侯岳 方樂(lè)道 王俊 朱睿

（河南省測(cè)繪工程院，河南鄭州 450003）

基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維全景平臺(tái)研究與實(shí)現(xiàn)

侯岳 方樂(lè)道 王俊 朱睿

（河南省測(cè)繪工程院，河南鄭州 450003）

城市三維全景的建立能夠直觀、真實(shí)地向人們提供全方位城市場(chǎng)景的各種信息。本文提出利用測(cè)繪地理信息新技術(shù)建設(shè)三維全景平臺(tái)的技術(shù)思路，并詳細(xì)闡述建立三維全景平臺(tái)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理步驟和方法，并對(duì)處理中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。

三維全景平臺(tái)；點(diǎn)云數(shù)據(jù)；快速匹配；協(xié)同處理；自動(dòng)裁切

三維全景技術(shù)作為測(cè)繪地理信息新技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域，是當(dāng)前城市信息化發(fā)展的方向。城市三維全景的建立能夠直觀、真實(shí)地向人們提供全方位城市場(chǎng)景的各種信息。其通過(guò)將GIS、網(wǎng)絡(luò)、多媒體和虛擬仿真等高科技手段相融合，顛覆傳統(tǒng)的城市規(guī)劃建設(shè)理念及管理方式，向城市的規(guī)劃與建設(shè)部門提供更多的調(diào)控及管理途徑，進(jìn)而預(yù)測(cè)未來(lái)城市的建設(shè)發(fā)展趨勢(shì)［1-3］。

本文三維全景技術(shù)融入了GIS系統(tǒng)強(qiáng)大的空間分析功能，在處理城市復(fù)雜的綜合問(wèn)題時(shí)，能調(diào)用多方面數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行綜合分析，幫助人們更好地建立起全局觀念與模擬直觀感。

1 主被動(dòng)遙感支持下多源數(shù)據(jù)獲取

為全面、高精度地建設(shè)全景三維平臺(tái)，單一的數(shù)據(jù)源已無(wú)法滿足本項(xiàng)目的需求。依托現(xiàn)有的機(jī)載LiDAR、車載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和航測(cè)無(wú)人機(jī)等高新測(cè)繪技術(shù)裝備，以高精度機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)、高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為主，輔助無(wú)人機(jī)近景攝影測(cè)量數(shù)據(jù)和車載LiDAR數(shù)據(jù)，將多種數(shù)據(jù)源深度融合，充分發(fā)揮多源數(shù)據(jù)的自身優(yōu)勢(shì)，為提取高精度DEM、DOM、建筑物輪廓線和特征地物提供數(shù)據(jù)支持［4-6］。

2 統(tǒng)一基準(zhǔn)的多源數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

不同的數(shù)據(jù)源有著數(shù)據(jù)自身的表達(dá)優(yōu)勢(shì)，但由于數(shù)據(jù)獲取方式不同，所采用的坐標(biāo)基準(zhǔn)也不盡相同。在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，需要根據(jù)所采集數(shù)據(jù)區(qū)域范圍和大小，選擇合適的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型和數(shù)據(jù)平差模型，將多源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的坐標(biāo)基準(zhǔn)，并保證數(shù)據(jù)精度［7］。

3 點(diǎn)云與光學(xué)影像數(shù)據(jù)快速匹配技術(shù)

根據(jù)時(shí)間同步得到點(diǎn)云和線陣相機(jī)每一條線的對(duì)應(yīng)關(guān)系；然后，由空間位置和姿態(tài)得到在掃描線上與激光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素；最后，讀取對(duì)應(yīng)的影像文件并讀取對(duì)應(yīng)的像素值，并將像素賦予對(duì)應(yīng)的空間位置點(diǎn)［8］。這樣就得到了包含有顏色信息的空間彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)，融合了色彩屬性信息的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在可視化顯示、自動(dòng)分類、智能建模等方面更為直觀，具有很大優(yōu)勢(shì)。

4 空地點(diǎn)云數(shù)據(jù)協(xié)同處理技術(shù)

機(jī)載LiDAR能夠準(zhǔn)確表達(dá)建筑物的頂部信息，但對(duì)建筑物立面信息的獲取欠缺，而車載LiDAR則能夠準(zhǔn)確描述建筑物立面的幾何位置和紋理信息［9］。因此，綜合利用機(jī)載LiDAR和車載LiDAR數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮兩種數(shù)據(jù)源的不同優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)展時(shí)空分辨力。

4.1 基于無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)提取建筑物頂部紋理

首先對(duì)無(wú)人機(jī)航拍影像進(jìn)行糾正和配準(zhǔn)。再通過(guò)影像融合、影像鑲嵌和附加信息整飾過(guò)程完成多比例尺的高分辨率DOM制作［10］。其次進(jìn)行頂部紋理的自動(dòng)裁切。以高精度的DOM作為面向裁切的對(duì)象。將DLG數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為shape格式文件，使用Python腳本語(yǔ)言編寫裁切程序，按照DLG每個(gè)要素進(jìn)行圖片裁切，生成的圖片文件使用對(duì)應(yīng)要素外框最大坐標(biāo)“x-y”進(jìn)行命名，后續(xù)貼圖工序直接按該坐標(biāo)查找即可。

4.2 基于車載LiDAR數(shù)據(jù)提取建筑物立面信息

以車載LiDAR數(shù)據(jù)為研究對(duì)象提取建筑物底面輪廓線，建筑物立面邊緣信息（邊緣線）是建筑物的又一重要特征，鑒于絕大多數(shù)建筑物立面都垂直于地面，則建筑物立面邊緣在平面上的投影即是建筑物底面輪廓。本項(xiàng)目擬采用基于結(jié)合高程與投影點(diǎn)密度的濾波方法實(shí)現(xiàn)建筑物立面點(diǎn)云的精提取，并依據(jù)立面點(diǎn)云在X-Y平面內(nèi)的投影輪廓提取出建筑物底面輪廓的二維矢量圖。

4.3 基于機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)提取建筑物輪廓線

建筑物的輪廓線反映著建筑物的重要特征，是建筑物三維重建的關(guān)鍵。利用機(jī)載LiDAR建筑物頂面點(diǎn)云與相應(yīng)的影像數(shù)據(jù)提取出建筑物頂面輪廓矢量圖，并采用區(qū)域增長(zhǎng)算法實(shí)現(xiàn)了人字形屋頂及復(fù)雜屋頂?shù)拿嫫指钆c提取。

5 GIS支持下的三維場(chǎng)景空間一體化分析

三維平臺(tái)體系以三維數(shù)據(jù)管理平臺(tái)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)三維建模數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)的編譯與發(fā)布，數(shù)據(jù)服務(wù)與各類查詢分析服務(wù)的發(fā)布與管理。平臺(tái)支持海量三維地理信息數(shù)據(jù)的共享、發(fā)布、瀏覽、編輯、分析和檢索等完整服務(wù)。其提供可支持“數(shù)據(jù)-軟件-服務(wù)-應(yīng)用”四位一體的三維地理信息服務(wù)完整解決方案。

［1］李江濤.多源數(shù)據(jù)支持下的遙感影像分類和信息提取研究［D］.北京：北京師范大學(xué)，2004.

［2］金濤勇，李建成，邢樂(lè)林，等.多源衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)基準(zhǔn)的統(tǒng)一研究［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2008（3）：92-95.

［3］李隆方，張著豪，鄧曉麗，等.基于無(wú)人機(jī)影像的三維模型構(gòu)建技術(shù)［J］.測(cè)繪工程，2013（4）：85-89.

［4］楊洋.基于車載LIDAR數(shù)據(jù)的建筑物立面重建技術(shù)研究［D］.鄭州：解放軍信息工程大學(xué)，2010.

［5］馮義從.車載LiDAR點(diǎn)云的建筑物立面信息快速自動(dòng)提取［D］.成都：西南交通大學(xué)，2014.

［6］孟麗艷.基于車載LIDAR系統(tǒng)的建筑物立面紋理映射［D］.焦作：河南理工大學(xué)，2015.

［7］魏征，董震，李清泉，等.車載LiDAR點(diǎn)云中建筑物立面位置邊界的自動(dòng)提?。跩］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2012（11）：1311-1315.

［8］謝秋平.綜合機(jī)載與車載LiDAR數(shù)據(jù)的建筑物三維重建［D］.焦作：河南理工大學(xué)，2015.

［9］陳焱明.基于機(jī)載與車載LiDAR數(shù)據(jù)的建筑物模型多視三維重建研究［D］.南京：南京大學(xué)，2015.

［10］魏征.車載LiDAR點(diǎn)云中建筑物的自動(dòng)識(shí)別與立面幾何重建［D］.武漢：武漢大學(xué)，2012.

Research and Implementation of 3D Panoramic Platform Based on Point Cloud Data

Hou YueFang LedaoWang JunZhu Rui

（Surveying&Mapping Engineering Institute of Henan Province，Zhengzhou Henan 450003）

The establishment of 3D panorama can provide a variety of information about the city scene directly and truly.In this paper,we proposed a new technique to construct 3D panoramic platform by using the new technology of surveying and mapping geographic information,the steps and methods of the point cloud data processing were dis?cussed in detail,and the key technologies were summarized.

3D panorama platform；point cloud data；fast matching；cooperative processing；auto crop

TP391.41

A

1003-5168（2017）02-0028-02

2017-01-09

侯岳（1984-），男，碩士，工程師，研究方向：三維虛擬技術(shù)，數(shù)字城市建設(shè)及相關(guān)系統(tǒng)研發(fā)。