获取编辑信息并传输给调取模块以对调取出来的数据进行编辑整合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)系统采用独特的数据管理方式：即统一的三维地形场景，但是建立的是分块的3D建筑模型，并将3D建筑模型分层调入到三维地形场景中，使系统既是一个有机的整体，又能快速运行，从而解决海量数据和运行效率的问题。
(2)本系统的实用性强，作为一个三维地理信息系统，系统不仅仅体现在三维建筑的美观上，相对而言更体现在基于真实影像的全局决策分析上，因此系统为提供灵活方便的操作工具，包括查询、量测、分析等等，不仅能够共享大量的属性数据，还能为城市管理提供可视化的决策手段，提高城市管理效率，实现城市可持续发展。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的三维地形场景构建流程图；
图3是本发明的3D建筑模型构建流程图；
图4是本发明的查询模块查询方法流程图；
图5是本发明的三维规划辅助决策系统结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本发明一较佳实施方式提供一种三维城市景观的构建方法，该平台以基础地理空间数据和三维建筑模型数据为核心，利用影像和GIS技术的特点和优势，将GIS、RS与虚拟仿真技术进行技术集成，建立三维城市景观，三维城市景观的构建步骤：
步骤一：构建统一的三维地形场景；
步骤二：构建分块的3D建筑模型；
步骤三：将分块的3D建筑模型加载到三维地形场景中，构建三维城市景观；
步骤四：采用步骤一至步骤三的三维城市景观的构建方法，建立以三维城市景观为基础的三维规划辅助决策系统，利用所述三维规划辅助决策系统对三维城市景观进行分析并辅助城市规划。
具体的，三维城市景观生动地展示城市的风貌，并通过三维规划辅助决策系统对城市三维风貌提供辅助设计、查询分析、成果展示、模型更新等技术手段，以观察方案是否合理、与周边环境是否和谐，可以方便地辅助城市规划与城市管理工作，为规划审批提供决策服务。
在本发明中，进一步的，如图2所示，对所述步骤一中的三维地形场景的构建步骤如下：
S11：通过航空影像、卫星数据或影像图片获取采集信息，通过该信息获取空间DEM数据并建立数字高程模型；
S12：对数字高程模型进行检查，若满足DEM要求进行S14，若不满足要求进行S13；
S13：对空间DEM数据进行数字微分纠正，即根据空间DEM数据的相关参数，利用相应的构像方程式，将影像化为很多微小的区域逐一进行纠正，从而从非正射投影的数字影像中获取正射影像，并从该正射影像中获取DOM数据；
S14：在软件中打开数字高程模型，将DOM数据导入使数字高程模型、DOM数据叠加生成三维地形场景MPT；
进一步的，在本发明中，数字高程模型采用的是不规则三角网络模型，该模型精度高、速度快、效率高的特点，且容易处理断裂线和地物。具体的，三维地形场景的构建以Terra Builder软件为核心，通过对DEM数据、DOM数据进行检查、处理、建立、更新、维护生成三维地形场景MPT，此外还能进行数据更新和维护，实现三维地形场景的更新。也可以根据Terra Builder软件连接OPEN GIS空间数据网络服务国际标准协议、网络矢量数据服务协议(WFS)、网络影像数据服务协议(WMS)，从而广泛的连接网络数据服务器，实现数据分布式管理。
在本发明中，进一步的，如图3所示，对构建分块的3D建筑模型采用如下步骤：
S1：利用全数字摄影测量工作站采集三维的模型数据，该三维模型数据包括不同属性信息，如地名、坐标、多媒体、道路名、建筑物名以及编码等。
S2：将模型数据按照坐标属性分成若干子数据集，即将模型数据按照经、纬度和高度的信息划分为若干区域段，每个区域段为一个子数据集；
S3：将每个子数据集依次导入到建模软件中，生成若干初级3D建筑模型；
S4：对生成的初级3D建筑模型进行编辑和贴文理形成3D建筑模型；
具体的，对导入软件中的每个子数据集中的建筑物可以分步处理，首先对建筑物进行分解，一般建筑物可以分为主体、阳台、屋顶等部分，然后建立建筑物，根据影像分解的建筑物形状，根据房屋的投影方向判断方位关系式以确定屋基位置。房子建好后，给出建筑物实际高度。整个建筑物全部完成后，再对其进行编辑修正，以及纹理贴图等处理即可形成3D建筑模型。
接着，将分块的3D建筑模型加载到三维地形场景中，构建三维城市景观。在本发明中，该过程是在Skyline高效的三维GIS编辑软件TerraExplorer Pro上进行，在该软件中，可以对整合后的三维城市景观加三维虚拟现实特效环境美化景观，对数据进行配置，以美化和构造逼真的虚拟现实景观，形成满足用户需求的三维城市景观模型，方便直观地进行视景仿真和全方位场景浏览、查询分析。
如图5所示，在本发明中，进一步的，所述的三维规划辅助决策系统，采用上述所述三维城市景观的构建方法，三维规划辅助决策系统包括主控模块、输入模块、查询模块，所述输入模块与所述主控模块相连，所述输入模块将用于输入的查询信息输送给主控模块，所述主控模块与所述查询模块连接，所述主控模块对输入信息进行读取转换并传输给查询模块，所述查询模块与所述三维数据库连接，所述查询模块对三维数据库进行查找并将信息锁定。
进一步的，如图4所示，所述查询模块的信息获取步骤如下：
1)将主控模块接收到位置信息拆分提取得到坐标信息以及关键词信息，将包含经度、纬度的坐标信息与三维数据库中按照坐标属性划分的子数据集进行对比，从而查询并确定到该位置信息所在的子数据集，从而缩小了后续查询的范围并提高了准确性。
2)将提取到的关键词信息与查询到的子数据集中的建筑物数据与进行对比并判断相关度，若相关度大于70％，则满足要求，进行步骤3；若不满足要求，则更换关键词信息，再次进行步骤2，直至满足要求。
3)将子数据集中的相关建筑物数据通过调取模块进行调取。
进一步的，所述三维规划辅助决策系统还包括调取模块和显示模块，所述调取模块的输入端与查询模块连接，所述调取模块用于将查询模块锁定的信息调取出来，所述调取模块的输出端与所述主控模块连接，所述调取模块将调取出来的信息传输给主控模块并通过主控模块进行数据转换，所述主控模块与所述显示模块连接，用于将转换的信息传输给显示模块以在显示屏中进行显示。
所述三维规划辅助决策系统还包括编辑模块，所述编辑模块的输入端与所述显示模块连接，所述编辑模块用于获取显示模块上识别的用于编辑信息，所述编辑模块的输出端与所述主控模块连接，所述主控模块用于获取编辑信息并传输给调取模块以对调取出来的数据进行编辑整合。
具体的，三维规划辅助决策系统的实现原理如下：
通过步骤一、二、三构建三维城市景观，并得到地形数据集以及相对应的若干子数据集构成三维数据库，将该数据库来为三维规划辅助决策系统作为数据支撑。首先，用户通过通讯的方式将城市设计方案导入到系统中，输入模块接收到该信息并传输给主控模块，主控模块对该信息进行提取以及转换并传输给查询模块，查询模块对三维数据库中的数据进行查找、比对后锁定该区域内的子数据集，该子数据集通过调取模块进行调出，而不需要对整体加载调用，从而提高系统运行效率，调取模块将调出后的数据进行整合并传输给主控模块，主控模块通过该信息与设计方案进行比对方案作出判断和规划。该结果以及调用的子数据集均通过显示模块在显示器上进行显示。此外，该系统还设有编辑模块，用户可以根据需要对调用出来的数据进行实时编辑、重新建模、信息查询等操作，便于设计方案的修改。本平台采用统一的三维地形场景，分块的3D建数据，实现3D建筑模型分层调入，使系统既是一个有机的整体，又能快速运行，从而成功解决海量数据和运行效率的问题。
Claims (7)
1.一种三维城市景观的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：构建统一的三维地形场景；
步骤二：构建分块的3D建筑模型，步骤如下：
S1：利用全数字摄影测量工作站采集三维模型数据；
S2：将模型数据按照坐标属性分成若干子数据集；
S3：将每个子数据集依次导入到建模软件中，生成若干初级3D建筑模型；
S4：对生成的若干初级3D建筑模型进行编辑和贴文理形成分块的3D建筑模型；
步骤三：将分块的3D建筑模型分层加载到三维地形场景中，从而构建三维城市景观。
2.根据权利要求1所述的一种三维城市景观的构建方法，其特征在于，所述步骤一中的三维地形场景的构建步骤如下：
S11：通过航空影像、卫星数据或影像图片获取采集信息，通过该信息获取DEM数据并建立数字高程模型；
S12：对数字高程模型进行检查，若满足DEM要求进行S14，若不满足要求进行S13；
S13：对DEM数据进行数字微分纠正，从而获取DOM数据；
S14：在软件中打开数字高程模型，将DOM数据导入使数字高程模型、DOM数据叠加生成三维地形场景MPT。
3.根据权利要求3所述的一种三维城市景观的构建方法，其特征在于，所述数字高程模型为不规则的三角网模型。
4.根据权利要求2所述的一种三维城市景观的构建方法，其特征在于，所述DOM数据、DEM数据以及若干子数据构成三维数据库。
5.三维规划辅助决策系统，采用如权利要求1-3任一项所述的一种三维城市景观的构建方法，其特征在于，所述三维规划辅助决策系统包括主控模块、输入模块、查询模块，所述输入模块与所述主控模块相连，所述输入模块将用于输入的信息输送给主控模块，所述主控模块与所述查询模块连接，所述主控模块对输入信息进行读取转换并传输给查询模块，所述查询模块与所述三维数据库连接，所述查询模块对三维数据库进行查找并将信息锁定。
6.根据权利要求4所述的三维规划辅助决策系统，其特征在于，所述三维规划辅助决策系统还包括调取模块和显示模块，所述调取模块的输入端与查询模块连接，所述调取模块用于将查询模块锁定的信息调取出来，所述调取模块的输出端与所述主控模块连接，所述调取模块将调取出来的信息传输给主控模块并通过主控模块进行数据转换，所述主控模块与所述显示模块连接，用于将转换的信息传输给显示模块以在显示屏中进行显示。
7.根据权利要求4所述的三维规划辅助决策系统，其特征在于，所述三维规划辅助决策系统还包括编辑模块，所述编辑模块的输入端与所述显示模块连接，所述编辑模块用于获取显示模块上识别的用于编辑信息，所述编辑模块的输出端与所述主控模块连接，所述主控模块用于获取编辑信息并传输给调取模块以对调取出来的数据进行编辑整合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201229 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |