２０１０年４月 城市勘测 Ａｐｒ．２０１０ 第２期 Ｕｒｂａｎ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ＆Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ Ｎｏ．２ 文章编号：１６７２—８２６２（２０１０）０２—９９—０３ 中图分类号：Ｐ２３７ 文献标识码：Ｂ 三维数字城市技术在城市规划中的应用 冉磊 ，高磊，张宇琳，杨艳锋 （昆明市测绘研究院，云南昆明６５００５１） 摘要：从高效的三维数字城市的数据采集手段（机载激光雷达）入手，论述三维数字城市建立的路线、技术流程以及 数据的处理过程，最后探讨了数据的更新和维护以及三维数字城市技术在城市规划中的应用。 关键词：三维；ＬＩＤＡＲ；数字城市 １ 机载激光雷达系统 市真三维地理信息系统建立显得越来越为重要，它对 机载激光雷达系统（ＬＩＤＡＲ，Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ 未来区域的经济、社会发展起到不可估量的推动作用。 Ｒａｎｇｅｒ）是一款高速度、商性能、长距离的航空测量设备， 该系统由激光测高计、ＧＰＳ定位装置、惯性测量器和采集 分辨率优于１０ ｃｍ的高分辨率数码照相机组成完美结合 在一起进行同步测量，它独有的特性可以在数据采集的 同时进行在线波形数字化，大大提高了效率及精度，并且 利用其极高的测量速度以及高速率的线性扫描线阵，可 图１ ＂１－作 机 获取极高的数据采集密度和均匀分布的地面覆盖数据。 ２ 实现过程 机载三维激光雷达测量系统技术是将三维激光扫描 ２．１实施的主要思路 仪和航空摄像机装载在飞机上，利用激光测距原理和航 （１）先通过机载激光雷达和高分辨率的数码相机 空摄影测量原理，快速获取大面积地球表面三维数据的 对整个城市进行精确的扫描、影像获取、坐标获取，以 技术。通过基于全球定位系统（ＧＰＳ）和惯性测量装置 精确确定系统中的任何对象的形状、大小、坐标，再使 （ＩＭＵ）的机载定位定向系统（ＰＯＳ）联接，构成摄影测量与 用配套软件进行逆向建模，渲染，虚拟现实。获取的三 遥感领域最先进的ＨＤＡＲ对地观测系统。不但可以用于 维激光数据与影像数据在软件中同时显示，多视图操 无地面控制点或仅有少量地面控制点地区的航空遥感定 作，进行实物线框勾画，构造模型，附加材质进行模型 位和影像获取，而且可实时得到地表大范围内目标点的 渲染，进而生成三维场景。 三维坐标，快速生产数字高程模型（ＤＥＭ）、数字表面模型 （２）对于三维航空扫描的盲区，使用我院的地面三 （ＤＳＭ）和数字正射影像（ＤＯＭ）等数据。航空三维激光扫 维激光扫描设备进行补测和建筑物侧面纹理的采集等。 描与摄影测量技术具有作业速度快，外业工作量小，测量 ２．２技术流程 精度高，测量数据量大等优点。 从数据采集到三维城市建模的整个流程如图２、 昆明市真三维景观模型信息系统，采用世界上最 图３所示。 先进的激光雷达系统ＬｉｔｅＭａｐｐｅｒ５６００和ＬＭＳ—ＺＡ２０ｉ该 系统由德国ＩＧＩ公司与奥地利ＲＩＥＧＬ公司联合研制开 发，是目前世界上性能最先进的激光雷达仪。 目前，真三维景观模型信息系统已逐渐应用于城 ■冒３Ｄ数字靛飞 硼ｌ 市规划、旧城改造、市政工程设计、测绘、房地产开发、 土木工程、旅游、交通管理、消防、医疗、反恐、工 商、环保、网络与多媒体、突发事件处理等诸多领域中。 另外，随着“数字地球”、“数字城市”等概念的提出，城 激光点云《禽楚髟ｌ 地掰擞光拇瞄 ＿ 三维曩型 图２ 三维数字城市数据处理流程１ 收稿日期：２０Ｏ９—０９—０９ 作者简介：冉磊（１９７９一），男，助理工程师，主要从事ＧＩＳ和三维数字城市等方面的应用研究工作。 ｌ００ 城市勘测 ２０１０年４月 ｌ昆明ＣＯＲＳ系统Ｉ 机载激光雷达系统Ｉ － １地面激光扫描系统 三维坐标Ｉ ｌ航空影像、纹理Ｉ Ｉ数字影像、侧面纹理Ｉ ｌ三维坐标 大范围的地物几 何建模、ＤＥＭ Ｉｌ 部分地物几何 建模、ＤＥＭ Ｉ ｌ 图６ ｄｓｍ Ｉ城市三维建模Ｉ 部分地物精细几何建模、纹理建模 ３．２应用 数据经过处理后，再结合其他地理信息数据集成 ｌ 城市三维模型 图３ 三维数字城市数据处理流程２ ２．３成果数据 （１）激光点云数据，Ｌａｓ格式； （２）正摄数码航空像片，Ｔｉｆ格式，分辨率９ ｃｍ； （３）斜拍数码航空像片，Ｔｉｆ格式； （４）地物模型３ｄｓ格式。 ３数据处理及应用 ３．１数据处理 激光点云数据与正摄数码航空像片以及斜拍数码 航空像片在Ｍｉｃｒｏｓｔａｔｉｏｎ中进行三维线框模型的建立， 然后在ＬｉｄａｒＳｔｕｄｉｏ中根据斜片半自动化的进行地面构 筑物纹理贴图，导出为３ｄｓ格式。激光点云数据经过 去噪处理，剔除植被等工作后可以用ＡｒｃＧＩＳ或者其他 软件可生成高精度的ｄｓｍ、ｄｅｍ数据。 图４ ＬｉｄａｒＳｔｕｄｉｏ纹理贴图 图５激光点云的数据分层 到Ｓｋｙｌｉｎｅ中，实现对整个城市的三维重现，可在诸多 领域展开应用。 特别在城市建设、城市规划领域，三维场景给人以 最为直观的感受，规划区数字三维分析系统可以集成 大量的基础数据和专题数据，采用多种信息技术集成， 再现了现实城市又超越现实城市，具备虚拟化和智能 化的双重特征，为城市规划工作者提供了非常方便的 分析研究平台。 方面，研究者可以直接利用系统中大量的数据 信息进行科学分析，从而免去了繁重的资料收集、数据 调查工作；再者，通过虚拟现实及三维可视化技术进行 分析计算并将得到的数据可视化处理，将分析结果以 形象的图形表达出来，使得分析结果更容易让人（尤其 是非本专业人士）所理解，还可以通过交互地改变参数 实时观察到结果的变化，极大地丰富和提高了分析的 手段及效果，如图７～图１０所示。 图７数字 图８南亚之门方案比选 第２期 冉磊等．ｉ维数字城市技术存城市规划中的应用 ｌ０１ 图９建筑物管理 图１１地面三维激光扫描仪 ５ 总 结 随着科技技术的进步，三维地理信息系统平台已 经解决了数据接人、海量影像数据存储与调用、实时动 态读取数据库矢量数据、承载海量模型发布、基于互联 网及内网的网络发布功能。三维地理信息系统逐步具 有工程应用的能力。作为最新、最强、最直观的表现地 理信息的方式必将取代现有的二维地理信息系统，成 为地理信息的主流平台。 图１０公共安全、突发事件 城市规划作为三维数字技术需求最为迫切的领域 之一，三维数字技术可以广泛应用在城市规划的各个 ４数据的更新，系统维护 通过机载激光雷达方式一次性获取高精度、大范 围的数据之后，形成城市现状面貌，随着正式的建设发 展，地物地貌也会随之改变，但在短时问内不会改变很 大，从经济的角度考虑不可能再用机载激光雷达方式 进行局部的数据更新，这就需要采用地面三维激光扫 方面，并带来切实的效益。规划管理者可借助虚拟现 实技术，将规划设计置人虚拟的三维规划场景中，可以 提高空问分析能力和准确性，使城市规划方案审批更 直观、更具科学性和及时性。 参考文献 描或者传统测量的手段。 图１ １展现了莱卡Ｓｃａｎｓｔａｉｏｎ２采集的建筑物空间数 ［１］ 冉磊，侯至群．ＬｉｔｅＭａｐｐｅｒ ５６００机载激光雷达测量系统 及其在数字城市建模中的应用．云南省测绘学会论文集． ２００６ 据和影像数据（外置相机系统）的状况，后期经软件处理 制作出模型并贴匕纹理，加载到Ｓｋｙｌｉｎｅ，实现局部建筑 物的更新，同时被替换掉的建筑则备份到数据库中。 ［２］ 高磊，冉磊，胡志法，李滨．三维激光扫描技术在西南地 区的应用．测绘通报，２００９（５） Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｒｂａｎ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｒａｎ Ｌｅｉ，Ｇａｏ Ｌｅｉ，Ｚｈａｎｇ ＹｕＬｉｎ，Ｙａｎｇ ＹａｎＦｅｎｇ （Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００５ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｂｙ ａｌａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ（ａｉｒｂｏｒｎｅ ｌａｓｅｒ ｒａｄａｒ）ｆｏｒ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ— ａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｉｔｙ，ｗｅ ｄｉｓｃｕｓｓ ｍａｉｎ ｍｅｈｔｏｄｓ、ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｎｄ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｗｅ ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｄａｔａ ｕｐｄａ— ｔｉｎｇ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｉｔｙ ｉｎ Ｕｒｂａｎ Ｐｌａｎｎｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＳｃａｎＳｔａｔｉｏｎ ＩＩ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ；Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；Ｈｅｒｉｔａｇｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｈｅｒｉｔａｇｅ ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ
