无人机遥感倾斜影像协同BIM的单体化方法研究

发布时间：2020-06-07 01:07

【摘要】：三维地理信息系统(Geographic Information System,GIS)在智慧城市建设等领域应用日益广泛,城市三维模型作为城市信息模型(City Information Model,CIM)的基本组成单元,如何被高效构建与管理是迫切需要解决的一个问题。目前,在三维GIS精细化应用领域,建立单体化三维模型仍主要依靠传统手工建模技术,效率低,成本高,难以满足大规模工程化应用需求。尽管近年来兴起的倾斜摄影测量实景影像建模技术能够快速构建城市大规模三维场景模型,但无法自动识别与区分三维GIS场景中的独立地物,即单体化问题仍没有较为完善的解决方案,严重阻碍了三维GIS的分析功能与行业应用。现有文献中介绍的单体化方法以及商用GIS软件中采用的单体化方法均存在不同程度的局限性,发展更加高效的单体化建模方法已成为必然趋势。单体化的核心就是在兼顾效率的情况下,实现三维场景中的模型独立并且能够被高效地管理与分析。本文针对现有城市三维模型单体化方法的研究现状,探索无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)遥感协同建筑信息模型(Building Information Model,BIM)的单体化方法,主要研究内容与成果如下:(1)围绕三维GIS建模主题的UAV、BIM、单体化研究现状综述。首先,从硬件设备、应用领域等方面,对轻小型无人机平台的应用现状进行总结分析(着重梳理了大疆、Parrot、3D Robotics世界三大轻小型无人机平台的应用情况)。其次,对建筑纹理信息提取方法以及BIM在GIS领域的应用现状进行归纳。最后,重点阐述了当前主流的三大类单体化建模方法,并对七小类单体化方法进行综合分析。(2)UAV建筑面正视影像提取与BIM几何结构信息协同研究。研究基于轻小型UAV遥感影像的建筑纹理提取,以遥感影像角点检测为辅助,提取建筑实体的轮廓角点信息,实现建筑纹理的自动裁剪与矫正,同时以建筑物BIM各个侧面的几何结构信息为约束条件对建筑体正视纹理进行不均匀缩放变换与校准,得到面向单体化的建筑纹理块。(3)面向三维GIS单体化应用的BIM数据重构研究。针对原始BIM几何结构复杂,与GIS中的常用数据格式不统一,采用3dmax内置插件功能将RVT格式的BIM数据导入链接到3dmax平台中,通过适当的焊接、桥接、剔除等简化重构操作,得到面向单体化应用的几何白模。(4)UAV建筑正视影像与轻量化OBJ模型纹理映射研究。基于OpenSceneGraph与OpenGL开源图形图像处理技术,对面向三维GIS单体化应用的几何白模进行读取解析、渲染显示,通过法线碰撞检测、掩码标记、着色器渲染等算法步骤,实现OBJ几何白模进行纹理映射操作。(5)UAV协同BIM的单体化建模原型系统OIModel研发与实证。基于C++与QT混合编程研发了无人机遥感协同BIM的单体化建模原型系统OIModel,该系统主要围绕面向单体化的建筑纹理提取与轻量化OBJ几何模型纹理映射两方面展开进行总体功能设计与研发,通过OIModel系统对本文所提出的方法进行实证研究。实验证明,通过人机交互半自动方式,系统能够有效完成建筑纹理信息提取以及几何模型纹理映射,较好地实现单体化模型重建。
【图文】：

地形图,单体,精细化,建模

第 1 章绪论化方法IS 中单体化 CIM 的获取主要采取以下三种方式：传统手工维激光扫描方式实现三维精细建模；基于倾斜影像的全自动种建模方案单体化的研究现状。动方式手工建模，该方法基于 CAD 的建模技术，以 3dmax 为代表比例尺地形图为基础进行城市景观三维模型对象的人工构建数码相机拍摄的照片对模型贴纹理[32]，示例模型效果如图型成果精度较高，且满足单体化的应用，即在四个三维空间屋、道路、植被等每一个建模对象进行全人工手动构建几何表面进行纹理映射，每一个模型对象成果自然是和其它实

三维激光扫描,建模

该实体的点云数据信息以及纹理信息，通过点云配准、点云重建、分纹理映射，，最终构建出三维模型，模型效果如图 1-2 所示，通用的作示。田文波，杨兴宝，谷明，等[46]采用天宝地基激光扫描仪，通过外业点云数据处理，再结合 SketchUp 三维建模软件，对青岛城镇化项模，模型成果具有较高的精度。，传统的古建筑数字化方法多采用人工接触量测的方法，易对文物产而且古建筑文物结构复杂，形式多样，人工测量统计分析误差较大，后还原[47-49]。三维激光扫描技术因其超高精细化的特点，对古建筑遗得到精细的文物模型信息，有效克服了传统方法的缺点。索俊锋，刘]利用天宝 TX5 地面激光扫描仪对西北民族大学蝴蝶厅进行三维激光云数据进行点云分割、配准等一系列处理，再进一步提取轮廓线，最构的蝴蝶厅真实感三维模型，达到建筑遗产保护的要求。来说，两种三维激光扫描方式所构建的三维模型虽然成果精细，但仍题，且受制于制造业发展等因素的制约，此方法工程造价成本太高，难以大范围得到应用。
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P237

【参考文献】