CN113178008A - 一种基于gis的三维城市建模系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及城市规划技术领域，具体涉及一种基于GIS的三维城市建模系统及方法，其中，系统包括：获取模块，用于获取三维城市建模所需的原始数据；处理模块，用于对三维城市建模所需的原始数据进行分析处理，得到处理后的原始数据，记为处理数据；构建模块，用于根据处理数据建立BIM模型和三维GIS模型，并将BIM模型和三维GIS模型进行融合，得到融合模型；运行模块，用于对融合模型进行市政模拟，得到优化模型；渲染模块，用于对优化模型进行特征提取，得到绿化信息与建筑信息，并对绿化信息与建筑信息进行标记和渲染。本发明对绿化信息与建筑信息进行标记和渲染，实现了城市三维模型的实景展示，确保了细节展现的完整性。
Description
技术领域
本发明涉及城市规划技术领域，具体涉及一种基于GIS的三维城市建模系统及方法。
背景技术
随着数字城市的不断发展，三维城市模型逐渐取代二维城市地图，成为城市规划、城市管理、交通导航等领域的基础地理空间信息表达形式。传统的三维城市建模通过目估或人工量测获取建筑物高后进行建模，存在地物高程信息缺乏、建筑物模型高程精度差、屋顶精细度差等问题，同时也无法兼顾微观领域中建筑内部设计、实现和宏观地理环境中地理数据处理、分析能力。
对此，中国专利CN109410327A公开一种基于BIM和GIS的三维城市建模方法，包括步骤：数据测量；数据处理；建立BIM模型；建立三维GIS模型；模型融合；市政模拟；要素拆分及优化和模型渲染与显示；通过BIM，可以轻易得到建筑的精确高度、外观尺寸以及内部空间信息，综合BIM和GIS，先对建筑进行建模，然后把建筑空间信息与其周围地理环境共享，应用到城市三维GIS分析中，就能降低建筑空间信息的成本，无需大量人工交互建模；通过数据分类对比，计算与模拟点云、航片数据，使地物高程信息完善、建筑物模型高程精度高、屋顶更精细。
在上述技术方案中，利用CAD制成的2D平面图，借助ArcGIS和Revit软件将2D平面图中的参数进行拉伸立体化，构建3D可视化模型；再将测量的建筑具体高度、尺寸、路径长度等相应数据根据比例缩小后输入进3D可视化模型中，使建筑中所有构件都富含建筑信息及属性；这样相当于通过GIS内的城市地图将城市内的建筑高度信息直接载入原本的二维地图中进行拉伸使用，得到的3D可视化模型比较粗糙，无法准确地展现细节。
发明内容
本发明提供一种基于GIS的三维城市建模系统及方法，解决了现有技术得到的可视化模型无法准确地展现细节的技术问题。
本发明提供的基础方案为：一种基于GIS的三维城市建模系统，包括：
获取模块，用于获取三维城市建模所需的原始数据；
处理模块，用于对三维城市建模所需的原始数据进行分析处理，得到处理后的原始数据，记为处理数据；
构建模块，用于根据处理数据建立BIM模型和三维GIS模型，并将BIM模型和三维GIS模型进行融合，得到融合模型；
运行模块，用于对融合模型进行市政模拟，得到优化模型；
渲染模块，用于对优化模型进行特征提取，得到绿化信息与建筑信息，并对绿化信息与建筑信息进行标记和渲染。
本发明的工作原理及优点在于：
(1)对得到优化模型进行特征提取，得到绿化信息与建筑信息，并对绿化信息与建筑信息进行标记和渲染；通过这样的方式，将绿化信息以及建筑信息的细节进行了标记，同时渲染绿化信息以及建筑信息的细节，实现了城市三维模型的实景展示，确保了细节展现的完整性，提高了展现的效果。
(2)根据处理数据建立BIM模型和三维GIS模型，将BIM模型和三维GIS模型进行融合得到融合模型；并对融合模型进行市政模拟，得到优化模型；通过这样的方式，GIS数据能够为BIM数据提供多种查询与分析功能，同时提供BIM专用的动态模拟功能，可以提高建模的质量、精细性、准确性和效率。
本发明对绿化信息与建筑信息进行标记和渲染，实现了城市三维模型的实景展示，确保了细节展现的完整性，解决了现有技术得到的可视化模型无法准确地展现细节的技术问题。
进一步，构建模块还用于对融合模型进行精修重建，包括局部分离编辑、精细化修编和更新合并。
有益效果在于：对融合模型进行局部分离编辑、精细化修编和更新合并等精修重建处理，可以使得融合模型的要素更加完整，并提高显视效果。
进一步，构建模块还用于对BIM模型和三维GIS模型中相对应的要素分别标记。
有益效果在于：对BIM模型和三维GIS模型中相对应的要素分别标记，将BIM模型和三维GIS模型进行融合时，可以有效地确保BIM模型和三维GIS模型相匹配的属性及数据对应关联。
进一步，渲染模块还用于对优化模型进行顶点着色处理和纹理贴图处理。
有益效果在于：对优化模型进行顶点着色处理和纹理贴图处理，可以使优化模型具备高仿真特性，同时提高渲染的效果与可视性。
进一步，处理模块还用于按照预设规则对处理数据进行分类，得到分类结果；并按照分类结果对处理数据进行记录保存，构建数据库。
有益效果在于：对处理数据进行分类，并按照分类结果对处理数据进行记录保存以构建数据库，可对处理数据进行重复利用，同时便于查找、降低数据获取成本。
基于上述一种基于GIS的三维城市建模系统，本发明还提供一种基于GIS的三维城市建模方法，包括：
S1、获取三维城市建模所需的原始数据；
S2、对三维城市建模所需的原始数据进行分析处理，得到处理后的原始数据，记为处理数据；
S3、根据处理数据建立BIM模型和三维GIS模型，并将BIM模型和三维GIS模型进行融合，得到融合模型；
S4、对融合模型进行市政模拟，得到优化模型；
S5、对优化模型进行特征提取，得到绿化信息与建筑信息，并对绿化信息与建筑信息进行标记和渲染。
本发明的工作原理及优点在于：
(1)对得到优化模型进行特征提取，得到绿化信息与建筑信息，并对绿化信息与建筑信息进行标记和渲染；将绿化信息以及建筑信息的细节进行了标记，同时渲染绿化信息以及建筑信息的细节，确保了细节展现的完整性，提高了展现的效果。
(2)根据处理数据建立BIM模型和三维GIS模型，将BIM模型和三维GIS模型进行融合得到融合模型；GIS数据能够为BIM数据提供多种查询与分析功能，同时提供BIM专用的动态模拟功能，可以提高建模的质量、精细性、准确性和效率。
进一步，S3中，还对融合模型进行精修重建，包括局部分离编辑、精细化修编和更新合并。
有益效果在于：对融合模型进行局部分离编辑、精细化修编和更新合并等精修重建处理，可以使得融合模型的要素更加完整，并提高显视效果。
进一步，S3中，还对BIM模型和三维GIS模型中相对应的要素分别标记。
有益效果在于：对BIM模型和三维GIS模型中相对应的要素分别标记，将BIM模型和三维GIS模型进行融合时，可以有效地确保BIM模型和三维GIS模型相匹配的属性及数据对应关联。
进一步，S5中，还对优化模型进行顶点着色处理和纹理贴图处理。
有益效果在于：对优化模型进行顶点着色处理和纹理贴图处理，可以使优化模型具备高仿真特性，同时提高渲染的效果与可视性。
进一步，S2中，还按照预设规则对处理数据进行分类，得到分类结果；并按照分类结果对处理数据进行记录保存，构建数据库。
有益效果在于：对处理数据进行分类，并按照分类结果对处理数据进行记录保存以构建数据库，可对处理数据进行重复利用，同时便于查找、降低数据获取成本。
附图说明
图1为本发明一种基于GIS的三维城市建模系统实施例的系统结构框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
实施例1
实施例基本如附图1所示，包括：
获取模块，用于获取三维城市建模所需的原始数据；
处理模块，用于对三维城市建模所需的原始数据进行分析处理，得到处理后的原始数据，记为处理数据；
构建模块，用于根据处理数据建立BIM模型和三维GIS模型，并将BIM模型和三维GIS模型进行融合，得到融合模型；
运行模块，用于对融合模型进行市政模拟，得到优化模型；
渲染模块，用于对优化模型进行特征提取，得到绿化信息与建筑信息，并对绿化信息与建筑信息进行标记和渲染。
在本实施例中，获取模块、处理模块、构建模块、运行模块和渲染模块均集成在服务器上，通过软件/程序/代码/计算机指令实现其功能。
具体实施过程如下：
S1、获取模块获取三维城市建模所需的原始数据。在本实施例中，将摄像头，红外扫描感应器和激光雷达安装于多组无人机上，利用无人机在城市上空进行扫描采集GIS数据，比如说建筑、道路、地形、树木、水域和桥梁，记录并拍摄建筑外型尺寸、颜色纹理；使用地面站软件进行航线规划和参数设定，使飞行高度、地面分辨率及物理像元尺寸满足三角比例关系；同时，在城市中投入多组安装有摄像头和激光扫描仪的无人驾驶车，利用无人驾驶车在城市道路采集路径、路况、建筑高度、外观尺寸以及内部空间等图文影像，这些采集的数据就为三维城市建模所需的原始数据。
S2、处理模块对三维城市建模所需的原始数据进行分析处理，得到处理后的原始数据，记为处理数据。在本实施例中，对无人机航测的GIS数据进行分析、加密并记录保存，制成地形图和建筑的平面图，在地形图中标出等高线与高程点，在平面图中标出地理坐标，并记录相应的点云和航片数据；以及根据无人驾驶车拍摄的数据采集的数据测量建筑的高度、尺寸，路径的长度等相应数据，这些数据就为处理后的原始数据，记为处理数据；此外，由于采集的三维城市建模所需的原始数据相对比较多，按照预设规则对处理数据进行分类，得到分类结果；并按照分类结果对处理数据进行记录保存，构建数据库。
S3、构建模块根据处理数据建立BIM模型和三维GIS模型，并将BIM模型和三维GIS模型进行融合，得到融合模型。在本实施例中，首先，根据地形图和建筑的平面图借助ArcGIS和Revit软件将平面图中的参数进行拉伸立体化构建3D可视化模型，再将建筑的高度、尺寸、路径长度等相应数据根据比例缩小后输入3D可视化模型中，使建筑中所有构件都富含建筑信息及属性，从而构建出BIM模型；然后，采用ContextCapture对无人机航测的GIS数据进行处理并自动化进行三维模型构建，软件建模对象为静态物体，辅以相机传感器属性、照片位置姿态参数、控制点等信息在进行空中三角测量计算、模型重建计算后，输出三维GIS模型；最后，将三维GIS模型完整地导入SuperMapGIS软件中，利用SuperMapGIS软件提供的便捷式BIM导入机制导入BIM模型，并对BIM模型和三维GIS模型中相对应的要素分别进行标记，BIM模型和三维GIS模型相匹配的属性及数据对应关联，从而实现BIM模型和三维GIS模型的无缝对接、属性无损集成，得到融合模型。
S4、运行模块对融合模型进行市政模拟，得到优化模型。在本实施例中，通过三维GIS系统提供的各种空间查询及空间分析，以及BIM模型模块提供的数据，分析并规划市政，进行楼内和地下管线的三维建模，并模拟冬季供暖时热能传导路线，以检测热能对其附近管线的影响，然后基于三维GIS模型的技术支持，将地形、三维管线等多元空间数据进行融合，实现宏观与微观的相辅相成，使融合模型中的要素更丰满。
S5、渲染模块对优化模型进行特征提取，得到绿化信息与建筑信息，并对绿化信息与建筑信息进行标记和渲染。在本实施例中，采用特征提取算法对优化模型进行特征提取，得到绿化信息与建筑信息，然后对绿化信息与建筑信息进行标记以及渲染；与此同时，对优化模型进行顶点着色处理和纹理贴图处理，使得优化模型具备高仿真特性，并提高渲染的效果与可视性。
基于上述实施例，本发明还提供一种基于GIS的三维城市建模方法，包括：
S1、获取三维城市建模所需的原始数据；
S2、对三维城市建模所需的原始数据进行分析处理，得到处理后的原始数据，记为处理数据；
S3、根据处理数据建立BIM模型和三维GIS模型，并将BIM模型和三维GIS模型进行融合，得到融合模型；
S4、对融合模型进行市政模拟，得到优化模型；
S5、对优化模型进行特征提取，得到绿化信息与建筑信息，并对绿化信息与建筑信息进行标记和渲染。
可见，对得到优化模型进行特征提取，得到绿化信息与建筑信息，并对绿化信息与建筑信息进行标记和渲染；将绿化信息以及建筑信息的细节进行了标记，同时渲染绿化信息以及建筑信息的细节，确保了细节展现的完整性，提高了展现的效果。
实施例2
与实施例1不同之处仅在于，S3中，构建模块还对融合模型进行精修重建，包括局部分离编辑、精细化修编和更新合并，这样对融合模型进行局部分离编辑、精细化修编和更新合并等精修重建处理，可以使得融合模型的要素更加完整，同时，可以提高显视效果。
实施例3
与实施例2不同之处仅在于，对优化模型的结构进行修复。在本实施例中，原始数据包括采集的居民住宅、商业建筑等图片的姿态信息，比如说，这些图片拍摄的各种姿态的信息；具体过程如下：首先，稀疏重建这些图片的姿态信息，得到稀疏的点云和图片的姿态信息；然后，保存图片的姿态信息，并重新建立优化模型；接着，基于图片的姿态信息获取每个图片快照，并形成图对集合，也就是说，在重新建立的优化模型中利用稀疏重建图片的姿态信息构建camera的位置，通过camera获取相同姿态下的快照，每个图片和其对应的快照构成一个图对；最后，对图片中的直线轮廓进行识别，也即是说，在每个图对中，对图片中的直线轮廓进行识别，将图片中识别的直线通过快照映射到优化模型中，利用直线的约束对优化模型的结构进行修复。通过这样的方式，可以有效提升渲染的效果，避免渲染过程中直线结构不准确，从整体上提升优化模型被渲染后的结构体验感。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种基于GIS的三维城市建模系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取三维城市建模所需的原始数据；
处理模块，用于对三维城市建模所需的原始数据进行分析处理，得到处理后的原始数据，记为处理数据；
构建模块，用于根据处理数据建立BIM模型和三维GIS模型，并将BIM模型和三维GIS模型进行融合，得到融合模型；
运行模块，用于对融合模型进行市政模拟，得到优化模型；
渲染模块，用于对优化模型进行特征提取，得到绿化信息与建筑信息，并对绿化信息与建筑信息进行标记和渲染。
2.如权利要求1所述的基于GIS的三维城市建模系统，其特征在于，构建模块还用于对融合模型进行精修重建，包括局部分离编辑、精细化修编和更新合并。
3.如权利要求2所述的基于GIS的三维城市建模系统，其特征在于，构建模块还用于对BIM模型和三维GIS模型中相对应的要素分别标记。
4.如权利要求3所述的基于GIS的三维城市建模系统，其特征在于，渲染模块还用于对优化模型进行顶点着色处理和纹理贴图处理。
5.如权利要求4所述的基于GIS的三维城市建模系统，其特征在于，处理模块还用于按照预设规则对处理数据进行分类，得到分类结果；并按照分类结果对处理数据进行记录保存，构建数据库。
6.一种基于GIS的三维城市建模方法，其特征在于，包括：
S1、获取三维城市建模所需的原始数据；
S2、对三维城市建模所需的原始数据进行分析处理，得到处理后的原始数据，记为处理数据；
S3、根据处理数据建立BIM模型和三维GIS模型，并将BIM模型和三维GIS模型进行融合，得到融合模型；
S4、对融合模型进行市政模拟，得到优化模型；
S5、对优化模型进行特征提取，得到绿化信息与建筑信息，并对绿化信息与建筑信息进行标记和渲染。
7.如权利要求6所述的基于GIS的三维城市建模方法，其特征在于，S3中，还对融合模型进行精修重建，包括局部分离编辑、精细化修编和更新合并。
8.如权利要求7所述的基于GIS的三维城市建模方法，其特征在于，S3中，还对BIM模型和三维GIS模型中相对应的要素分别标记。
9.如权利要求8所述的基于GIS的三维城市建模方法，其特征在于，S5中，还对优化模型进行顶点着色处理和纹理贴图处理。
10.如权利要求9所述的基于GIS的三维城市建模方法，其特征在于，S2中，还按照预设规则对处理数据进行分类，得到分类结果；并按照分类结果对处理数据进行记录保存，构建数据库。
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