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基于地理信息的建筑物配准与三维建模研究

基于地理信息的建筑物配准与三维建模研究

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作者：朱俊杰西安理工大学

学位级别：硕士

我国推动建设智慧城市的需求迫在眉睫,其中三维建筑物是智慧城市的重要组成要素。但三维建筑物存在制作成本高昂,数据采集成本、模型精度难以平衡,缺乏与复杂的真实地形数据精准融合等问题。因此,快速获取目标区域在真实地形下拥有地理... 详细信息

我国推动建设智慧城市的需求迫在眉睫,其中三维建筑物是智慧城市的重要组成要素。但三维建筑物存在制作成本高昂,数据采集成本、模型精度难以平衡,缺乏与复杂的真实地形数据精准融合等问题。因此,快速获取目标区域在真实地形下拥有地理坐标系和三维几何要素的建筑物群落至关重要。为快速获取三维建筑物群落,本文对建筑物矢量轮廓平面图配准从而获取三维建模所需三维几何信息;利用具有三维几何信息的建筑物平面图结合真实地形数据完成真实地形下建筑物三维建模两方面展开研究,为快速获取目标区域真实地形下建筑物三维模型提供可靠方法。具体工作内容如下:(1)地理信息系统中建筑物矢量轮廓配准研究针对地理信息系统中建筑物矢量轮廓平面数据配准存在配准点提取困难、配准所需配准点多、计算时间长等问题,提出多重条件约束下稀疏配准点提取方法与多维度误差分析下最小角点偏移量的策略优化方法,并研究了不同配准点选取策略对配准结果的影响,优化了配准点选取策略,以提高建筑物矢量轮廓配准结果的准确性。该研究分为以下几个步骤:首先设计了不同策略下配准点提取策略,提出了在多重条件约束下对不同策略的配准点提取方法,并利用网格划分完成不同策略下稀疏配准点对的匹配工作;其次,通过对建筑物CAD图中建筑物矢量轮廓进行变换,完成与电子地图中建筑物矢量轮廓的配准工作;最后,统计分析不同配准策略下建筑物角点偏移误差、累计误差与空间分布的随机性和方向性,从而优化出最优配准策略。实验结果表明,利用本文方法能有效提取配准点,完成建筑物矢量轮廓平面图配准工作,并根据误差分析优化配准策略。策略优化后的角点偏移量指标:RMSE为1.16m,MAE为0.83m,优于优化前配准策略与其他对比方法。(2)基于真实地形下三维建模可视化研究针对现存建筑物三维建模缺乏与真实地形结合、缺少批量化建模手段、建筑物制作成本高昂等问题,提出了地理信息系统下真实地形与建筑物三维建模方法,并实现了基于地理信息的三维建筑物可视化平台。首先,提出了基于楼层文本信息的建模方法,利用配准后具有建筑物三维几何信息的电子地图,从中提取建筑物楼层文本信息,进而实现大范围批量化三维建模;其次,完成电子地图中平面建筑物矢量轮廓与真实地形数据结合工作,并在基于楼层文本信息的建模方法的基础上,采取绝对高度建模方式完成真实地形下建筑物三维建模的工作;最后,设计三维建筑物可视化平台,可自由批量化生成三维建筑物,完成建筑物外立面的渲染,进行三维数据分析、人机交互等功能。实验结果表明,本章方法有效将真实地形与三维建筑物进行结合,与传统二维平面下三维建模存在显著差异,建筑物在地形的影响下高程信息符合真实情景,为相关研究提供数据支持。

关键词：配准点提取建筑物矢量轮廓配准误差分析真实地形三维建模

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