ArcGIS平臺(tái)中LiDAR數(shù)據(jù)三維城市建模

　　1.前言

　　三維模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)按照其工作內(nèi)容劃分為：數(shù)據(jù)獲取、激光數(shù)據(jù)處理、模型制作、屬性數(shù)據(jù)匹配以及可視化瀏覽等方面。其模型詳細(xì)程度決定建模作業(yè)過程的難易程度。

　　2.數(shù)據(jù)處理

　　2.1 數(shù)據(jù)源

　　三維城市建模的數(shù)據(jù)源主要包括不同比例尺的地形圖數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)以及攝影測量數(shù)據(jù)等。為滿足本次建模要求，具體數(shù)據(jù)如下：某大學(xué)所在地LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)（LAS）、DEM數(shù)據(jù)、hillshades數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)。

　　2.2 數(shù)據(jù)處理

　　由點(diǎn)數(shù)據(jù)插值生成柵格面的方法有很多，綜合運(yùn)算效率和插值的效果看，我們采用三角網(wǎng)插值法來對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行插值。從 LiDAR 數(shù)據(jù)上分類出植被，裸地等區(qū)域，就可以近似地生成地勢(shì)面，進(jìn)而生成DEM。

　　生成DEM：（1）由于原數(shù)據(jù)是LAS文件不能直接進(jìn)行處理，因此先生成LAS數(shù)據(jù)集。在ArcGIS中的操作：LAS文件→Create LAS Dataset；（2）LAS Dataset→LAS Dataset to TIN；（3）TIN→TIN to Raster（DEM）。

　　3.建模

　　LiDAR數(shù)據(jù)的幾何精度雖然高，也不能精確分類。因此，在已有的地形數(shù)據(jù)的輔助下進(jìn)行分類可以很好地提高分類精度，如利用當(dāng)?shù)氐倪b感影像和地形數(shù)據(jù)輔助分類地物。

　　分辨出建筑物區(qū)域以后，需要提取出建筑物的邊緣輪廓，對(duì)輪廓規(guī)格化。在 ArcGIS中，以Tin為基準(zhǔn)在Z方向延伸，近似表示建筑物等三維實(shí)體的方法，大大簡化了建模，也利于模型的管理。

　　目前來說機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的分類算法雖多，但是算法仍不夠成熟，并不能保證所有點(diǎn)均被正確的劃分。因此必須要加以人工分類輔助。對(duì)于建筑物提取來說，最易錯(cuò)分的點(diǎn)往往位于建筑物與植被高度相同，且在空間上有所重合的地方。而對(duì)于具體的數(shù)據(jù)可對(duì)原始的分類進(jìn)行擴(kuò)充，以保證分類表達(dá)的準(zhǔn)確。人工分類的過程并不復(fù)雜，但是卻占用大量的時(shí)間，可以引入遙感影像數(shù)據(jù)等輔助人工分類，提高工作效率以及分類精度。

　　4.屬性數(shù)據(jù)匹配

　　城市空間是以地表為依托，向空中和地下延伸的立體空間。三維地理實(shí)體需要放在能夠表現(xiàn)地形地貌的數(shù)字地形模型上。

　　對(duì)于ArcGIS的GeoDatabase數(shù)據(jù)格式來說，在ArcGIS系統(tǒng)中的ArcMap平臺(tái)可以為這些建筑物的圖形添加屬性信息。

　　5.可視化瀏覽

　　三維可視化應(yīng)用主要包括可視化導(dǎo)航與操作、可視化效果調(diào)配、動(dòng)畫實(shí)時(shí)飛行、可視化查詢與三維分析等。可針對(duì)模型用途選擇適當(dāng)?shù)能浖脚_(tái)：對(duì)于精度要求不高的模型，ArcGIS平臺(tái)即可滿足要求。

　　啟動(dòng)ArcGIS軟件系列的ArcScene，通過圖層屬性設(shè)置高程或使用表面設(shè)置高程。將表示城市表面的Tin 數(shù)據(jù)，描述建筑物、道路、水體等的點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)載入ArcScene平臺(tái)。描述建筑物的數(shù)據(jù)以相應(yīng)的Tin數(shù)據(jù)為高程基準(zhǔn)，根據(jù)各個(gè)屬性數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行豎直方向的延伸。調(diào)整各個(gè)圖形的顏色和透明率以加強(qiáng)模型的三維視覺效果。

　　6.結(jié)論

　　基于LiDAR建立三維城市模型是當(dāng)前的的一個(gè)研究熱點(diǎn)。數(shù)字高程模型（DEM）的建立和建筑物模型的建立是其中的兩個(gè)主要問題。就本次建模來說存在的問題有：LAS點(diǎn)云數(shù)據(jù)量過大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理效率不高；目前尚未有城市模型標(biāo)準(zhǔn)，無法對(duì)三維模型進(jìn)行量化的評(píng)價(jià)。

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