CN107393008A - 全球地理框架不规则三角网金字塔建模***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种全球地理框架不规则三角网金字塔建模***及方法，包括：所述不规则三角网地表曲面模型***进一步包括：数据导入模块、数据管理模块、数据交互模块、金字塔智能化建模模块和数据输出模块；所述三维数字地球平台进一步包括：远程服务器数据读取模块、三维数字地球平台客户端数据动态加载模块、三维数字地球平台客户端数据浏览与可视化分析模块。本发明基于三维不规则曲面特征的自适应原理，所构建的相应各精度层级的金字塔TIN分块模型，与相应精度层级的金字塔DEM分块模型相比，其几何形态特征信息基本保持不变，但是数据量将大大减少。

Description

全球地理框架不规则三角网金字塔建模***及方法

技术领域

本发明涉及三维数字建模技术领域，特别涉及一种全球地理框架不规则三角网金字塔建模***及方法。

背景技术

金字塔分层分块建模(瓦片金字塔模型建模)技术的基本原理是：①人类视觉每秒钟最大连续分辨图片帧数不超过一个最大值；②人类视觉针对每一帧图片的最大可分辨像素量不超过一个最大值；③人类视觉在不同远近距离下所看到的图片范围尺寸与最小分辨尺寸成正相关，范围越大最小分辨尺寸越大；④将全球地理框架下的地理信息模型，依据相机距离地球表面的高度，预先构建金字塔层级及分块，相机离地球越远，所看到的视角图片范围越大，视角图片所对应的最小分辨率尺寸越大，视角图片总的像素量保证不变；⑤参照数字影像模型，将地球表面表达为地表数字高程模型(DEM，栅格化的高程点模型)，基于金字塔分层分块建模原理，构建相应的DEM金字塔分层分级模型体系；⑥这样保证在全球地理框架下的三维数字地球***中，基于不同的相机位置与视角，动态加载与相应视角相匹配的最少数量的、最合适视觉分辨率的各类地理信息模型，达到全球快速三维浏览的目标。

目前主流三维数字地球平台(包括而不局限于Google Earth、Skyline、Arc Globe等)，应用金字塔分层分块建模(瓦片金字塔模型建模)的基本技术原理，已实现全球地理框架下地球表面模型的三维浏览与可视化表达，在三维化的导航、定位、浏览、查询等应用层面上得到了广泛的应用；但是在工程建造工程的勘察、设计、施工、运营的分析与应用，地质灾害专业化分析与应用，气象专业化分析与应用，海洋专业化分析与应用，环境专业化分析与应用，军事专业化分析与应用等领域，一直没有取得实质性应用与进展；究其主要原因在于主流三维数字地球平台中所采用的地表数字高程模型(DEM)是参照图片金字塔分层分块建模原理而实现的栅格化地表模型，在数学上是一个非完备性的栅格模型(即整数化地理模型)，而专业领域所需要的模型必须是完备性的三维不规则三角网曲面模型(即实数化地理模型)。

现有的主流三维数字地球平台只能针对非完备性的栅格地表模型(DEM)构建金字塔分层分块模型，而无法实现不规则三角网地表曲面模型金字塔分层分块模型的缺陷。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种全球地理框架不规则三角网金字塔建模***及方法。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种全球地理框架不规则三角网金字塔建模***，包括：不规则三角网地表曲面模型***和三维数字地球平台，其中，

所述不规则三角网地表曲面模型***进一步包括：数据导入模块、数据管理模块、数据交互模块、金字塔智能化建模模块和数据输出模块，其中，

所述数据导入模块用于导入多种地表模型数据及测绘数据；

所述数据管理模块用于对所述多种地表模型数据及测绘数据进行存储、分类和调用；

所述数据交互模块用于对数据管理模块中的多种地表模型数据及测绘数据进行调用、选择和精度设置的交互操作；

所述金字塔智能化建模模块用于对所述数据管理模块的多种地表模型数据及测绘数据，以及所述数据交互模块的交互操作，针对选取的地表模型数据或测绘数据构建各精度层级的金字塔TIN分块模型，生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型；

所述数据输出模块用于将所述金字塔智能化建模模块生成的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型输出至三维数字地球平台；

所述三维数字地球平台进一步包括：远程服务器数据读取模块、三维数字地球平台客户端数据动态加载模块、三维数字地球平台客户端数据浏览与可视化分析模块，其中，

所述远程服务器数据读取模块用于对所述数据输出模块输出的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型的数据读取；

所述三维数字地球平台客户端数据动态加载模块用于对所述远程服务器数据读取模块得到的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型实时、动态地加载在三维数字地球平台上；

所述三维数字地球平台客户端数据浏览与可视化分析模块基于所述三维数字地球平台客户端数据动态加载模块加载的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，以实现相关数据的展示和分析。

进一步，所述数据导入模块导入的地表模型数据或测绘数据，包括：数字线划地图DLG数据、数字高程模型DEM数据、数字地面模型DTM数据、激光探测与测量Lidar数据、倾斜摄影数据、合成孔径雷达SAR数据、GPS测绘数据和人工测绘数据。

进一步，所述金字塔智能化建模模块生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，包括：

(1)基于所述地表模型数据或测绘数据，构建标准分区的不规则三角网模型；相邻的各标准分区的不规则三角网模型的节点保证几何拓扑的一致性；该级模型作为最高精度层金字塔不规则三角网TIN分块模型，记为1级精度层金字塔TIN分块模型；

(2)基于1级精度层金字塔TIN分块模型所对应的地形数据精度，确定其最佳DEM分块模型的网格间距，并构建最高精度层金字塔DEM分块模型，记为1级精度层金字塔DEM分块模型；

(3)针对1级精度层金字塔DEM分块模型，构建相应的不规则三角网地表曲面分块模型，该不规则三角网地表曲面分块模型与1级精度层金字塔DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值，该不规则三角网地表曲面分块模型作为次精度层金字塔TIN分块模型，记为2级精度层金字塔TIN分块模型；

(4)基于1级精度层金字塔DEM分块模型，按照金字塔分层分块建模技术原理，进行各精度层级的金字塔分块建模，得到各精度层级金字塔DEM模型，记为k级精度层金字塔DEM分块模型，其中，k＝2,3,4,…；

(5)针对k级精度层金字塔DEM分块模型，构建相应精度层级的不规则三角网地表曲面分块模型，该不规则三角网地表曲面分块模型与k级精度DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值，该不规则三角网地表曲面分块模型即为(k+1)级精度层金字塔TIN分块模型，其中，k＝2,3,4,…；

(6)集成上述生成的所有n级精度层金字塔TIN分块模型，得到所需的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，其中，n＝1,2,3,…。

本发明另一方面的实施例提供一种全球地理框架不规则三角网金字塔建模方法，包括如下步骤：

步骤S1，导入多种地表模型数据及测绘数据；

步骤S2，对所述多种地表模型数据及测绘数据进行存储、分类和调用；

步骤S3，对数据管理模块中的多种地表模型数据及测绘数据进行调用、选择和精度设置的交互操作；

步骤S4，对所述数据管理模块的多种地表模型数据及测绘数据，以及所述数据交互模块的交互操作，针对选取的地表模型数据或测绘数据构建各精度层级的金字塔TIN分块模型，生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型；

步骤S5，将生成的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型输出至三维数字地球平台；

步骤S6，对输出的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型的数据读取；

步骤S7，对得到的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型实时、动态地加载在三维数字地球平台上；

步骤S8，基于加载的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，以实现相关数据的展示和分析。

进一步，所述地表模型数据或测绘数据，包括：数字线划地图DLG数据、数字高程模型DEM数据、数字地面模型DTM数据、激光探测与测量Lidar数据、倾斜摄影数据、合成孔径雷达SAR数据、GPS测绘数据和人工测绘数据。

进一步，所述生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，包括：

(1)基于所述地表模型数据或测绘数据，构建标准分区的不规则三角网模型；相邻的各标准分区的不规则三角网模型的节点保证几何拓扑的一致性；该级模型作为最高精度层金字塔不规则三角网TIN分块模型，记为1级精度层金字塔TIN分块模型；

(2)基于1级精度层金字塔TIN分块模型所对应的地形数据精度，确定其最佳DEM分块模型的网格间距，并构建最高精度层金字塔DEM分块模型，记为1级精度层金字塔DEM分块模型；

(3)针对1级精度层金字塔DEM分块模型，构建相应的不规则三角网地表曲面分块模型，该不规则三角网地表曲面分块模型与1级精度层金字塔DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值，该不规则三角网地表曲面分块模型作为次精度层金字塔TIN分块模型，记为2级精度层金字塔TIN分块模型；

(4)基于1级精度层金字塔DEM分块模型，按照金字塔分层分块建模技术原理，进行各精度层级的金字塔分块建模，得到各精度层级金字塔DEM模型，记为k级精度层金字塔DEM分块模型，其中，k＝2,3,4,…；

(5)针对k级精度层金字塔DEM分块模型，构建相应精度层级的不规则三角网地表曲面分块模型，该不规则三角网地表曲面分块模型与k级精度DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值，该不规则三角网地表曲面分块模型即为(k+1)级精度层金字塔TIN分块模型，其中，k＝2,3,4,…；

(6)集成上述生成的所有n级精度层金字塔TIN分块模型，得到所需的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，其中，n＝1,2,3,…。

本发明实施例的全球地理框架不规则三角网金字塔建模***及方法，具有以下有益效果：

1.本发明是基于全球地理框架的全矢量三维数字地球平台，能够进行完备化空间分析。

2.本发明基于三维不规则曲面特征的自适应原理，所构建的相应各精度层级的金字塔TIN分块模型，其相邻边界上保证几何拓扑一致性。

3.本发明基于三维不规则曲面特征的自适应原理，所构建的相应各精度层级的金字塔TIN分块模型，与相应精度层级的金字塔DEM分块模型相比，其几何形态特征信息基本保持不变，但是数据量将大大减少。

4.本发明中的不规则三角网地表曲面模型，是实现与其它地质矢量模型、地下工程矢量模型、BIM模型，以及水体矢量模型、气象矢量模型之间保证几何拓扑一致性的关键基础。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的全球地理框架不规则三角网金字塔建模***的结构图；

图2为根据本发明实施例的全球地理框架不规则三角网金字塔建模的运行流程图；

图3为根据本发明实施例的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型的具体构建流程图；

图4为根据本发明实施例的相邻的各标准分区的不规则三角网模型的节点的拓扑示意图；

图5为根据本发明实施例的激光(Lidar)点云数据的示意图；

图6为根据本发明实施例的基于激光(Lidar)点云数据，构建标准分区的不规则三角网模型的示意图；

图7为根据本发明实施例的最高精度层金字塔DEM分块模型的示意图；

图8为根据本发明实施例的构建相应的不规则三角网地表曲面分块模型的示意图；

图9为根据本发明实施例的2级精度层金字塔DEM分块模型的局部展示图；

图10为根据本发明实施例的3级精度层金字塔DEM分块模型的局部展示图；

图11为根据本发明实施例的3级精度层金字塔TIN分块模型的局部展示图；

图12为根据本发明实施例的4级精度层金字塔TIN分块模型的局部展示。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的全球地理框架不规则三角网金字塔建模***及方法，针对全球地理框架下各类地表模型数据(包括而不局限与DLG、DEM、DTM、Lidar数据、倾斜摄影数据、SAR数据、GPS测绘数据、人工测绘数据等)，基于三维不规则曲面特征的自适应原理，按照金字塔分层分块体系实现三维自动化建模的技术方法、***及用途。

如图1所示，本发明实施例的全球地理框架不规则三角网金字塔建模***，包括：不规则三角网地表曲面模型***和三维数字地球平台。

具体地，不规则三角网金字塔预建模***，是针对全球地理框架下的不规则三角网地表曲面模型，实现金字塔分层分块建模的专业化平台。

不规则三角网地表曲面模型***进一步包括：数据导入模块、数据管理模块、数据交互模块、金字塔智能化建模模块和数据输出模块。

数据导入模块用于导入多种地表模型数据及测绘数据。

在本发明的一个实施例中，数据导入模块导入的地表模型数据或测绘数据，包括：数字线划地图DLG数据、数字高程模型DEM数据、数字地面模型DTM数据、激光探测与测量Lidar数据、倾斜摄影数据、合成孔径雷达SAR数据、GPS测绘数据和人工测绘数据。

具体地，数据导入模块将地表模型数据或测绘数据导入不规则三角网金字塔预建模***，地表模型数据或测绘数据包括而不局限于DLG(Digital Line Graphic，数字线划地图)、DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)、DTM(Digital Terrain Model，数字地面模型)、Lidar(Light Detection and Ranging，激光激光探测与测量)数据、倾斜摄影数据、SAR(合成孔径雷达)数据、GPS测绘数据、人工测绘数据等。

数据管理模块用于对多种地表模型数据及测绘数据进行存储、分类和调用。具体地，数据管理模块基于数据导入模块导入的各类地表模型数据及测绘数据，提供分布式存储、分类、调用等管理功能。

数据交互模块用于对数据管理模块中的多种地表模型数据及测绘数据进行调用、选择和精度设置等交互操作。

金字塔智能化建模模块用于对数据管理模块的多种地表模型数据及测绘数据，以及数据交互模块的交互操作，针对选取的地表模型数据或测绘数据构建各精度层级的金字塔TIN分块模型，生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型。

金字塔智能化建模模块基于数据管理模块中的地表模型数据、测绘数据以及数据交互模块的交互操作，针对选取的地表模型数据或测绘数据构建各精度层级的金字塔TIN分块模型，生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型。

如图3所示，不规则三角网曲面瓦片金字塔模型的具体构建流程为：

(1)基于地表模型数据或测绘数据，构建标准分区的不规则三角网模型；相邻的各标准分区的不规则三角网模型的节点保证几何拓扑的一致性(参考图4，即任意两个相邻分区边界上的三角形顶点一致)；该级模型作为最高精度层金字塔TIN(TriangulatedIrregular Network，不规则三角网)分块模型，记为1级精度层金字塔TIN分块模型。

(2)基于1级精度层金字塔TIN分块模型(最高精度层金字塔TIN分块模型)所对应的地形数据精度，确定其最佳DEM分块模型的网格间距，并构建最高精度层金字塔DEM分块模型，记为1级精度层金字塔DEM分块模型。

(3)针对1级精度层金字塔DEM分块模型(最高精度层金字塔DEM分块模型)，构建相应的不规则三角网地表曲面分块模型，该不规则三角网地表曲面分块模型与1级精度层金字塔DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值。该不规则三角网地表曲面分块模型作为次精度层金字塔TIN分块模型，记为2级精度层金字塔TIN分块模型。

(4)基于1级精度层金字塔DEM分块模型(最高精度层金字塔DEM分块模型)，按照金字塔分层分块建模(瓦片金字塔模型建模)技术原理，实现各精度层级的金字塔分块建模，得到各精度层级金字塔DEM模型，记为k级精度层金字塔DEM分块模型(k＝2,3,4,…)。

(5)针对k级精度层金字塔DEM分块模型(k＝2,3,4,…)，构建相应精度层级的不规则三角网地表曲面分块模型，该不规则三角网地表曲面分块模型与k级精度DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值。该不规则三角网地表曲面分块模型即为(k+1)级精度层金字塔TIN分块模型(k＝2,3,4,…)。

(6)集成上述生成的所有n级精度层金字塔TIN分块模型(n＝1,2,3,…)，即得到了所需的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型。

数据输出模块用于将金字塔智能化建模模块生成的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型输出至三维数字地球平台。

三维数字地球平台进一步包括：远程服务器数据读取模块、三维数字地球平台客户端数据动态加载模块、三维数字地球平台客户端数据浏览与可视化分析模块，

具体地，参考图1，三维数字地球平台安装在客户端并能够实现不规则三角网金字塔分层分级模型的动态管理与动态加载，包括远程服务器数据读取模块、三维数字地球平台客户端数据动态加载模块、三维数字地球平台客户端数据浏览与可视化分析模块等。

远程服务器数据读取模块用于对数据输出模块输出的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型的数据读取。

三维数字地球平台客户端数据动态加载模块用于对远程服务器数据读取模块得到的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型实时、动态地加载在三维数字地球平台上。

三维数字地球平台客户端数据浏览与可视化分析模块基于三维数字地球平台客户端数据动态加载模块加载的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，以实现相关数据的展示和分析等功能。

下面以基于激光(Lidar)点云数据的不规则三角网金字塔建模***的实施例，对本发明进行说明。

一种基于激光点云数据的不规则三角网金字塔建模***，主要包括：不规则三角网金字塔预建模***与三维数字地球平台两大部分。

不规则三角网金字塔预建模***，是针对全球地理框架下的不规则三角网地表曲面模型，实现金字塔分层分块建模的专业化平台，包括数据导入模块、数据管理模块、数据交互模块、金字塔智能化建模模块、数据输出模块等。

其中：

(1)数据导入模块实现激光(Lidar)点云数据的导入。

(2)数据管理模块基于数据导入模块导入的激光(Lidar)点云数据，提供分布式存储、分类、调用等管理功能。

(3)数据交互模块对数据管理模块中的激光(Lidar)点云数据进行调用、选择、精度设置等交互操作。

(4)金字塔智能化建模模块基于数据管理模块中的地表模型数据、测绘数据以及数据交互模块的交互操作，针对选取的激光(Lidar)点云数据建各精度层级的金字塔TIN分块模型，生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型。

(5)数据输出模块将金字塔智能化建模模块得到的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型输出至三维数字地球平台。

三维数字地球平台，安装在客户端并能够实现不规则三角网金字塔分层分级模型的动态管理与动态加载，包括远程服务器数据读取模块、三维数字地球平台客户端数据动态加载模块、三维数字地球平台客户端数据浏览与可视化分析模块等。

(1)远程服务器数据读取模块实现对不规则三角网金字塔预建模***中数据输出模块输出的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型的数据读取。

(2)三维数字地球平台客户端数据动态加载模块实现对远程服务器数据读取模块得到的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型实时、动态地加载在三维数字地球平台上。

(3)三维数字地球平台客户端数据浏览与可视化分析模块基于三维数字地球平台客户端数据动态加载模块加载的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，可以实现相关数据的展示、分析等功能。

二、全球地理框架不规则三角网金字塔建模***的运行流程

1.数据导入模块将激光(Lidar)点云数据导入不规则三角网金字塔预建模***。

2.数据管理模块基于数据导入模块导入的激光(Lidar)点云数据，提供分布式存储、分类、调用等管理功能。

3.数据交互模块对数据管理模块中的激光(Lidar)点云数据进行调用、选择、精度设置等交互操作。

4.金字塔智能化建模模块基于数据管理模块中的激光(Lidar)点云数据以及数据交互模块的交互操作，针对选取的激光(Lidar)点云数据构建各精度层级的金字塔TIN分块模型，生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型。

其中，不规则三角网曲面瓦片金字塔模型的具体构建流程为：

(1)基于激光(Lidar)点云数据(参考图5)，构建标准分区的不规则三角网模型(参考图6)；相邻的各标准分区的不规则三角网模型的节点保证几何拓扑的一致性；该级模型作为最高精度层金字塔TIN(Triangulated Irregular Network，不规则三角网)分块模型，记为1级精度层金字塔TIN分块模型。

(2)基于1级精度层金字塔TIN分块模型(最高精度层金字塔TIN分块模型)所对应的地形数据精度，确定其最佳DEM分块模型的网格间距，并构建最高精度层金字塔DEM分块模型(参考图7)，记为1级精度层金字塔DEM分块模型。

(3)针对1级精度层金字塔DEM分块模型(最高精度层金字塔DEM分块模型)，构建相应的不规则三角网地表曲面分块模型(参考图8)，该不规则三角网地表曲面分块模型与1级精度层金字塔DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值。该不规则三角网地表曲面分块模型作为次精度层金字塔TIN分块模型，记为2级精度层金字塔TIN分块模型。

(4)基于1级精度层金字塔DEM分块模型(最高精度层金字塔DEM分块模型)，按照金字塔分层分块建模(瓦片金字塔模型建模)技术原理，实现各精度层级的金字塔分块建模，得到各精度层级金字塔DEM模型，记为k级精度层金字塔DEM分块模型(k＝2,3)。

如图9所示，为2级精度层金字塔DEM分块模型的局部展示。如图10所示，为3级精度层金字塔DEM分块模型的局部展示。

(5)针对k级精度层金字塔DEM分块模型(k＝2,3)，构建相应精度层级的不规则三角网地表曲面分块模型，该不规则三角网地表曲面分块模型与k级精度DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值。该不规则三角网地表曲面分块模型即为(k+1)级精度层金字塔TIN分块模型(k＝2,3)。

如图11所示，为3级精度层金字塔TIN分块模型的局部展示。如图12所示，为4级精度层金字塔TIN分块模型的局部展示。

(6)集成上述生成的所有n级精度层金字塔TIN分块模型(n＝1,2,3,4)，即得到了所需的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型。

5.数据输出模块将金字塔智能化建模模块得到的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型输出至三维数字地球平台。

6.远程服务器数据读取模块实现对不规则三角网金字塔预建模***中数据输出模块输出的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型的数据读取。

7.三维数字地球平台客户端数据动态加载模块实现对远程服务器数据读取模块得到的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型实时、动态地加载在三维数字地球平台上。

8.三维数字地球平台客户端数据浏览与可视化分析模块基于三维数字地球平台客户端数据动态加载模块加载的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，可以实现相关数据的展示、分析等功能。

如图2所示，本发明实施例还提出一种全球地理框架不规则三角网金字塔建模方法，包括如下步骤：

步骤S1，导入多种地表模型数据及测绘数据；

步骤S2，对多种地表模型数据及测绘数据进行存储、分类和调用；

在本发明的一个实施例中，地表模型数据或测绘数据，包括：数字线划地图DLG数据、数字高程模型DEM数据、数字地面模型DTM数据、激光探测与测量Lidar数据、倾斜摄影数据、合成孔径雷达SAR数据、GPS测绘数据和人工测绘数据。

步骤S3，对多种地表模型数据及测绘数据进行调用、选择和精度设置的交互操作；

步骤S4，对多种地表模型数据及测绘数据，以及交互操作，针对选取的地表模型数据或测绘数据构建各精度层级的金字塔TIN分块模型，生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型；

具体地，生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，包括：

(1)基于地表模型数据或测绘数据，构建标准分区的不规则三角网模型；相邻的各标准分区的不规则三角网模型的节点保证几何拓扑的一致性；该级模型作为最高精度层金字塔不规则三角网TIN分块模型，记为1级精度层金字塔TIN分块模型；

(2)基于1级精度层金字塔TIN分块模型所对应的地形数据精度，确定其最佳DEM分块模型的网格间距，并构建最高精度层金字塔DEM分块模型，记为1级精度层金字塔DEM分块模型；

(3)针对1级精度层金字塔DEM分块模型，构建相应的不规则三角网地表曲面分块模型，该不规则三角网地表曲面分块模型与1级精度层金字塔DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值，该不规则三角网地表曲面分块模型作为次精度层金字塔TIN分块模型，记为2级精度层金字塔TIN分块模型；

(4)基于1级精度层金字塔DEM分块模型，按照金字塔分层分块建模技术原理，进行各精度层级的金字塔分块建模，得到各精度层级金字塔DEM模型，记为k级精度层金字塔DEM分块模型，其中，k＝2,3,4,…；

(5)针对k级精度层金字塔DEM分块模型，构建相应精度层级的不规则三角网地表曲面分块模型，该不规则三角网地表曲面分块模型与k级精度DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值，该不规则三角网地表曲面分块模型即为(k+1)级精度层金字塔TIN分块模型，其中，k＝2,3,4,…；

(6)集成上述生成的所有n级精度层金字塔TIN分块模型，得到所需的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，其中，n＝1,2,3,…。

步骤S5，将生成的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型输出至三维数字地球平台；

步骤S6，对输出的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型的数据读取；

步骤S7，对得到的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型实时、动态地加载在三维数字地球平台上；

步骤S8，基于加载的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，以实现相关数据的展示和分析。

本发明实施例的全球地理框架不规则三角网金字塔建模***及方法，基于全球地理框架下的不规则三角网地表曲面模型，实现金字塔分层分块建模(瓦片金字塔模型建模)的技术方法、***及用途。具体是针对全球地理框架，基于已加工的各类地表模型数据——包括而不局限于已采集的DLG(Digital Line Graphic，数字线划地图)、DEM(DigitalElevation Model，数字高程模型)、DTM(Digital Terrain Model，数字地面模型)，或者新采集的相关测绘数据——包括而不局限于Lidar(Light Detection and Ranging，激光激光探测与测量)数据、倾斜摄影数据、SAR(合成孔径雷达)数据、GPS测绘数据、人工测绘数据等，基于三维不规则曲面特征的自适应原理(即，当三角网密度减少时，所描述的地形特征与高密度三角网所描述的地形特征保持一致)基础上，按照金字塔分层分块体系实现三维自动化建模的技术方法、***及用途。

本发明实施例的全球地理框架不规则三角网金字塔建模***及方法，具有以下用途：

1.本发明可以用于全矢量三维数字地球平台领域。

2.本发明可以深入广泛应用于工程建造工程的勘察、设计、施工、运营的分析与应用领域。

3.本发明可以深入广泛应用于地质灾害专业化分析与应用领域。

4.本发明可以深入广泛应用于气象专业化分析与应用领域。

5.本发明可以深入广泛应用于海洋专业化分析与应用领域。

6.本发明可以深入广泛应用于环境专业化分析与应用领域。

7.本发明可以深入广泛应用于军事专业化分析与应用领域。

8.本发明可以深入应用于BIM、智慧城市、海绵城市、智慧气候、智慧海洋、智慧林业、智慧农业、智慧交通、智慧草原、智慧林业、智慧电网等各个领域。

根据本发明实施例的全球地理框架不规则三角网金字塔建模***及方法，基于全球地理框架下不规则三角网地表曲面模型实现金字塔分层分块建模(瓦片金字塔模型建模)技术，针对全球地理框架下各类地表模型数据——包括而不局限于DLG(Digital LineGraphic，数字线划地图)、DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)、DTM(DigitalTerrain Model，数字地面模型)、Lidar(Light Detection And Ranging，激光激光探测与测量)数据、倾斜摄影数据、SAR(合成孔径雷达)数据、GPS测绘数据、人工测绘数据等，基于三维不规则曲面特征的自适应原理，***地构建了一套实现基于三维不规则三角网曲面模型的金字塔分层分块建模技术，并开发了相关的软件***，可以在工程建造的勘察、设计、施工、运营领域，地质灾害专业领域，气象专业领域，海洋专业领域，环境专业领域，军事专业领域等实现深入的有价值的应用，并成为支撑这些专业化领域走向工业化、人工智能化，从而使流程再造与转型升级的支撑平台之一。

本发明实施例的全球地理框架不规则三角网金字塔建模***及方法，具有以下有益效果：

1.本发明是基于全球地理框架的全矢量三维数字地球平台，能够进行完备化空间分析。

2.本发明基于三维不规则曲面特征的自适应原理，所构建的相应各精度层级的金字塔TIN分块模型，其相邻边界上保证几何拓扑一致性。

3.本发明基于三维不规则曲面特征的自适应原理，所构建的相应各精度层级的金字塔TIN分块模型，与相应精度层级的金字塔DEM分块模型相比，其几何形态特征信息基本保持不变，但是数据量将大大减少。

4.本发明中的不规则三角网地表曲面模型，是实现与其它地质矢量模型、地下工程矢量模型、BIM模型，以及水体矢量模型、气象矢量模型之间保证几何拓扑一致性的关键基础。

在本说明书的描述中，参考术语一个实施例、一些实施例、示例、具体示例、或一些示例等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (6)

1.一种全球地理框架不规则三角网金字塔建模***，其特征在于，包括：不规则三角网地表曲面模型***和三维数字地球平台，其中，

所述不规则三角网地表曲面模型***进一步包括：数据导入模块、数据管理模块、数据交互模块、金字塔智能化建模模块和数据输出模块，其中，

所述数据导入模块用于导入多种地表模型数据及测绘数据；

所述数据管理模块用于对所述多种地表模型数据及测绘数据进行存储、分类和调用；

所述数据交互模块用于对数据管理模块中的多种地表模型数据及测绘数据进行调用、选择和精度设置的交互操作；

所述金字塔智能化建模模块用于对所述数据管理模块的多种地表模型数据及测绘数据，以及所述数据交互模块的交互操作，针对选取的地表模型数据或测绘数据构建各精度层级的金字塔TIN分块模型，生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型；

所述数据输出模块用于将所述金字塔智能化建模模块生成的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型输出至三维数字地球平台；

所述三维数字地球平台进一步包括：远程服务器数据读取模块、三维数字地球平台客户端数据动态加载模块、三维数字地球平台客户端数据浏览与可视化分析模块，其中，

所述远程服务器数据读取模块用于对所述数据输出模块输出的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型的数据读取；

所述三维数字地球平台客户端数据动态加载模块用于对所述远程服务器数据读取模块得到的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型实时、动态地加载在三维数字地球平台上；

所述三维数字地球平台客户端数据浏览与可视化分析模块基于所述三维数字地球平台客户端数据动态加载模块加载的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，以实现相关数据的展示和分析。

2.如权利要求1所述的全球地理框架不规则三角网金字塔建模***，其特征在于，所述数据导入模块导入的地表模型数据或测绘数据，包括：数字线划地图DLG数据、数字高程模型DEM数据、数字地面模型DTM数据、激光探测与测量Lidar数据、倾斜摄影数据、合成孔径雷达SAR数据、GPS测绘数据和人工测绘数据。

3.如权利要求1所述的全球地理框架不规则三角网金字塔建模***，其特征在于，所述金字塔智能化建模模块生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，包括：

(1)基于所述地表模型数据或测绘数据，构建标准分区的不规则三角网模型；相邻的各标准分区的不规则三角网模型的节点保证几何拓扑的一致性；该级模型作为最高精度层金字塔不规则三角网TIN分块模型，记为1级精度层金字塔TIN分块模型；

(2)基于1级精度层金字塔TIN分块模型所对应的地形数据精度，确定其最佳DEM分块模型的网格间距，并构建最高精度层金字塔DEM分块模型，记为1级精度层金字塔DEM分块模型；

(3)针对1级精度层金字塔DEM分块模型，构建相应的不规则三角网地表曲面分块模型，该不规则三角网地表曲面分块模型与1级精度层金字塔DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值，该不规则三角网地表曲面分块模型作为次精度层金字塔TIN分块模型，记为2级精度层金字塔TIN分块模型；

(4)基于1级精度层金字塔DEM分块模型，按照金字塔分层分块建模技术原理，进行各精度层级的金字塔分块建模，得到各精度层级金字塔DEM模型，记为k级精度层金字塔DEM分块模型，其中，k＝2,3,4,…；

(5)针对k级精度层金字塔DEM分块模型，构建相应精度层级的不规则三角网地表曲面分块模型，该不规则三角网地表曲面分块模型与k级精度DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值，该不规则三角网地表曲面分块模型即为(k+1)级精度层金字塔TIN分块模型，其中，k＝2,3,4,…；

(6)集成上述生成的所有n级精度层金字塔TIN分块模型，得到所需的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，其中，n＝1,2,3,…。

4.一种全球地理框架不规则三角网金字塔建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，导入多种地表模型数据及测绘数据；

步骤S2，对所述多种地表模型数据及测绘数据进行存储、分类和调用；

步骤S3，对多种地表模型数据及测绘数据进行调用、选择和精度设置的交互操作；

步骤S4，对多种地表模型数据及测绘数据，以及交互操作，针对选取的地表模型数据或测绘数据构建各精度层级的金字塔TIN分块模型，生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型；

步骤S5，将生成的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型输出至三维数字地球平台；

步骤S6，对输出的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型的数据读取；

步骤S7，对得到的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型实时、动态地加载在三维数字地球平台上；

步骤S8，基于加载的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，以实现相关数据的展示和分析。

5.如权利要求4所述的全球地理框架不规则三角网金字塔建模方法，其特征在于，所述地表模型数据或测绘数据，包括：数字线划地图DLG数据、数字高程模型DEM数据、数字地面模型DTM数据、激光探测与测量Lidar数据、倾斜摄影数据、合成孔径雷达SAR数据、GPS测绘数据和人工测绘数据。

6.如权利要求4所述的全球地理框架不规则三角网金字塔建模方法，其特征在于，所述生成相应的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，包括：

(1)基于所述地表模型数据或测绘数据，构建标准分区的不规则三角网模型；相邻的各标准分区的不规则三角网模型的节点保证几何拓扑的一致性；该级模型作为最高精度层金字塔不规则三角网TIN分块模型，记为1级精度层金字塔TIN分块模型；

(2)基于1级精度层金字塔TIN分块模型所对应的地形数据精度，确定其最佳DEM分块模型的网格间距，并构建最高精度层金字塔DEM分块模型，记为1级精度层金字塔DEM分块模型；

(3)针对1级精度层金字塔DEM分块模型，构建相应的不规则三角网地表曲面分块模型，该不规则三角网地表曲面分块模型与1级精度层金字塔DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值，该不规则三角网地表曲面分块模型作为次精度层金字塔TIN分块模型，记为2级精度层金字塔TIN分块模型；

(4)基于1级精度层金字塔DEM分块模型，按照金字塔分层分块建模技术原理，进行各精度层级的金字塔分块建模，得到各精度层级金字塔DEM模型，记为k级精度层金字塔DEM分块模型，其中，k＝2,3,4,…；

(5)针对k级精度层金字塔DEM分块模型，构建相应精度层级的不规则三角网地表曲面分块模型，该不规则三角网地表曲面分块模型与k级精度DEM分块模型之间的最大高度差不超过设定值，该不规则三角网地表曲面分块模型即为(k+1)级精度层金字塔TIN分块模型，其中，k＝2,3,4,…；

(6)集成上述生成的所有n级精度层金字塔TIN分块模型，得到所需的不规则三角网曲面瓦片金字塔模型，其中，n＝1,2,3,…。