[發明專利]一種城市建筑物三維自動建模與可視化方法

在審

• 申請號: 201710820819.6
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107610222A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 譚慶全;劉群;薄濤;王治國;羅桂純;郁璟貽;陳亞男;李春連;劉英華;謝鴻臻
• 申請（專利權）人: 北京市地震局
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06Q10/06;G06F17/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種城市建筑物三維自動建模與可視化方法，屬于防震減災與地理信息系統交叉技術領域。

背景技術

北京是我國的首都，是我國政治中心、文化中心、國際交往中心和科技創新中心，北京的城市安全和社會穩定具有極其重要的意義。作為首都，北京市帶來了人口和財富的大量聚集，改變了原有的自然環境和社會環境，放大了地震災害效應。而北京地區的地震背景及面臨的震情形勢也是非常復雜和嚴峻的。

北京及鄰區的強震活動主要集中在北京平原斷陷區和京西北盆嶺構造區內，是我國歷史上多地震的地區之一。據統計，自公元294年以來，北京市行政區域內共發生4.7級以上地震14次。其中4.7-4.9級地震3次，5.0-5.9級地震4次，6.0-6.9級地震6次，8.0級以上地震1次。其中6級以上強烈地震有：294年延慶東6.0級地震、1057年大興南6.8級地震、1484年延慶6.8級地震、1536年通縣南6.0級地震、1665年通縣6.5級地震、1679年三河-平谷8級地震和1730年京西頤和園6.5級地震。北京中心城區歷史上也曾發生多次5級以上地震，如1076年和1586年的5.0級地震均發生在中心城區。自1765年7月昌平西南5.0級地震后，北京地區已250多年未發生5級以上地震，現代以中小地震活動為主。自1996年12月順義4.0級地震后，北京地區已20多年沒有發生M≥4.0地震，中等地震缺震背景也十分顯著。

在地震地質環境上，北京及鄰區具有發生強烈地震的構造背景和條件。北京位于河北平原地震帶、汾渭地震帶和張家口-渤海地震帶的交匯地區，是我國歷史上地震活動較為強烈的地區之一。北京平原區主要發育有隸屬華北平原斷陷帶的南口山前斷裂、八寶山斷裂、黃莊-高麗營斷裂、順義-良鄉斷裂、通縣-南苑斷裂、新夏墊斷裂等多條北東向的活動斷裂和隸屬張家口-渤海構造帶的南口-孫河斷裂、二十里長山斷裂、永定河斷裂等北西向活動斷裂。其中黃莊-高麗營斷裂和順義-良鄉斷裂的北段及南口-孫河斷裂的西北段和新夏墊斷裂等晚更新世以來均有過明顯的活動。首都圈地區多年來一直被列為全國地震重點監視防御區，未來一段時期存在發生中強以上地震的潛在風險。

目前，北京正處于建設國際一流和諧宜居之都的關鍵時期，自然的和社會的安全風險交織并存，城市安全面臨的挑戰和考驗更加復雜嚴峻。災害和突發性事件已經成為制約首都現代化建設與發展的重要因素。開展巨災情景構建與應急防御研究，對提高地震災害防御能力、降低災害風險、強化災害應對能力、保障北京市經濟社會可持續發展具有十分重要的戰略意義。

通過計算機仿真模擬技術，對地震災害發生的場景和應急救援演練進行仿真模擬，是一種科學、經濟、有效的方法。王東明研究員在其博士論文“地震災場模擬及救援虛擬仿真訓練系統研究”中進行了地震災害場景仿真模擬技術與方法、地震救援虛擬仿真訓練系統的探索性研究，并構建了相關仿真模型和仿真系統。賈群林、周柏賈論述了構建相對真實地震災害虛擬場景的方法和應用手段，實現了地震應急救援虛擬仿真演練系統。文里梁運用三維GIS技術和衛星遙感影像技術，結合地震發生的空間信息，考慮地震破壞在不同地點、對不同建筑物影響的差別，建立了地震災前、災后的場景模擬。

當前，針對地震巨災情景構建方面的研究，以建筑物震害預測為主。傳統的震害預測方法包括經驗總結法、直接統計法、當量統計法、專家評估法、模糊類比法、結構反應分析法等，這些方法大多是以建筑物的力學參數為基礎建立預測模型，參照《地震災害預測及其信息管理系統技術規范》(GB/T19428 2003)的規定進行。針對災害場景的三維仿真的研究與應用相對較少。相對于傳統二維GIS，三維數字地球(三維GIS)憑借其對空間信息更加生動形象的表達形式，能夠更加精準和直觀地反映和表達地震災害場景，在防震減災工作中受到越來越多專家和學者的青睞。在當前研究中，較常見的是針對單體建筑或局部場景的仿真模擬研究，針對大城市區域范圍，由于需要大量城市目標的三維建模，大量三維模型的紋理貼圖、渲染、可視化表達等，其研究和應用受到一定制約。因而，在目前的防震減災工作中，缺乏基于三維數字地球的大城市區域范圍的巨災情景仿真技術，重點和難點是城市建筑物三維自動建模、大數據量空間數據的快速緩存與渲染、三維震害信息的可視化表達等。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種城市建筑物三維自動建模與可視化方法，本發明采用的技術方案如下：

一種城市建筑物三維自動建模與可視化方法，其步驟包括：