广西壮族自治区地理信息测绘院
摘要：近年来，在信息技术不到进步的背景下，人类文明进入到信息时代，信息化开始融入到人们日常工作和生活中的各个领域，城市建设同信息技术的融合，是数字城市产生的基础。数字城市构建过程中，需要对城市三维建模技术进行应用，在多年的发展中，现阶段该技术已经成为多种技术融合的代表，极大的提升了数字城市建设的质量和效率。本文通过将传统的城市三维建模技术与基于立体像对的航空摄影测量技术相结合的手段，并以某市为例，对精细化城市三维建模技术在数字城市中的实际应用进行了分析，希望对我国相关领域的发展奠定良好的基础。
关键词：数字城市；三维建模；规划
1 引言
随着社会经济的迅速发展和科技的不断进步，城市信息化成为了必然趋势，数字城市不仅成为城市信息化建设的主要目标，也是推动国家信息化建设，保持社会经济和资源环境可持续发展的重要手段。地理空间数据是数字城市建设的基础，而作为地理空间数据之一的三维模型能够逼真、生动的表达地理空间信息，已成为了数字城市的研究重点。数字城市三维模型的研究不是单一数据和单一技术的应用，它涉及到多种数据源和多种技术手段的交互使用，不同的数据源和建模技术决定了数字城市三维建模的精度、成本以及效率。
2 城市三维建模技术概况
目前常用的城市三维建模技术主要有航空摄影测量、机载\车载激光扫描（LiDAR）、倾斜摄影测量以及传统城市三维建模技术等。各三维建模技术特点如下：
（1）航空摄影测量技术在三维建模方面应用时间较长，在大面积批量建模方面技术比较成熟，但是由于无法提取建筑物的侧面纹理，因此无法满足精细建模的需求。
（2）机载\车载激光扫描（LiDAR）的特点是模型三维坐标精度高、模型细节表现较好，而且外业少。但是其数据提取的算法复杂，现有可用的软硬件资源少，且三维模型的数据量较大，对于大范围三维场景模型制作以后的快速浏览和数据存储传输等问题上还存在技术难题。
（3）倾斜摄影测量融合了传统的航空摄影技术和近景测量技术，具有能从多角度观察被制作的建筑，能批量提取贴图纹理，建模速度快，且反映地物周边情况更真实逼真，成果数据量小等特点，是城市三维建模技术发展的新方向。但由于倾斜摄影技术是近年来才发展起来的一项高新科技，用户对其认知度还比较低，而且倾斜摄影测量技术存在多相机系统对载体要求较高，后期数据处理工序复杂，近地面地物遮挡现象突出等问题，因此广泛推广还存在一定的难度。
（4）传统城市三维建模技术主要是以 CAD 数字线划图为基础配合外业实地采集照片进行建模，传统城市三维建模技术具有外业工作量大，制作周期长、效率低、成本高等缺点，但其制作工艺简单、真实场景还原度好，几何纹理精细化程度高，场景展示效果美观等特点鲜明，仍然是目前使用最广泛，最容易被接受的建模技术。
综合以上各城市三维建模技术的特点，本文将传统的城市三维建模技术与基于立体像对的航空摄影测量技术相结合的手段，对传统城市三维建模技术进行改进，并将此精细化城市三维建模方法运用到数字城市建设实践当中。
3 应用实例
某市是当地重要的经济圈，近年来，当地为了响应国家号召，积极构建了数字城市，极大的推动了当地的信息化发展和经济进步。三维模型在以主城区为基础构建的，在该模型的基础上，大量的数据得到了搜集和储存，为该城市的交通、规划、管理以及现代化建设提供了依据，与此同时，当地的地理空间信息也可以更加有效的服务游客和居民。
3.1 数据源
在构建数字城市精细化三维模型的过程中，所使用的数据是在应用航空正射影像而采集的，分辨率现在当地主城区高达 20 平方千米 0.1 米，而该市的老城区和其他城区共拥有 70 余平方千米，数字线划图比例为 1：500，立体像对数据的分辨率为 6.8 微米，共 853 个被应用于主城区范围内，其运行过程中，可以对主城区整体范围内的实际现场进行照片和数据的采集
3.2 技术路线
传统的城市三维建模主要是以 CAD 数字线划图为基础，配合外业实地采集照片进行，其数据源存在建筑高度信息缺失和不准确、建筑顶部结构缺失等问题，外业采集工作量较大且精度不高，因此，三维模型制作主要采用高分辨率的航空正射影像和立体像对数据直接对建筑高度和建筑顶部结构进行提取，不仅减少了外业采集的工作量，同时也提高了模型制作的精度。
图 1 三维建模技术流程
三维模型制作大致可分为数据收集与预处理、外业照片采集和整理、模型制作与贴图以及模型检查与场景集成四大部分。
在收集和预处理数据的过程中，需要经历数字线划图、航空正射影像等环节，在预处理数据的时候，首先应对数据坐标系统进行统一处理；其次，在对建筑物的顶部结构以及高度等信息进行提取的过程中，需要对航空正射影像和立体像进行应用，其中还包含建筑物的顶部贴图纹理；再次，在对建筑 DEM 和底部轮廓进行提取的过程中，对数字线划图进行应用。
在采集、整理外业照片时，需要工作人员亲临现场节能型实地拍摄，从而对建筑纹理贴图进行获取，在对照片进行集中的整理；将数字线划图数据作为基础，应用贴图和模型，展开三维建模工作，在这一环节中，需要应用的软件包括 PHOTOSHOP 图片处理和 3DMAX9.0建模软件等；在检查模型的过程中，指的是详细检查以及构建而成的模型，确保数据呈现出较高的质量，同时还需要将检查过的数据向三维平台导入，最终实现场景的集成。
4 结束语
综上所述，近年来，我国加大了城市建设力度，数字城市就是在这种情况下产生并建立起来的。在构建数字城市的过程中，表现出对三维建模技术进行充分的应用，通过该技术，可以提升城市公共交通、市政管理以及安防等环节的进步，为数字城市的健康运行奠定良好的基础。从长远的角度来看，该技术在数字城市建设过程中，将拥有更加广阔的发展空间，相关领域工作人员应在加大对该技术的研究力度基础上，结合我国城市发展规划，有针对性的对技术进行创新，才能够促进我国的城市建设和发展。
参考文献：
[1]文雪中，潘建平，付飞飞.三维建模技术在数字城市中的应用[J].科技资讯，2010（02）：220-221.
[2]李德超，张瑞芝.BIM 技术在数字城市三维建模中的应用研究 [J].土木建筑工程信息技术，2012（01）：47-51.
论文作者:赖业坚
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/13
标签：建模论文; 城市论文; 技术论文; 数字论文; 模型论文; 数据论文; 过程中论文; 《基层建设》2017年第13期论文;