激光雷达技术在三维地形建模中的高精度应用

激光雷达技术在三维地形建模中具有高精度应用的潜力。本文从激光雷达技术在三维地形建模中的意义和应用、数据处理与分析、应用案例、存在的问题与挑战,以及未来发展趋势等方面进行了探讨。激光雷达技术在数据采集、点云数据处理、三维地形模型生成等方面展现出优势,并在山区地形建模、城市地形建模、水利工程地形建模等领域得到了应用。未来,激光雷达技术有望在高精度地形建模中实现更大的突破,并在其他领域得到广泛应用。基于此,文章就激光雷达技术在三维地形建模中的高精度应用展开论述。

基于控制点蒙特卡罗检验的无人机地形建模精度影响因素研究

针对消费级无人机相机单一、镜头畸变大,地形建模精度受航线设计和控制测量的影响等问题,设计了不同的数据采集方案和控制点蒙特卡罗检验,分析了相机倾角、航高和控制点数量对地形建模精度的影响。在黄土高原3个典型小流域的实验结果表明:①在进行无人机摄影测量数据处理时,应先使用蒙特卡罗检验对控制点质量进行分析,排除控制点误差再进行数据处理。②相机倾角方面,在无地面控制点时,采用较大角度的倾斜摄影不仅有利于提高样区整体精度,还优化了误差的空间分布;这与相机畸变模型的优化有关。在有地面控制点时,相机倾角对高程精度的影响不大,但是影响控制点饱和数量;相对于垂直摄影,倾斜摄影需要略多的控制点才能达到最优精度。③航高方面,在有地面控制点时,使用倾斜摄影有利于降低高程精度对航高变化的敏感性。在有地面控制点时,航高在60~160 m范围内对高程精度的影响不明显,且航高变化不影响控制点饱和数量。

无人机地形建模误差空间分布影响因素研究

无人机发展迅速,已经在地球科学领域得到了广泛应用.前人以中误差(root mean square error,RMSE)为精度评价指标对影响无人机摄影测量精度的各类因素进行了大量研究.但是,基于无人机摄影测量的地形建模误差往往空间上变化分布,中误差无法反映误差的空间分布特征.因此,本文从误差空间分布的视角出发,通过计算误差空间分布图、误差的莫兰指数、样区整体的平均误差和标准误差,分析了相机倾角、航高和控制点数量对地形建模高程误差的大小及空间分布的影响.在黄土高原两个小流域的实验结果表明:(1)在无控制测量的情况下,误差受相机倾角的影响较大,采用较大角度的倾斜摄影不仅可以降低整体误差,还能改善误差的空间分布,减少误差的空间自相关性.(2)航高方面,尽管航高(60~160 m)变高会增大误差,但是航高对误差的空间分布影响不大.(3)在有控制测量的情况下,控制点的使用不仅降低了整体误差也优化了误差空间分布.在整体误差方面,使用少量的控制点即能达到一个稳定的精度水平.但此时,误差的空间分布还可以继续优化,要使样区的误差空间分布达到稳定的水平,需要相对较多的控制点.本研究为使用消费级无人机进行地形建模提供了有益的参考,在实际应用中可根据本文的结论优化航线设计方案和控制点布设.

滑坡模拟三维地形建模关键技术与应用

高精度滑坡地形数据是滑坡模拟准确度和可视化效果的重要保证。针对当前高精度滑坡地形建模渲染全部地形数据导致滑坡模拟程序运行缓慢,分层分块处理地形数据并将地形数据块分批调入内存进行组合渲染导致参与滑坡模拟计算的地形数据不连续且分辨率不统一的问题,本文提出了一种面向滑坡模拟的四叉树LOD地形建模改进方法。将地形数据完整读入内存参与数值计算,在可视化阶段从地形数据中动态构造不同分辨率地形数据块进行组合渲染,为滑坡模拟提供完整连续地形条件,同时保证滑坡地形三维可视化效果,并有效提升模拟程序运行速度,该方法在场景浏览时不会对滑坡模拟的结果产生实际影响。滑坡模拟试验验证了本文方法在滑坡模拟三维地形优化建模方面的有效性和实用性。

基于Civil 3D的水利水电工程三维地形建模技术研究

随着三维协同设计技术的广泛应用,水利水电行业对三维地形的应用要求日益提高,使用常规的地质建模软件如GOCAD、CATIA很难满足高精度地形建模的要求。Civil 3D符合高精度地形建模的要求,但添加等高线时参数设置较为复杂,同时由于仅支持LandXML和DEM格式导出,大大限制了其应用范围。通过分析等高线优化及平面三角形消除原理,给出了Civil 3D地形建模参数选择建议,并结合水利水电工程实例讨论了高精度地形的建模过程。最后自主开发了LandXML2ts软件,将LandXML转换为广泛使用的ts格式,极大地拓展了地形模型的应用范围。

一种面向大场景3维显示的地形建模方法

提出一种面向大范围3维场景显示的地形建模方法。该方法基于数字高程模型DEM(DigitalElevationModel)固有的栅格特点,将大范围场景划分成小的子块。根据应用对这些子块的精度要求,采用不同地形建模方法构建相应的细节层次LoD(LevelofDetail)模型。最终,通过拼接这些子块模型完成对整个大场景的多分辨率建模,试验结果表明,该算法具有较好的实用性和有效性。

基于聚类和动态LOD的三维地形建模方法

为提高基于DEM高程数据的三维大地形绘制效率,提出基于K-means聚类和动态LOD的三维地形建模方法。对高程数据集使用K-means聚类分析方法,发现地形数据的自相似性,建立数据采样点与地貌特征分类的自动关联;依据采样点的地貌属性值完成粗化处理,构建不规则三角网模型;采用局部优化算法进行有限域内的三角形分裂以实现三角网的动态更新,结合克里金插值法实现插入点的精确计算,形成LOD层次细节多分辨率模型。实验结果表明,该方法对不同类型地形都获得了较高的数据简化率,提高了三维模型的绘制效率,具有较好的地形特征保持性。

基于空间角度传递的多跳AOA三维定位算法研究与在地形建模上的应用

节点定位是无线传感器网络的关键支撑技术之一,目前三维定位算法的研究较少。本文在针对地形建模的应用场景上,将APS多跳AOA定位算法的思想移植到三维定位中,提出了基于空间角度传递的多跳AOA三维定位算法MSAT3DAOA(Multi-Hop Three Dimentional AOA with Space-Based Angle Transmission),使得能够利用一跳通信范围外的信标节点信息进行定位,并且与Delaunay三角剖分算法结合起来,应用在部署环境的地形建模。仿真实验数据显示,随着信标节点的比例、通信半径的变化,MSAT3D AOA定位误差率在7%到27%不等,相比DV-Hop降低了将近30%,保证了59%到98%的定位覆盖率,而且在保证定位覆盖率的同时具有较好的地形建模定位精度。

无人机遥感在三维地形建模中的应用初探

针对现有3D GIS建模中使用卫星及载人航空遥感资料中存在实时性、经济性等较差的问题,提出了引用无人机遥感影像资料进行三维地形建模的方法,并以土地利用为例进行三维地形建模,实验表明使用无人机遥感影像图片进行三维地形建模,具有更清晰、逼真的虚拟现实效果。

基于Google Earth数据的Surfer三维地形建模

对于资源潜力不明的新勘查区,尤其是地形复杂区,快速获取其地形图或三维地形模型,是开展相关勘查工作的基础.以滇西北茅草坪铜多金属矿区为例,提出了利用Google Earth平台提取研究区的三维空间数据,借助Surfer软件生成等高线和三维曲面模型的一种绘制大比例尺地形图或三维地形模型的直观、便捷方法 .该方法具有低成本、高效、准确的特点,可操作性强,可在当前地质勘查工作中广泛应用.

基于ArcGIS的连云港港区海陆一体化三维地形建模

港区地形建模中水边线定位及规则地形单元的高精度表达是建模过程的关键。以连云港港区为例,着重介绍了ArcGIS10环境下基于规则格网的港区海陆一体化地形建模过程。结果表明,基于地形建模工具Topo to Raster的算法特点,将海、陆分区并作为陆地与水下地形建模的约束条件,可获得高精度的水边线定位;而利用栅格条件分析功能可以实现对规则地形单元高程属性的修正,从而实现对复杂地形特征的精细表达。建模过程对于港区地形建模具有一定参考价值。

三维可视化中的地形建模与实现技术研究

三维真实感是科学可视化、计算机动画和虚拟现实的技术核心,也是时空一体化地理信息系统的关键技术;而地形建模和可视化则是三维场景构造中的重要内容。简述三维地形实现过程和地形建模常规方法的基础之上,重点对OpenGL支持下的两类三维地形建模和实现技术进行了详细地论述,并对两类建模技术和不同的实现方法进行了分析和对比研究;最后,根据其性能对比及其各自的特点,给出了不同方法的适用场合,从而为地形建模和实现方法的选择提供依据和指导。

顾及地形特征语义约束的高保真地形建模方法探索

地形建模过程中常缺乏对地形整体特征的表达,这导致了当前地形模型中地形局部特征并不符合地形对象属性这一失真现象的出现。该文提出了"地形语义"概念来实现对地形局部特征的描述,通过语义的形式化表达实现了对其区域内高程的约束,同时设计了语义DEM(S-DEM)概念模型,基于与现有格网DEM兼容的数据结构,实现了顾及语义的内插方法,并通过建立三维原型系统实现了S-DEM的三维表达。与传统方法相比,S-DEM模型保证了地形区域特征与地形属性的一致性,确保了地形局部特征与垂直面的表达。研究结果表明,地形语义在本质上是地形对象特征的体现,同时在数据结构上依赖于地形的面向对象表达。

基于等高线的Multigen Creator地形建模

Multigen Creator具有强大的地物建模功能,但不同领域的建模仍缺乏统一的方法,应结合领域特点与应用需求进行具体方法设计。本文以某露天采石场的3维建模与可视化为例,探讨了基于等高线建立3维地面模型实现可视化的方法,介绍了其在某采石场的应用,模拟开采后的整个生态地貌,为政府决策以及绿色开采提供了有力的技术支持。

船舶航行三维显示系统的地形建模

根据船舶航行对视界内视景和水下地形的几何精确度与图像真实感要求,应用三维真实感地形生成理论,提出两种基于海图等高线和等深线数据的地形三角构网方法,在不加入新插值点的情况下对平面散乱点进行三角剖分,实现了基于ECDIS和AIS的船舶航行三维显示系统的地形建模.

Autodesk Civil 3D在精确地形建模中应用的几点体会

Civil 3D能真实计算出挖填方的工程量,而且还可以进行挖填平衡的自动调整;可把设计曲面直接放坡到原始地形曲面上,设计曲面和原始地形的相交线可以由软件自动生成,从而使最终的设计曲面与原始地形的融合效果达到前所未有的仿真程度。由于Civil 3D与AutoCAD能够进行数据的无缝结合,因此DWG格式的文件可以直接被读入到Civil 3D中去,从而最大程度地减少数据的转化环节和避免原始信息的丢失。另外Civil3D提供的强大原始地形数据处理功能:如等高线批量赋值、文本点批量转化等,可以非常快捷地从只有二维信息的原始文件中提取或转化出创建Civil 3D三维对象所需的三维数据信息,从而大大地减低了在原始地形数据处理方面的劳动强度,极大地提高了劳动效率。在此着重介绍Civil 3D的工作流程,以及与3Dmax的结合技巧。

AutoCAD地形建模及其在土方计算中的应用

提出一种利用地形碎部点在AutoCAD中建立实体地形模型并快速测量填挖方量的方法,同时绘出直观的填方边界和挖方边界。

遥感影像三维地形建模技术探讨——以昆明市为例

以昆明市为例,利用1∶50000纸质地形图在ArcGIS中完成等高线矢量化,并在ERDAS中建立高精度的DEM数据。再采用ETM+影像制作的昆明市正射影像作为三维表面的纹理信息,应用ERDASIMAGINE8.7的VirtualGIS模块,在相同的投影坐标系统下,将数字高程模型(DEM)数据与遥感正射影像进行叠加实现了昆明市的三维地形可视化。

框架式地形建模在城市虚拟仿真中的应用

在城市地形建模过程中,由于目前所采用的数据源的高程点密度不能达到高精度地形建模的要求,往往需要内插高程点。提出了基于GIS的"框架式地形建模"方法,在一定条件下不用加密高程点,就可以构建高精度的地形模型。以山东师范大学校本部的地形建模为例,采用基于Multigen Creator/Vega虚拟现实软件平台进行了实证研究,实验结果表明利用该方法可以满足高精度仿真对于地形建模的要求。

3DGIS大地形建模分析

与二维GIS相比,3DGIS对客观世界的表达能给人以更真实的感觉,它以立体造型技术给用户展现地理空间现象,而大地形建建模又是3DGIS研究的一项重要内容,所以如果能够很好地解决大地形建模问题,将会使3DGIS的研究更加深入。在详细分析了地形模型数据库的结构和建模两个方面存在的主要问题之后,以空间数据库查询的优化方法以及开发软件支持的纹理数据格式要求对大地形建模进行了优化分析,并以一个实例说明了采用上述两方面优化后,对于模型数据量的影响很大,所建模型相对占用资源较少,且可以满足不同层次显示要求,从而较好地解决了3DGIS研究中大地形模型海量数据的处理问题。