[發明專利]基于OSG數據天際線的城市建筑限高快速分析方法及系統

有效

• 申請號: 202110810086.4
• 申請日: 2021-07-18
• 公開（公告）號: CN113420460B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 楊必勝;梁福遜;董震
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/05
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

本發明提供一種基于OSG數據天際線的城市建筑限高快速分析方法及系統，根據規劃區域和多個指定的觀測視點，劃定與各視點相應的視線通廊區域；恢復OSG數據的多細節層次關系，從OSG數據中層次化提取視線通廊區域內最精細層次的三角網數據；對每一個視線通廊區域內的三角網，進行地球曲率改正；利用改正后的三角網數據，逐邊快速迭代更新視線通廊內的天際線高度角，確定該視點天際線控制下規劃區域的限高值；將不同觀測點的限高結果進行融合，輸出規劃區域在多視點天際線控制下的建筑限高值。本發明能夠保留地表形態信息影響，并且考慮地球曲率影響，提高城市建筑限高值計算精度；同時借助OSG引擎多細節層次技術和層次化提取策略，提高了數據處理效率。

技術領域

本發明屬于城市規劃和計算機圖形學、大地測量的交叉領域，具體涉及一種基于OSG數據天際線迭代更新的城市建筑限高值的快速分析方案。

背景技術

OSG城市數據是通過傾斜攝影測量采集大量影像后，通過空中三角測量、密集匹配等方法，得到的三角網格式的城市三維模型，具有獲取速度快、自動化程度高、模型分辨率高的優點。建筑限高，是指規劃部門根據建筑物所處位置的不同，以及其對城市整體空間環境的影響程度，所規定的不能超越的限制高度，是城市控制性詳細規劃和城市設計的一項重要指標。天際線保護控制法是高度控制技術中的常用定量方法，其核心是通視分析，即通過指定的視點和規劃區域來劃定視覺通廊，保證已有天際線形態不被破壞、關鍵視點的視覺通廊暢通，來確定城市建筑高度控制的限差值，即建筑限高值。天際線保護控制法的計算需要大范圍的城市形態信息，目前地理信息系統(GIS)中采用的地形數據主要是數字高程模型(DEM/DSM)或建筑矢量模型，但是這些數據由于分辨率較低、建模耗時等原因，難以用于大范圍通視分析的精確計算。隨著傾斜攝影測量技術的快速發展，以OSG數據為代表的大規模三角網數據具有獲取速度快、自動化程度高、模型分辨率高的優點，可以很好地滿足大范圍城市建筑限高的精確計算，然而大規模三角網數據的存儲復雜、計算耗時，使OSG數據尚未在城市空間分析中得到廣泛應用。所以，如何有效利用城市大規模OSG數據，實現城市建筑限高的大范圍快速精確計算，對于促進數字化城市規劃的發展，以及推進OSG數據在城市空間分析中的應用具有重要的意義。

目前，針對建筑高度控制限差的研究工作，主要集中在基于不同地形數據如DEM數據和矢量模型數據的通視分析方法研究上。例如，Teng等(1993)利用等高線提取高程矩陣，通過構造射線結構計算視點到目標區域內所有高程點的可視性。Daniel等(1996)利用坐標軸的直線性將多維轉換為低維數據處理，以視點為中心，將DEM劃分為8個等面積的三角形區域，從而實現由大的塊狀區域到小的子區域可視域分析的轉換。張金芳等(2005)對基于DEM的視域分析方法進行比較，認為復用向外逐點計算法(XDraw)具有更高的準確度且CPU消耗較小。陶旸(2009)對基于DEM的地形可視分析應用進行歸類總結，構建了DEM地形可視性統一分析模型以及基于該模型的模式化可視性分析方法。此外，易敏等(1999)對基于三角形格網的點到區域法、快速點到三角形法、次快速點到三角形法、消隱法四種通視性分析方法進行了比較，實驗表明點到區域法具有更高的效率和更好的效果。許文強(2010)結合3DGIS平臺，提出了針對地形和建筑物可視性分析的數學幾何模型。葉勝發(2012)、王婧逸(2014)、杜星宇(2015)等分別利用ArcGIS的可視分析工具箱，對山區、老城區、歷史名城等不同場景下進行了通視分析。翟亞婷(2016)以不規則格網表達地形，以AutoCAD軟件獲取建筑物輪廓模型，并將建筑物模型與地形模型結合，構建了基于混合模型的視線分析方法。

總體而言，目前用于城市高程控制限差計算的方法仍存在以下問題：①基于DEM數據的方法，模型分辨率較低，影響計算結果精度，無法用于精確估計；②基于矢量模型的方法，雖然能夠較好描繪單體建筑形態，但是對地形、植被等描述較弱，而且城市范圍的矢量模型重建耗時耗力，難以考慮長距離通視分析時的地球曲率影響，因此一般只用于小范圍的精確計算；③OSG數據雖然具有更多的細節，但是由于大規模三角網數據的存儲復雜、計算耗時，使OSG數據難以在城市空間分析中得到實際應用，缺少基于OSG數據的通視分析計算方法，沒有大范圍、大場景下建筑限高值快速分析的解決方案。