CN112700531B - 一种融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法，包括收集建筑物倾斜模型对应的矢量户型图数据，包括楼宇房间的矢量轮廓数据及相应属性信息，所述属性信息包括高度信息；将矢量户型图数据导入空间数据库，采用空间数据库进行组织；记录下三维地理信息系统中需要查询的位置点的经纬度及高度信息，与空间数据库存储的矢量轮廓数据及相应高度信息进行空间匹配，找出对应的唯一的楼宇房间；提取相应矢量轮廓数据及相应属性信息，绘制三维空间轮廓，并且显示相应平面图和属性信息。本发明将不同数据源的数据融合应用，提解决了三维地理信息系统中建筑物倾斜模型分层分户显示的难题；不影响建筑物倾斜模型数据本身的完整性和连续性。

Description

一种融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法

技术领域

本发明涉及城市三维场景构建技术领域，特别是涉及一种融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法。

背景技术

倾斜摄影技术是对地物进行拍摄，从图像信息中分析地物间的几何关系和纹理特征，根据分析结果对其三维坐标信息和立体模型进行构建，是一个以二维平面影像恢复三维空间信息的技术。建筑物倾斜模型是倾斜摄影技术建立的三维模型，在三维地理信息系统中作为基础数据源之一能够详细地描述和恢复建筑物细节。随着近些年智慧城市、智慧地球的提出，在三维地理信息系统中，建筑物倾斜模型的加入，能够更加真实地构建城市三维场景，在各行各业都有着进一步的应用发展。

目前，在三维系统的构建中，各大三维平台对于建筑物倾斜模型具有良好的支持和显示效果，可以用特定的格式加载建筑物倾斜模型。然而，建筑物倾斜模型是一个连续的、整体的三角网数据，在三维场景中只具有浏览漫游的作用，无法单独对某个地理对象进行单独的处理与分析，从而限制了建筑物倾斜模型的应用。

在构建三维城市地理信息系统时，政府各部门通常都会各自拥有大量的数据，而这些数据由于采集方式、应用领域的问题很难得到综合应用。建筑物倾斜模型如何和矢量户型图进行融合显示，更好地在三维场景中展示更多的建筑物信息，一直有待解决。

建筑物倾斜模型分层分户技术是将建筑物倾斜模型进行处理，使得其中的楼宇房间成为一个独立的个体，能够被选中并且具有相应的属性信息。在三维地理信息系统中，只有对建筑物倾斜模型进行单体化，才能更好地进行浏览、查询、分析等功能。目前建筑物倾斜模型分层分户的实现主要是通过人工的方法，对原始数据进行切割等处理操作，使得每个住户单独成为一个模型。但是，这样通过人工方式进行单体化的操作存在劳动量大、效率低的问题，不利于大数量的建筑物倾斜模型进行单体化操作。

发明内容

本发明提供一种融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法，用矢量数据实施建筑物倾斜模型的分层分户显示功能，简化了大数据量建筑物倾斜模型单体化分层分户的操作，提高了建筑物倾斜模型在三维系统中的可用性。通过建筑物倾斜模型对应的楼宇房间建立具有属性的矢量数据，在三维地理信息系统中选中某一位置时，通过该位置的三维空间坐标与楼宇房间矢量轮廓数据及高度属性进行检索，找到该位置对应的某一具体房间，通过矢量轮廓数据及高度属性绘制出该房间的空间范围，显示其属性信息。

本发明提供的一种融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法，包括如下步骤：步骤1，收集建筑物倾斜模型对应的矢量户型图数据，包括楼宇房间的矢量轮廓数据及相应属性信息，所述属性信息包括高度信息；

步骤2，将矢量户型图数据导入空间数据库，采用空间数据库进行组织；

步骤3，记录下三维地理信息系统中需要查询的位置点的经纬度及高度信息；

步骤4，根据步骤3所得该位置点的经纬度及高度信息，与空间数据库存储的矢量轮廓数据及相应高度信息进行空间匹配，找出对应的唯一的楼宇房间；

步骤5，提取步骤4所得唯一的楼宇房间相应矢量轮廓数据及相应属性信息，绘制三维空间轮廓，并且显示相应平面图和属性信息。

而且，所述步骤1中，矢量户型图数据格式为Shapefile格式，坐标系采用WGS84坐标系，并且精度尽可能高。

而且，所述步骤1中，矢量户型图数据中的高度信息包括楼层的最低高度min_h和最高高度max_h，矢量户型图数据中还提供每个楼宇房间的其他属性数据，包括名称name、门牌号room、楼层floor、单元unit和基础高度baseheight。

而且，所述步骤2中，采用PostGIS存储矢量户型图数据，矢量轮廓数据以地理数据格式存储，属性信息则按默认格式存储。

而且，所述步骤3中，先将三维地理信息系统中的屏幕坐标转化为三维地理信息系统坐标，再转化为经纬度坐标。

而且，所述步骤4中，将该位置点的经纬度及高度信息与空间数据库存储的矢量轮廓数据及相应高度信息进行空间匹配时，综合采用两个约束条件，第一个约束条件是位置点经纬度坐标在矢量轮廓数据的范围内，第二个约束条件是位置点高度在楼宇房间的高度范围内。

而且，所述步骤4中，在进行位置点和矢量轮廓数据空间匹配时，对矢量轮廓数据做缓冲区，确保位置点经纬度坐标在矢量轮廓内；对于缓冲区导致的轮廓数据重叠，通过计算与原始矢量轮廓的空间距离约束到唯一的矢量轮廓。

而且，所述步骤4中，在高度范围匹配时，进行绝对高度和相对高度的换算，位置点的高度减去基础高度得到需要使用的相对高度，通过换算后的相对高度和楼宇房间的高度范围进行匹配。

而且，所述步骤5中，利用经过缓冲区处理的的矢量轮廓数据在三维场景中绘制三维多面体，利用原始的矢量轮廓数据绘制二位平面示意图，属性数据用来显示多种属性信息。

如上所述，本发明的融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法，具有以下有益效果：

本发明所述的融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法，利用现有的城市建筑物矢量户型图及其属性数据，基于三维技术实现了建筑物倾斜模型分层分户显示功能；将不同数据源的数据融合应用，提升了数据的利用率；简化了传统大数量建筑物倾斜模型单体化的繁琐操作，不影响建筑物倾斜模型数据本身的完整性和连续性，解决了在三维地理信息中建筑物倾斜模型单体化显示的难题，更好地展示建筑物倾斜模型分层分户的户型结构，提高了建筑物倾斜模型在三维系统中的可用性和用户的交互性，使得建筑物倾斜模型能够在三维地理信息系统中能够得到更好更方便地应用。

本发明方案实施简单方便，实用性强，解决了相关技术存在的实用性低及实际应用不便的问题，能够提高用户体验，具有重要的市场价值。

附图说明

图1是本发明实施例一种融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法流程图；

图2是本发明实施例使用矢量户型图的矢量轮廓数据示例图；

图3是本发明实施例建筑物倾斜模型分层分户显示示例图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例具体说明本发明的技术方案。

参照图1，实施例提供的一种融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法，步骤如下：

第一步，如图1中的矢量户型图数据部分，收集建筑物倾斜模型对应的楼宇房间矢量数据，该数据通常为矢量户型图数据，至少包括楼宇房间的矢量轮廓数据及其关键属性信息-高度信息。矢量轮廓数据为Shapefile格式(简称shp，是美国环境系统研究所公司ESRI开发的一种空间数据开放格式)，坐标系采用WGS84坐标系(World Geodetic System1984，是为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统)。具体实施时，精度建议尽可能高，如果有其他楼宇房间矢量数据包括楼宇房间的矢量轮廓数据及其高度信息，也可以用于等同替代矢量户型图数据，同样在本发明保护范围内。

本发明中的矢量轮廓数据需要高精度，否则后续难以匹配，优选建议与实际轮廓数据范围误差0.5米内。高度信息指该楼层的最低高度和最高高度(min_h和max_h)，矢量轮廓数据示例参照附图2。根据实际需要，除了高度信息，还可以具有每户的其他属性数据，包括名称(name)、门牌号(room)、楼层(floor)、单元(unit)和基础高度(baseheight)，基础高度用来进行相对高度和绝对高度的换算。此处的最低高度和最高高度是相对高度，以一楼的最低高度为0米，然而我们实际获取到的是绝对的海拔高度，此处用相对高度+基础高度即可换算成实际的绝对高度。属性数据示例参照下表：

FID	Shape	floor	room	unit	name	min_h	max_h	baseheight
									0	面	1	101	1	幸福小区1栋	0	3	15.5
1	面	2	201	1	幸福小区1栋	3	6	15.5
									2	面	3	301	1	幸福小区1栋	6	9	15.5
3	面	4	401	1	幸福小区1栋	9	12	15.5
									4	面	5	501	1	幸福小区1栋	12	15	15.5
5	面	6	601	1	幸福小区1栋	15	18	15.5
									6	面	7	701	1	幸福小区1栋	18	21	15.5
7	面	8	801	1	幸福小区1栋	21	24	15.5
									8	面	9	901	1	幸福小区1栋	24	27	15.5
9	面	10	1001	1	幸福小区1栋	27	30	15.5
									10	面	1	102	1	幸福小区1栋	0	3	15.5
11	面	2	202	1	幸福小区1栋	3	6	15.5
									12	面	3	302	1	幸福小区1栋	6	9	15.5
13	面	4	402	1	幸福小区1栋	9	12	15.5
									14	面	5	502	1	幸福小区1栋	12	15	15.5
15	面	6	602	1	幸福小区1栋	15	18	15.5
									16	面	7	702	1	幸福小区1栋	18	21	15.5
17	面	8	802	1	幸福小区1栋	21	24	15.5
									18	面	9	902	1	幸福小区1栋	24	27	15.5
19	面	10	1002	1	幸福小区1栋	27	30	15.5
									20	面	1	103	2	幸福小区1栋	0	3	15.5

其中，FID是序号，Shape的要素形状类型。

第二步，将楼宇房间矢量数据(即矢量户型图数据)导入空间数据库，采用空间数据库的组织形式。空间数据库数据组织，是基于空间数据库将矢量户型图数据导入空间数据库进行存储组织，矢量轮廓数据以地理数据格式存储，属性信息(楼层的最低高度min_h和最高高度max_h，以及名称name、门牌号room、楼层floor、单元unit和基础高度baseheight)则按默认格式存储。

在本实施例中，优选采用PostGIS存储矢量数据，PostGIS是对象关系型数据库系统PostgreSQL的一个扩展，PostGIS提供如下空间信息服务功能:空间对象、空间索引、空间操作函数和空间操作符。同时，PostGIS遵循OpenGIS的规范。PostGIS可以管理空间数据，同时具备一定的空间查询算法，宜被采用。

第三步，如图1中的位置信息记录转换部分，记录下三维地理信息系统中需要查询位置点的经纬度及高度信息。即所述位置信息记录转换，是基于三维地理信息系统坐标转换算法，将屏幕点击坐标转换为地理空间坐标，便于后续匹配处理计算。

三维地理信息系统中，在屏幕中点击建筑倾斜模型选择的点仅仅是屏幕坐标点，需要进行屏幕坐标和三维空间坐标的转换，得到所需要的经纬度及高度。实施例中，先将三维地理信息系统中的屏幕坐标转化为三维地理信息系统坐标，再转化为经纬度坐标。

第四步，如图1中的空间匹配算法部分，将该位置点的经纬度及高度信息与空间数据库存储的矢量轮廓数据及其高度信息进行空间匹配，找出对应的唯一的房间矢量数据。

空间匹配需要的是数据库查询语句，主要涉及两个约束条件，两个约束条件需要同时满足：

第一个约束条件是，位置点经纬度坐标在矢量轮廓数据的范围内，具体实施时可以使用空间包含函数，例如PostGIS的ST_within()函数，输入矢量轮廓数据和坐标点数据，判断点是否在矢量轮廓内。由于矢量轮廓会与实际的建筑物倾斜模型有一定偏差，所以在空间查询时，需要先对矢量轮廓做缓冲区，保证坐标点在矢量轮廓内。具体实施时，缓冲区可以利用PostGIS的ST_Buffer()函数，即缓冲区函数，输入空间矢量数据并给定合适的阈值即可生成新的矢量轮廓数据，阈值以1.2米为宜。由于设置了缓冲区，原本仅仅相邻的两个房间因为范围的扩大出现了矢量轮廓的重叠部分，所以可能会出现同一个坐标点对应两个矢量轮廓的情况，此时需要计算与原始矢量轮廓的空间距离以约束到唯一的矢量轮廓上。距离计算采用ST_distance()函数，计算完距离后进行排序，采用距离最短的矢量轮廓以确定唯一值。

第二个约束条件是，位置点的高度在楼宇房间的的高度范围内，即满足楼层的最低高度min_h和最高高度max_h。在第一步中，提到了绝对高度和相对高度的换算，这里的位置点高度是实际的绝对高度，所以需要满足位置点的高度height-基础高度baseheight在最低高度min_h和最高高度max_h的范围内，即需要满足如下公式。

min_h<height-baseheight<max_h

由于不同楼层的矢量轮廓是相同的，所以需要高度信息的匹配来获取唯一值，同时获取其他属性信息。

实施例采用的空间匹配算法，是基于空间数据库的空间函数进行数据的约束匹配，在本实施例中主要涉及了缓冲区函数和空间包含函数，最终通过SQL检索可以计算得到唯一的数据。

第五步，如图1中的三维系统绘制显示部分，提取步骤4所得唯一的楼宇房间的矢量轮廓数据及相应属性信息，将匹配到的唯一的房间空间轮廓在三维地理信息系统中绘制出来，并且显示其属性信息。即所述三维系统绘制显示，是基于三维地理信息系统将空间数据进行绘制，得到二维平面示意图、三维多面体和属性数据的显示。

目前主流的三维地理信息系统平台有Google Earth、World Wind、Skyline、Virtual Earth、ArcGIS Explorer、cesium、EV-Globe、GeoGlobe、CityMaker、SuperMap等，均可选用。在本实施例中，优选采用cesium作为三维地理信息系统平台，因为cesium可以良好地展示建筑物倾斜模型和绘制二三维图形，且开发兼容性好。数据库检索后得到的空间轮廓数据包括了二维矢量轮廓数据以及高度信息，根据该数据即可在三维地理信息系统中绘制出来，形成一个空间三维模型，能够较好地展示其空间结构，同时显示属性信息，方便用户查询浏览，显示效果如图3所示。图3中的示意图选取了某小区某栋楼的数据进行示例，将该房间的空间轮廓数据在三维场景中以三维多面体的形式绘制了出来，绘制了该房间的二维平面图数据，同时显示了该房间的楼宇名称、单元、楼层和门牌号。

具体实施时，需要用到步骤(4)得到的轮廓数据及其属性。在实际应用中，原始轮廓数据因为精度问题无法和建筑物倾斜模型很好的套合，显示效果较差，为了提升效果，在三维场景中进行显示三维多面体的绘制时使用经过缓冲区的轮廓数据，绘制二维平面示意图使用原始轮廓数据，属性信息数据用来显示多种属性信息。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法，包括以下步骤：

步骤1，收集建筑物倾斜模型对应的矢量户型图数据，包括楼宇房间的矢量轮廓数据及相应属性信息，所述属性信息包括高度信息；

步骤2，将矢量户型图数据导入空间数据库，采用空间数据库进行组织；

步骤3，记录下三维地理信息系统中需要查询的位置点的经纬度及高度信息；

步骤4，根据步骤3所得该位置点的经纬度及高度信息，与空间数据库存储的矢量轮廓数据及相应高度信息进行空间匹配，找出对应的唯一的楼宇房间；

将该位置点的经纬度及高度信息与空间数据库存储的矢量轮廓数据及相应高度信息进行空间匹配时，综合采用两个约束条件，实现方式如下，

第一个约束条件是，位置点经纬度坐标在矢量轮廓数据的范围内，使用空间包含函数，输入矢量轮廓数据和坐标点数据，判断点是否在矢量轮廓内；由于矢量轮廓会与实际的建筑物倾斜模型有一定偏差，在空间查询时，先对矢量轮廓做缓冲区，保证坐标点在矢量轮廓内；由于设置缓冲区，原本仅仅相邻的两个房间因为范围的扩大出现了矢量轮廓的重叠部分，所以会出现同一个坐标点对应两个矢量轮廓的情况，此时计算与原始矢量轮廓的空间距离以约束到唯一的矢量轮廓上，计算完距离后进行排序，采用距离最短的矢量轮廓以确定唯一值；

第二个约束条件是，位置点的高度在楼宇房间的的高度范围内，满足楼层的最低高度min_h和最高高度max_h，这里的位置点高度是实际的绝对高度，所以需要满足位置点的高度height-基础高度baseheight在最低高度min_h和最高高度max_h的范围内，即需要满足如下公式，

min_h<heigh-basehh<max_h

由于不同楼层的矢量轮廓是相同的，需要高度信息的匹配来获取唯一值，同时获取其他属性信息；

在高度范围匹配时，进行绝对高度和相对高度的换算，位置点的高度减去基础高度得到需要使用的相对高度，通过换算后的相对高度和楼宇房间的高度范围进行匹配；

步骤5，提取步骤4所得唯一的楼宇房间相应矢量轮廓数据及相应属性信息，绘制三维空间轮廓，并且显示相应平面图和属性信息。

2.根据权利要求1所述的融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法，其特征在于，所述步骤1中，矢量户型图数据格式为Shapefile格式，坐标系采用WGS84坐标系，并且精度尽可能高。

3.根据权利要求1所述的融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法，其特征在于，所述步骤1中，矢量户型图数据中的高度信息包括楼层的最低高度min_h和最高高度max_h，矢量户型图数据中还提供每个楼宇房间的其他属性数据，包括名称name、门牌号room、楼层floor、单元unit和基础高度baseheight。

4.根据权利要求1所述的融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法，其特征在于，所述步骤2中，采用PostGIS存储矢量户型图数据，矢量轮廓数据以地理数据格式存储，属性信息则按默认格式存储。

5.根据权利要求1所述的融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法，其特征在于，所述步骤3中，先将三维地理信息系统中的屏幕坐标转化为三维地理信息系统坐标，再转化为经纬度坐标。

6.根据权利要求1所述的融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法，其特征在于，所述步骤4中，在进行位置点和矢量轮廓数据空间匹配时，对矢量轮廓数据做缓冲区，确保位置点经纬度坐标在矢量轮廓内；对于缓冲区导致的轮廓数据重叠，通过计算与原始矢量轮廓的空间距离约束到唯一的矢量轮廓。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的融合矢量户型图的建筑物倾斜模型分层分户显示方法，其特征在于，所述步骤5中，利用经过缓冲区处理的矢量轮廓数据在三维场景中绘制三维多面体，利用原始的矢量轮廓数据绘制二位平面示意图，属性数据用来显示多种属性信息。

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