[发明专利]一种基于高程点和道路轮廓面的道路三维精细建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于高程点和道路轮廓面的道路三维精细建模方法，属于地理空间三维建模技术领域。

背景技术

随着GIS技术、计算机技术和网络技术的发展，将现实空间数字化、虚拟化以建立数字地理空间已经成为世界各国把握高新技术潮流、推动经济发展的重要手段，以数字城市、数字地球等为代表的数字地理空间在土地利用监管、空间信息管理、城镇体系规划和管理上都有着重要作用。数字地理空间建立的基础是地理数据三维模型的建立。数字地理空间是一个以计算机为基础的虚拟现实系统，通过显示器、触摸屏、鼠标、键盘等计算机外设设备与用户交互仿真，使之产生身临其景的感觉，所以数字地理空间展现的不是二维的、静态的、局部的图像和数字，而是三维全景、可交互式的实时场景，其中的场景能随着用户视野的不同而实时改变，所以这就要求将地理空间中的所有地物全部数字三维模型化。测绘手段获取的地物空间数据基本属于2D或者2.5D结构，表现的只是平面信息，高程信息只是作为属性信息关联在其中，无法表现地物的三维结构。为了将实地采集的测量数据用于数字地理空间，传统的方法是借助AutoCAD或者3DS MAX等三维建模软件根据地理坐标人工建立三维模型，这种方法需要耗费大量的时间和人力成本，在小范围采用尚可，大规模建模往往是要耗费大量资源的，而且是不现实的，况且这些建模软件不是专业的地理信息系统软件，建立的模型还存在着与地理基面衔接的问题。

目前已经有研究者开始探索利用计算机自动大规模三维建模，并取得一定成果，其方法大致可以归结为以下两类:利用高程点划分泰森多边形建模和利用DEM高程建模，这些方法适用于不需要约束边界和不考虑内部平整的情况。但是道路面作为一种人工修筑的大面积地物，具有自身的特点，如道路面横向基本平整，纵向则可能有较大的高低起伏，各种不同属性的道路面，如机动车道和非机动车道之间，其内部可能各有各的高程变化，但是相互的边缘一定是衔接的，道路面三维模型大体应该由规则凸多边形组成，且包含的多边形面的数目不宜太多。现有的方法用于道路三维建模则存在诸多缺陷，无法满足实际应用的要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服上述技术问题，提出一种基于高程点和道路轮廓面的道路三维精细建模方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于高程点和道路轮廓面的道路三维精细建模方法，包括以下步骤:

第一步、将道路轮廓面的中心线按相同间距平分，记录每个平分点；

第二步、作每个平分点到道路面边线的垂线； 

第三步、以平分点为中心，相应的最大垂线长度为半径画圆，搜索圆内的高程点，并对异常高程点进行剔除，利用剩下的高程点通过空间插值的方法得到平分点的高程；

第四步、在按道路方向连接平分点获得连接线，并计算连接线的坡度值，当相邻连接线的坡度值差异过大时，则对具有异常坡度值的平分点的高程进行修正，获得一组坡度变化较小的连接线；

第五步、按照坡度值变化，对该组连接线进行的平滑处理，将平分点调整至平滑后的连接线上，使平分点的高程变化平稳；

第六步、在每个平分点上作道路中心线的垂线作为切割线，用切割线水平切割道路轮廓面，计算每个切割面的三维形态，连接相邻三维切割面即获得构成整个道路面的三维精细模型。

本发明的创新点在于，利用道路轮廓面中心线，参照道路面宽度，将道路轮廓面分割为一定步距的多个片段，分别模拟每个道路片段的三维形态，然后再组合成整个道路三维模型，即整体到部分，再到整体的方式，从而使得能够较好地模拟道路面各个部分的三维变化情况，而且每个平分点的高程点搜索半径限制在道路面以内，避免了道路面外面高程的干扰，因此本发明能够较准确地去除非关联高程点，为道路面高程的准确计算做出了贡献。

在传统的三维建模方法中，无论是使用泰森多边形还是DEM，都难以顾及道路面边线的约束条件，容易引进外部高程点，对三维计算的精度造成干扰，使得生成模型的边缘通常不与道路面的边缘重合，这时就需要使用原有的二维的道路面去裁剪三维模型，使得运算量巨大、耗时长、而且需要人工进行修正。而且传统方法生成模型的面片形状往往不规则；在高程点数量多时，面片数量冗余，在高程点数量少时，面片数量又过少难以模拟道路的三维形态。