[發(fā)明專利]一種公路三維地形場景模型的構(gòu)建方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911000905.8
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN110728752A
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牟瑞芳;向文杰;于秀珍;黃湘
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06F16/29;G06Q50/26
• 代理公司: 51220 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 唐邦英

本發(fā)明公開了一種公路三維地形場景模型的構(gòu)建方法，包括以下步驟：1)、通過已有的技術(shù)資料獲取公路沿線地形數(shù)據(jù)，隧道、橋梁涵洞和路基工程設(shè)計(jì)圖，以及遙感影像圖；2)、從獲取數(shù)據(jù)中挖掘出所需數(shù)據(jù)；對獲得遙感影像圖進(jìn)行幾何校正；3)、根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)，結(jié)合Civil 3D技術(shù)依次構(gòu)建出高精度原始地形曲面、路段橫斷面裝配制作、道路曲面，再將道路曲面和原始地形曲面進(jìn)行疊加處理，完成對原始曲面的填挖方處理，然后將處理后原始曲面并在3ds Max中，根據(jù)工程設(shè)計(jì)圖和原始曲中分別對隧道、橋梁涵洞進(jìn)行處理獲得數(shù)字地形模型；4)、將遙感影像圖與數(shù)字地形模型進(jìn)行疊加建立整體的地形場景模型。本發(fā)明解決了現(xiàn)有地形模型成本高、精度低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及交通設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種公路三維地形場景模型的構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施不斷發(fā)展，對運(yùn)營管理和維護(hù)提出了更高的要求。基于BIM和GIS技術(shù)的綜合交通基礎(chǔ)設(shè)施管理平臺把交通基礎(chǔ)設(shè)施空間信息、屬性信息及地形地貌等大范圍宏觀場景結(jié)合在一起，不僅以三維可視化的方式形象直觀地表達(dá)既有交通基礎(chǔ)設(shè)施及其線路行經(jīng)區(qū)域地形、地貌環(huán)境，還能夠快速準(zhǔn)確的獲取所需要的信息，提高公路運(yùn)維管理的效率。

在交通基礎(chǔ)設(shè)施管理信息平臺中，為了使場景能有連續(xù)的三維整體效果，必須將公路基礎(chǔ)設(shè)施BIM模型與數(shù)字地形模型進(jìn)行很好的融合，提高整個(gè)三維場景顯示的真實(shí)感。要想實(shí)現(xiàn)BIM加GIS的融合管理，首要的一步就是BIM模型與GIS地形的融合，GIS地形的精準(zhǔn)性直接關(guān)乎到了BIM模型是否能夠準(zhǔn)確得融合到GIS平臺，以及BIM模型在GIS平臺的可視化程度，目前GIS平臺的地形主要有以下幾種來源：

交通行業(yè)對于場景的精度要求一般都較高，故本文提出的地形建模技術(shù)是建立的高精度地形模型。

目前主流的BIM模型與地形融合的方式有以下幾種：

(1)通過GIS平臺自帶的原始地形與BIM模型進(jìn)行融合，再通過各個(gè)GIS平臺提供的API編輯程序?qū)崿F(xiàn)改變地形的透明度，達(dá)到BIM模型在GIS平臺的可視化，這種方式獲取的地形僅能完成對BIM的可視化，不適用于對地形的空間分析研究；

(2)通過無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)獲取既有構(gòu)筑物模型以及地形模型，進(jìn)一步處理后導(dǎo)入GIS平臺，這種技術(shù)效率高、精度低，主要適用于大規(guī)模的建筑群制作；

(3)采用全站儀等可記錄量測數(shù)據(jù)的儀器設(shè)備進(jìn)行野外實(shí)測獲取地形數(shù)據(jù)，結(jié)合專業(yè)地形處理軟件，獲取到高精度的實(shí)際的工程地形，由于工程開工前采集的地形數(shù)據(jù)一般精度較高，故這種方式建立的GIS地形精度高，且避免了對地形的二次測量，降低了成本。

公路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維管理對三維場景的精度要求較高，管理信息平臺應(yīng)采用精細(xì)化的三維場景模型。其中，高精度的地形模型是BIM模型的基礎(chǔ)與載體，是公路三維可視化、公路數(shù)字地形分析等的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型，它不僅能夠直觀的表達(dá)BIM模型之間的相互關(guān)系，增強(qiáng)三維可視化效果，而且高精度的地形模型對災(zāi)害模擬、水文分析、淹沒分析等意義重大。因此，如何建立精細(xì)化的地形模型，并將其與公路BIM模型無縫連接是建立信息平臺對公路交通基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行運(yùn)營和維護(hù)管理的重點(diǎn)。目前公路三維地形場景的構(gòu)建方式主要有以下幾種：

①基于設(shè)計(jì)軟件的人工建模方法,通過使用公路設(shè)計(jì)軟件的后期三維建模系統(tǒng)進(jìn)行公路地形場景的三維建模，該方法使用參數(shù)曲線進(jìn)行建模，得到的地形模型經(jīng)其他軟件三維渲染優(yōu)化后，能夠滿足簡單的公路可視化需求，但對三維公路的展現(xiàn)程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際情況；

②基于CDT(Constrained Delaunay Triangulation，約束Delaunay三角網(wǎng))的公路三維場景建模方法，在約束Delaunay三角網(wǎng)內(nèi)插入點(diǎn)和約束邊，使公路基礎(chǔ)設(shè)施表面模型與地形表面模型融為一體，能構(gòu)建出外觀與內(nèi)部拓?fù)潢P(guān)系融為一體的公路三維場景模型，該方法適用于公路微地形要素的表達(dá)。