城乡三维模型

城乡三维模型（精选三篇）

城乡三维模型 篇1

关键词：城乡三维模型,数据库,LIDAR,测量

航空激光扫描技术(Light/Laser Detection And Ranging,LIDAR)集成了GPS、激光扫描仪、数码相机等技术,可以使实时拍摄的数码像片和激光反射回波数据为地形信息的提取提供精确的数据源。在软件支持下,通过计算机重构来实现大型实体或场景目标的3D数据模型,再现客观事物实时、真实的形态特性,是一种快速准确获取空间信息的有效手段。

随着GIS技术的迅速发展,城乡环境中各种三维信息的表达与处理变得日益迫切,人们不但需要表达单个建筑物或建筑物群体,还需要建立整个地区景观模型,并希望利用这个模型进行相关的规划设计、交通指挥、信号站布设等工作。为秦皇岛市县城和重点乡镇的规划发展、生产建设提供可靠的基础数据,保证秦皇岛市辖县城区以及重点城镇地区1∶2 000数字地形数据(DEM,DOM)的现势性,满足城市规划、建设、管理的需要。对秦皇岛四县地区1∶2 000 DEM,DOM测制任务和数据建库、更新工作,使用LIDAR系统对该区域约1 021 km2进行遥感数据采集,并产生相应范围的高分辨率DEM,DOM,约计1 315幅以及设计并建立与更新秦皇岛市辖区四县城区及重要城镇地区空间数据库。

1测区概况与资料分析

1.1 测区概况

秦皇岛市位于河北省东北部,北倚燕山,东临渤海,东北部与辽宁接壤,西邻京、津两市,位于最具发展潜力的环渤海经济圈中心地带,是东北与华北两大经济区的结合部。交通便捷,通讯发达。秦沈、京哈、京秦、大秦四条铁路干线和京沈高速公路、102国道、205国道贯穿全境,是中国重要的港口城市。测区主要覆盖秦皇岛市辖昌黎县、抚宁县、卢龙县和青龙满族自治县的部分区域。

本测区总面积约为1 021 km2,部分地形为平坦地区和建成区,部分测区是丘陵、山地地形。测区内最高点海拔约为1 400 m,最低点海拔在10 m左右,区域内起伏较大,故对不同航摄分区,选择不同的基准面高度。

测区内交通比较发达,有多条等级道路通行。但由于测区北和西北部地处丘陵、山地,对外业工作有一定影响,是本项目外业工作的难点之一。区内通讯设施完善,移动通信网络覆盖完全。

测区地处温带季风区,气候温和,干湿相宜,年平均气温在10 ℃左右,冬季最低气温-15 ℃,7月平均气温23.6 ℃,年平均降水量736.3 mm。受冬季冷空气活动及海上气流双重影响,可能会对航摄飞行有一定影响。

1.2 资料分析

1)中国人民解放军总参谋部测绘局出版的1∶50 000地形图,可供航摄设计、测区踏勘、任务划分、GPS控制网、水准网联测、控制点布设使用。2)秦皇岛四县测区1∶2 000地形图接合表可用于确定项目航摄扫描范围和制作其他图表用。3)秦皇岛市国土资源局提供的电子文档行政区划等资料,现存秦皇岛市国土资源局。4)在测区附近有中国人民解放军总参谋部测绘局、国家测绘局及河北省测绘局各年代施测的二等、三等、四等三角点和国家B级GPS网,以及河北省测绘局组织施测的河北省C级GPS网。测区内还有国家一等和二等水准路线经过,以及三等水准网等资料,可用于进行测区外控测量和基站的联测工作。

2航摄设计

2.1 航空摄影综合遥感系统

采用激光扫描探测系统,主要包括瑞士莱卡公司的ALS40高精度机载激光扫描测量仪、加拿大Applanix公司生产的DACS-301彩色数码相机和最新型的航空定位与定向系统POSAV-V5,以及TRACK’AIR航空摄影导航与控制系统等,同时在测区地面设立GPS基站进行动态DGPS相位差分测量。

2.2 航摄分区

基于地形特点分析和实际空域飞行管制分析,将测区分为3个任务区、6个航摄分区。

2.3 航高和彩色数码航摄比例尺

因为GSD为0.30 m,根据DACS-301彩色数码相机技术参数:像素分辨率0.009 mm,焦距55 mm,可确定相对航高为1 800 m,航摄比例尺约为1∶33 000,每张彩色数码相片地面覆盖面积为1.4 km2。

2.4 航线敷设

航线按区域进行航线设计,航向重叠率为63%～65%,旁向重叠率为32%～35%,6个航摄区共设计航线89条。

3地面GPS基站布设与控制测量

3.1 地面GPS基站数量

为保证LIDAR扫描测量和GPS/IMU技术的实施,需要在地面布设GPS基站,架设高精度GPS信号接收机与机载POS内置GPS接收机同步进行GPS观测,进行动态DGPS相位差分测量定位。依据GB/T 18314-2001全球定位系统(GPS)测量规范,考虑到观测精度和数据采集要求,根据测区大小和距离所选机场最大基线长的情况,在测区内合理布设(4+1)个(4个布设在测区内,1个对应机场)地面GPS基站,基站相互之间的基线长原则上不大于60 km。

3.2 基础控制测量

首级平面基础控制测量和首级高程基础控制测量利用秦皇岛四县测区和周边已有的国家二等、三等、四等三角点和水准网点、国家测绘局和河北省测绘局施测的B级、C级GPS控制网点能够满足本测区像片控制点和LIDAR检查点联测的需要,因此本测区不再施测首级平面基础控制网。在此基础上联测的(4+1)个地面GPS基准站点也作为首级控制点使用。

3.3 像片控制测量和LIDAR检查点测量

像控点布设根据测区情况,按照IMU-DGPS辅助航空摄影外业控制区域网布控的原则布设。沿区域网周边,在每2条～3条航线两端各布设1个平高控制点,在垂直于航线方向的中间区域两平高控制点之间,在像片旁向重叠部位布设高程控制点,相邻控制点间基线数15条～20条。在测区内布设的像控点和LIDAR检查点能共用的尽量选择共用点,不能共用的则各自独立选取并测量。

4校准航线布设与测量

为确定IMU与LIDAR和DACS数码相机相互框架位置关系的系统差、GPS天线相位中心与LIDAR和DACS数码相机之间的偏心矢量和摄站高程的系统差需要飞行校准航线。校准航线布设原则为:1)检校场应设置4条～5条相邻的平行航线和2条穿越航线,每条航线不少于6个～8个像对;2)航向重叠和旁向重叠均按50%设计;3)在检校场的周边布设不少于6个～8个GCP(地面控制点),点位与像片角框标连线距离约为像片宽的20%,总共布设约20个控制点+8个检查点(尽量使得控制点和检查点能够共用,故需要预先在地面上进行标识点位,以便于内业刺点和精确测量);4)GCP(地面控制点)应选在能准确判断点位和高程变化不大的地点。

5航摄飞行组织

飞机停机位四周应视野开阔,视场内障碍物的高度角应不大于15°,避免GPS信号接收失锁。为保证机载GPS信号接收机与基站GPS信号接收机工作时间重叠,基站开机时间应早于机载GPS信号接收机开机时间,关机时间应迟于机载GPS信号接收机关机时间。飞行期间GPS基准站和机载POS数据采样频率为1 Hz,IMU采样频率为250 Hz。

航空摄影飞行前,机载POS与GPS基准站在停机位上经10 min以上的同步初始化测量后,飞机才能滑出。飞机起飞进入航线前与一个架次完成后,均应进行S型飞行,保证IMU动态测量精度。飞机滑回停机坪,GPS基准站和POS系统继续进行10 min以上的静态测量后结束整个航摄飞行架次的测量工作。

6LIDAR技术流程

LIDAR数据处理技术流程见图1。

7产品模式和主要数学精度指标

7.1 提供的产品

1∶2 000正射影像图DOM(1 021 km2)。

1∶2 000数字高程模型DEM(1 021 km2)。

7.2 数学精度

1)DOM,DEM产品的平面精度:图上地物点相对于邻近平面控制点的平面位置中误差不大于0.5 mm,邻近地物点间距中误差不大于0.4 mm。2)DEM高程精度:建成区0.15 m,平地0.33 m,丘陵地0.50 m,山地0.80 m。

8结语

机载LIDAR技术的发展为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了全新的技术手段,使人们从传统的单点数据获取变为连续自动数据获取,提高了观测的精度和速度,能够快速地获取精确的、高分辨率的数字地面模型以及地面物体的三维坐标,进而获取地表物体的垂直结构形态,同时配合地物的影像或红外成像结果,增强对地物的认识和识别能力,在摄影测量与遥感及测绘等领域具有广阔的发展前景和应用需求。此次测量明显的证明了这一点,其测量速度以及最终提供的DEM,DOM数据精度经检查完全符合设计要求。LIDAR作为一种现势性强的主动式测量技术,其优势非常明显,但是缺少色彩光谱信息、纹理信息等,另外其无法获得某些遮挡阴影位置的数据,所以融合其他空间技术和GIS数据库应用于数字城乡是今后的研究方向,对促进数字城乡的建设和发展起到了积极的推动作用。

随着“数字城乡”建设步伐的加快,“4D测绘产品”中数字高程模型(DEM)的作用日趋突显。LIDAR作为一种获取空间信息的新技术,随着硬件、软件和数据处理等各方面技术的不断成熟,必将成为今后测量手段的发展趋势。

参考文献

[1]罗志清,张惠荣,吴强,等.机载LIDAR技术[J].国土资源信息化,2006(2):20-25.

[2]马大喜,徐爱梅.关于三维城市模型数据获取的研究[J].科技情报开发与经济,2007,17(2):193-194.

[3]孟峰,韩奎峰,黄珍珍.利用LIDAR构建数字矿山的研究[J].北京测绘,2006(4):11-14.

[4]韩文泉,储征伟,黄金浪.利用LIDAR技术生产数字线划图技术路线分析[J].测绘通报,2007(5):58-60.

[5]朱士才.LIDAR的技术原理以及在测绘中的应用[J].现代测绘,2006,29(4):12-13.

城乡三维模型 篇2

缸体零件图如图56所示，

图56 缸体零件图图形分析该缸体零件图形由缸体、座、腔体以及缸体顶上两个半圆凸台和孔所组成。从左主视图中可看出缸体和其内的腔体均为回转面生成，底座为长方体并有一个矩形通槽，四角圆角半径为R=10mm，并且有4个沉孔和2个定位孔组成。其创建的操作方法如下：（1）利用“旋转”命令，将主视图右边的凸台、以及下面座图形去掉，旋转生成圆形缸体和内部直径为40和35mm的腔体造型。（2）将左视图中的上面圆的图形去掉，然后，连接上边线，拉伸生成座的造型。（3）将沉孔以中心线为准绘制成沉孔图形的一半封闭图形，旋转求差生成沉孔造型。再利用引性阵列生成其余3个沉孔。具体的创建操作如下：（1）除轮廓线（粗实线）图层打开，关闭其他所有的图层，或者保留可见轮廓线，而将其余全部删除。图57 修改后的图形（2）绘制封闭的图形。 将修改后的图形经过添加线段而构成封闭和图形后，然后，生成5个面域，如图57所示。（3）旋转生成缸体和腔体造型。 单击“建模”工具条上的“旋转”按钮，选择“图形1”，以图形最下边的线段为旋转轴，按回车键后，创建出如图58所示的缸体和腔体造型。图58 创建缸体造型                       图59 创建底座造型（4）创建底座造型。单击“建模”工具条上的“拉伸”按钮，选择“图形4”，输入拉伸值为60mm，创建底座造型如图59所示。（5）旋转生成实体。单击“建模”工具条上的“旋转”按钮，分别选择“图形2”、“图形3”、“图形5”，以各自的旋转轴线旋转生成回转实体。如图60所示。图60 旋转生成实体（6）圆形阵列。 单击“修改”工具条上的“阵列”按钮，在“阵列”对话框中选择“环形阵列”类型，以缸体的原心为环形阵列的中心点，设置数量为“6”，选择图形3生成的旋转实体，单击“确定”按钮，生成环形阵列。（7）运用“差集”命令，先选择缸体实体，回车后，再选择环形阵列创建的6个圆柱体，回车将6个圆柱体减去后，生成缸体前端面上的6个M6深14mm的螺纹底孔造型如图61所示。图61 创建前端螺纹底孔               图62 调整缸体至合适的位置（8）创建缸体上的两个半圆形凸台。其操作如下：① 调整视图方向。单击“视图”工具条上的“西南等轴测”按钮，然后，单击“动态观察”工具条上的“自由动态观察”按钮，旋转视图至一个合适的位置如图62所示的位置，② 建立UCS（用户）坐标系。 在命令行中输入：UCS 按回车键，再输入：N 新建用户坐标系，再按回车键，输入：3 即用3点确定坐标原点。用鼠标捕孔的中心点，将坐标原点设置在圆心处，如图63所示。图63 建立UCS坐标系                     图64 绘制图形③ 绘制图形。以坐标原点为圆心，画一个半径为15mm的圆，绘制的图形如图64所示。④ 创建一个面域。 用“面域”命令，选择图形，回车后，生成一个面域。⑤ 将生成的面域和旋转生成镜像至右边。如图65所示。提示：镜像可在前视平面内进行。图65 镜像实体             图66 创建半圆形凸台造型⑥ 拉伸面域创建半圆形凸台。选择左边的面域向下拉伸4mm。 再选择右边的面域向下拉伸15mm,再利用“并集”命令，创建缸体上左、右两边的半圆形凸台造型，如图65所示。⑦ 利用“差集”命令，将旋转生成的实体从缸体中减去，创建孔造型，如图67所示。移动前                移动后    图67 完成缸体部分的创建               图68 实体的平移（9）创建底座上的沉孔造型的操作：① 移动图形5旋转生成的实体。利用“M”（移动）命令，将实体向前移动10mm,结果如图68所示。② 实体的矩形阵列。单击“修改”工具条上的“阵列”按钮，选择“线性”阵列类型，设置参数如图69所示。选择移动后的实体，单击“确定”按钮，创建的实体线性阵列如图70所示。③ 利用“差集”命令，将线性阵列后的4个实体从底座上减去，创建4个沉孔造型。④ 底座4条垂直边圆角，圆角半径R=10mm，完成的底座造型如图71所示。图69 设置矩形阵列的参数图70 生成矩形阵列                     图70 完成底座的创建（10）缸体与底座的合成操作：① 在“前视平面”内，利用“RO”命令，将底认旋转90度。② 标注尺寸后，以标注的尺寸为移动的依据，如图71所示。③ 以缸体右边的边线为基准，移动后完成整个缸体的创建，如图72所示。图71 标注的尺寸 图72 缸体零件实体模型

三维模型档案化管理初探 篇3

关键词：三维模型电子文件档案化管理

大量生成的三维模型，正成为电子文件的重要组成部分。从档案管理角度出发，是否需要对三维模型进行档案化管理？在实践中，三维模型的档案化管理存在哪些困境？未来可以做哪些方面的探索笔者将对此问题进行初步阐述，希望能够起到抛砖引玉的作用。

一、三维模型档案化管理的必要性

三维模型是指利用三维建模软件生成的，存在于计算机或计算机文件的“点和其他信息集合的数据”。从上述描述中可以看到，三维模型具备电子文件的基本特征，可以将其理解为一种特殊的电子文件。对这种特殊电子文件的管理，即三维模型档案化管理则是指在一定的制度框架下，由档案部门对三维模型进行前端控制和全过程管理，确保其具有真实性、完整性和有效性。

（一）三维模型具有档案价值且已经大量生成

1.三维模型具有档案价值。首先，三维模型具有凭证价值。从内容上看，三维模型是设计人员运用三维软件设计的图形，它如实地记载了业务活动过程和业务工作成果，是业务活动的直接记录。从形式和技术上看，三维模型是以数字化的超文本形式在计算机环境中生成的，其背景信息被系统程序控制，由此保证了它的可追溯性。其次，三维模型具有情报价值。三维模型是业务活动的伴生物，它记载了大量的知识信息，这些知识信息不仅可以为业务活动提供参考，也可以为同类设计提供借鉴。

2.三维模型已经大量生成。目前，三维设计已成为工程行业设计的主要方法之一。与二维设计相比，三维设计技术更能表达设计者的意图，便于加快图纸生成速度，提高产品设计效率。以三维模型作为产品最重要的信息载体，可以将设计、生产、管理等各个独立环节联系在一起，并将设计细节融入在建模过程中。[1]三维模型的技术优势使得其在各领域能够被广泛运用，另据相关调查显示，目前在某些领域三维模型的生成数量和速度已经远远超过了二维模型。从这个角度而言三维模型已经大量形成。

（二）三维模型不适用“双套制”与“双轨制”管理模式

为了规避电子文件真实性难以认定的风险，在工作实践中，对电子文件往往采用“双轨制”与“双套制”管理模式，即在文件运转过程中，电子版本与纸质版本共存，两种版本的文件与业务流程同步运转；在文件归档过程中，同一份文件既归档电子版本，又归档纸质版本，并且电子版本与纸质版本需一一对应。[2]国家标准也推荐使用“双套制”归档方式，2002年颁布的《电子文件归档与管理规范》（GB/T18894-2002）中规定：“具有保存价值的电子文件，必须适时生成纸质文件等硬拷贝，进行归档时，必须将电子文件与相应纸质文件等硬拷贝一并归档。”虽然三维模型也是一种电子文件，但其特殊性决定了它不可能像普通文本和二维图形一样打印成纸质文本。因此，三维模型不适用“双轨制”与“双套制”管理模式。

（三）三维模型管理失范

目前三维模型的管理处于失范状态，无法满足业务活动的需求，一是管理制度尚未制定。三维设计技术已经广泛运用，三维模型的数量也呈几何级增长，但是针对三维模型的管理制度并未建立。尽管已经有不少针对电子文件的管理制度，但是其中基本没有涉及三维模型管理的条款，更没有制定三维模型管理的专项制度。二是管理主体尚不明确。档案部门应是三维模型的管理主体，但是目前档案部门的主体地位并未明确，大部分三维模型都由形成者自行保管。三是管理流程尚未建立。由于管理制度与管理主体尚未明确，三维模型的管理流程也没有建立。业务活动结束后，三维模型的流向不明确，即档案部门也不知道通过何种渠道接收需要归档的三维模型。

二、三维模型档案化管理的实践困境

（一）三维模型的真实性认定困难

在纸质档案管理模式中，为了维护档案的原始记录性，必须保证载体与信息的统一。对于纸质档案的管理，档案实体的管理与档案内容信息的管理是统一的，保护了载体的原始性即确保了档案内容的原始记录性。然而，三维模型作为一种电子文件，其载体与信息的可分离性，使得上述要求并不能适应三维模型的管理。存储于计算机系统的三维模型因为软硬件升级、系统迁移等要求，可能会出现信息的迁移。在三维模型的管理过程中，随着存储介质与方式的变更，载体与信息的统一性难以得到保证。因此，判断三维模型是否具有真实性变得更加困难。

（二）三维模型的标准体系并未建立

三维设计技术已经在各领域得到了广泛运用，但相应的标准体系并未建立，使得三维模型的存储格式没有统一的规范，给三维模型档案化管理带来了困难。从档案管理角度而言，目前也没有建立起三维模型归档的格式标准。虽然，归档电子文件的格式标准基本建立，但是现行标准并没有将三维模型档案化管理纳入其中。三维模型标准体系的缺失给三维模型档案化管理带来了诸多问题：首先，三维模型形成者在存储三维模型时，特别是格式选择带有较大的随意性，导致三维模型的通用性较弱；其次，由于三维模型格式多元化且没有统一的规范，即使归档至档案部门，也可能面临无法读取的风险。

（三）三维模型的安全控制难度较大

作为一种电子文件，三维模型与其他电子文件一样面临诸多安全风险。电子文件载体与信息的可分离性、对系统的依赖性以及载体的不稳定性，使得它与纸质文件相比，安全控制难度更大。同时，三维模型无法进行纸质化管理，所有的安全控制措施只能在计算机系统中实施，一旦发生操作失误、病毒入侵、软硬件系统故障等事故，没有任何缓冲余地。此外，三维模型管理制度与标准缺失也带来了极大的安全风险。多种安全风险的叠加使得三维模型的安全控制难度较大。

三、三维模型档案化管理的

初步设想

三维模型档案化管理是一个系统工程，它需要制度、标准、技术和人员等诸多方面的支撑。可以说，在三维技术日臻成熟、三维模型大量生成的背景下，探索三维模型档案化管理的可行路径是档案部门不得不面对的课题。

（一）三维模型档案化管理的目的

三维模型档案化管理的目的不是完成三维模型的归档，而是确保三维模型的真实性、完整性和有效性。对于纸质档案，原始记录性是其根本属性，维护其原始记录性是档案管理工作的首要任务。然而，电子文件的载体与信息的可分离性，使得其原始记录性很难得到维护。所以，档案界一般认为，对于电子文件的管理应该转向维护其真实性、完整性和有效性，而不是单纯地追求其原始记录性。作为电子文件，三维模型档案化管理的目的就是要确保其真实性、完整性和有效性。

（二）三维模型档案化管理的前提

三维模型档案化管理的前提是制度化。制度化的作用主要体现在三个方面：一是明确权责，划分三维模型形成者、系统维护者、档案管理者等责任主体的权限与责任，并要求其对自身的管理行为负责；二是制定规范，即制定三维模型档案化管理的制度与标准，确保其符合业务活动的需求和档案化管理的要求；三是确定流程，即通过固化的流程确保人员责任落实、管理过程受控、业务运行顺畅。

（三）三维模型档案化管理的主体

三维模型档案化管理的主体应是档案部门。档案部门的优势在于建立了一套完整的文档管理系统，不论是对文件归档还是归档后的管理都形成了一套较为成熟的体系。此外，档案部门作为三维模型档案化管理的主体，贯穿文件管理的全过程，有利于实现对三维模型的全生命周期管理。

（四）三维模型档案化管理的手段

三维模型档案化管理的手段是前端控制与全过程管理。前端控制要求档案人员在三维模型形成之初就提前介入，参与三维模型管理软件的设计，参与文件质量的控制，提出档案化管理需求。全过程管理要求档案人员对文件的全生命周期进行管理，参与程序控制、规则制定和质量控制。

*本文为上海市档案局科研项目“企业集团数字档案信息资源整合与共享模式研究”（项目编号：沪档科1511）的阶段性研究成果之一。

注释及参考文献：

[1]张少辉.三维设计现状及发展趋势[J].聚酯工业， 2013（2）：15.

[2]冯惠玲.电子文件与纸质文件管理的共存与互动[J].中国档案，2003（12）：40.