[發(fā)明專利]虛擬城市地上地下集成三維建模方法

無效

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• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103279988A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴華林;胡建平;王麗;董春華;郝琨;林永良;陳亞冬;王琰峰;郭俊勇;李國棟;彭娟
• 申請（專利權(quán)）人: 天津城市建設(shè)學院
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 呂志英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種虛擬城市地上地下集成三維建模方法。

背景技術(shù)

在城市領(lǐng)域，一個大范圍、精細的3D空間集成模型不僅可在加強城市基礎(chǔ)地質(zhì)工作、提升數(shù)字城市建設(shè)水平中發(fā)揮標志性作用，還可在改善城市規(guī)劃與地下空間開發(fā)利用現(xiàn)狀、提高城市防災減災，如城市活斷層與地震活動性分析，地鐵與基坑開挖過程中的地上下設(shè)施沖突分析，以及快速反應的技術(shù)水平中發(fā)揮重要作用。城市三維地學模擬不僅反映地下結(jié)構(gòu)，同時還要表現(xiàn)地表大量的建筑、景觀環(huán)境及公共設(shè)施，建立地上地下集成的三維環(huán)境，從而使工作人員在逼真的城市地質(zhì)環(huán)境中從事各種規(guī)劃設(shè)計、資源管理等研究活動，改變傳統(tǒng)的地質(zhì)研究方式。

目前在三維地學模擬領(lǐng)域，地上與地下簡單目標的獨立3D建模、地形與地上景觀的多分辨率表達等已較成熟，而地上下3D復雜目標幾何無縫集成建模、地上下集成模型的多分辨率表達、集成模型的高效更新與高效能空間計算等關(guān)鍵技術(shù)還未突破，特別是大范圍地上下復雜目標的3D集成建模，由于地上與地下模型采用的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同、空間比例精度的不同導致地上下模型的拼接問題，仍然是當前國際本領(lǐng)域的前沿課題和研究熱點。

隨著空間信息技術(shù)的不斷發(fā)展，空間數(shù)據(jù)獲取的方式、空間數(shù)據(jù)的來源也逐漸增多，面對多傳感器多分辨率多時相的衛(wèi)星、航空、無人機等遙感數(shù)據(jù)，不斷更新的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)及相關(guān)的氣象、人文、經(jīng)濟等專題數(shù)據(jù)，上述多源數(shù)據(jù)具有不同數(shù)據(jù)源、不同尺度、不同語義、不同數(shù)據(jù)質(zhì)量、不同格式、不同坐標，現(xiàn)有研究往往注重于數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，但是由于缺乏對三維空間對象統(tǒng)一的表示模型，難以通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到完整的信息，在對數(shù)據(jù)進行預處理的基礎(chǔ)上，采用數(shù)據(jù)挖掘方法，通過在句法、語義以及模型層面上的三維空間數(shù)據(jù)無縫集成，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的有效整合及各種規(guī)模三維場景的高效創(chuàng)建。

針對多源數(shù)據(jù)集成與處理、體三維建模與可視化、多維數(shù)據(jù)集成顯示等方面，研究以層狀分布地質(zhì)體為主以及斷層等復雜地質(zhì)構(gòu)造的地質(zhì)數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)地層、地質(zhì)體、建（構(gòu)）筑物實體集成建模，多專業(yè)、多參數(shù)、二維三維一體化聯(lián)動建模。

GOCAD是以工作流程為核心的新一代地質(zhì)建模軟件，達到了半智能化建模的世界最高水平，具有功能強，界面友好，易學易用，并能在幾乎所有硬件平臺上（Sun,SGI,PC-Linux,PC-Windows）運行的特點。自1990年左右地質(zhì)建模軟件誕生后，地質(zhì)建模技術(shù)取得了飛速的發(fā)展。從最初的簡單構(gòu)造建模，發(fā)展到今天復雜構(gòu)造建模、復雜三維模型網(wǎng)格生成、儲層巖石物理屬性模型、巖相模型等，可以說以GOCAD為代表的先進地質(zhì)建模軟件大大提高了地質(zhì)建模的效率和精度，可以滿足對復雜地質(zhì)區(qū)域的建模要求。但是GOCAD只是地質(zhì)三維建模，不能把地表景觀模型加載到地質(zhì)模型上，導致在做城市安全穩(wěn)定性評價時，不能整體考慮地面環(huán)境改變所產(chǎn)生的巨大影響，使得評價結(jié)果失真。

Skyline是一套優(yōu)秀的三維數(shù)字地球平臺軟件。憑借其國際領(lǐng)先的三維數(shù)字化顯示技術(shù)，它可以利用海量的遙感航測影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)以及其他二三維數(shù)據(jù)搭建出一個對真實世界進行模擬的三維場景。目前在國內(nèi)，它是制作大型真實三維數(shù)字場景的首選軟件。其主要有以下幾個優(yōu)點：一是涵蓋了三維場景的制作，網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，嵌入式二次開發(fā)整個流程；二是支持多種數(shù)據(jù)源的接入，其中包括WFS，WMS，GML，KML，Shp，SDE，Oracle，Excel以及3DMX，sketch?up等，方便信息集成；三是通過流訪問方式可集成海量的數(shù)據(jù)量，它可制作小到城市，大到全球的三維場景；四是飛行漫游運行流暢，具有良好的用戶體驗；五是支持在網(wǎng)頁上嵌入三維場景，制作網(wǎng)絡(luò)應用程序。但是對地下空間模型的構(gòu)建的精度和速度較低，尤其是在有復雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)時，模型與實際偏差較大。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)上的不足，本發(fā)明的目的是提供一種虛擬城市地上地下集成三維建模方法，針對多源數(shù)據(jù)集成與處理、體三維建模與可視化、多維數(shù)據(jù)集成顯示等方面，研究以層狀分布地質(zhì)體為主以及斷層等復雜地質(zhì)構(gòu)造的地質(zhì)數(shù)據(jù)模型，由于斷層兩側(cè)高程值的明顯差異，提取等值線、剖面、地質(zhì)圖的地質(zhì)數(shù)據(jù)特征進行自動識別斷層數(shù)據(jù)，從而在斷層面處將整體地質(zhì)體鉆孔數(shù)據(jù)進行分塊。實現(xiàn)地層、地質(zhì)體、建（構(gòu)）筑物實體集成建模，多專業(yè)、多參數(shù)、二維三維一體化聯(lián)動建模，解決了體三維建模與可視化及多維數(shù)據(jù)可視化的瓶頸。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種虛擬城市地上地下集成三維建模方法，該方法在微型計算機上以Multigen+OpenFlight為平臺，實現(xiàn)地表景觀、地形與地下地質(zhì)體集成建模，該方法包括有以下步驟：