CN112509133A - 一种基于gis的三维水库高清实景展示方法 - Google Patents

一种基于gis的三维水库高清实景展示方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于GIS的三维水库高清实景展示方法，首先确定待建模展示的水库的类型，确定倾斜摄影及三维建模参数，然后批量生成三维水库高清模型：利用无人机对各个实际水库进行倾斜摄影，基于倾斜摄影采集的影像、确定的水库类型和参数，利用自动化三维建模软件构建多个OSGB格式的三维水库高清模型；再批量转换三维水库高清模型的数据格式，转换后的模型为SLPK格式的数据模型；接着上传SLPK格式的数据模型到GIS平台，并在GIS平台发布三维场景地图服务；最后利用GIS平台的快速调用三维水库场景地图服务来展示多个三维水库高清真实场景。本发明可以可视化、直观化、多维度高清展示水库工程。

Description

一种基于GIS的三维水库高清实景展示方法
技术领域
本发明涉及水利信息化技术领域，特别涉及一种基于GIS的三维水库高清实景展示方法。
背景技术
水库是拦洪蓄水和调节水流的水利工程建筑物，是防洪、灌溉广泛采用的最重要工程措施之一。为实现水库工程的信息化，通常需要对水库信息进行可视化展示。
已有的做法是利用无人机航拍摄影水库的现场图像，无人机航拍摄影是以无人驾驶飞机作为空中平台，以机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪等获取信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图像。这种方式由于是以图像为主，在交互性和互动性上都较差，不利于水库工程三维可视化、直观化、多维度高清展示的发展，因此，较好的做法是搭建水库模型来展示水库实景。然而，在目前的模型展示技术中，对于传统的二维模型，其二维空间数据可视化只对处于三维空间中的各种地理对象全部进行平面投影的简化处理，不能完整直观地表现垂直轴Z上的空间信息，无法充分反映客观世界。而对于三维仿真地图，其建立三维模型耗时长，精度低，需要先构建建筑轮廓再进行贴图操作，在建筑构造复杂的情况下难以达到完全还原的要求。
可见，目前这两种技术都无法满足水库工程三维可视化、直观化、多维度高清展示的需求，因此有必要研究能够高清实景展示水库的新技术。
发明内容
本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于GIS的三维水库高清实景展示方法，该方法可以可视化、直观化、多维度高清展示水库工程。
本发明的第二目的在于提供一种计算机可读存储介质。
本发明的第三目的在于提供一种计算设备。
本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种基于GIS的三维水库高清实景展示方法，包括如下步骤：
S1、对于需要展示水库高清实景模型的多个实际水库，先确定每个水库对应的水库类型；
S2、确定倾斜摄影及三维建模参数，参数包括坐标***、高程***、比例尺、精修点、分辨率、像控点、数据格式以及无人机镜头分辨率；
S3、批量生成三维水库高清模型：利用无人机对各个实际水库进行倾斜摄影，然后基于倾斜摄影采集的影像、确定的水库类型和参数，利用自动化三维建模软件构建多个OSGB格式的三维水库高清模型；
S4、批量转换三维水库高清模型的数据格式，转换后的模型为SLPK格式的数据模型；
S5、上传SLPK格式的数据模型到GIS平台，并在GIS平台发布三维场景地图服务；
S6、利用GIS平台的快速调用三维水库场景地图服务来展示多个三维水库高清真实场景。
优选的，步骤S1中确定水库类型具体是：统计需要展示水库高清实景模型的多个实际水库的名称和地理位置，根据水利水电枢纽工程的分等指标，按照实际水库的水域面积、总库容、集雨面积将水库类型区分为大、中、小三大类型。
优选的，步骤S2中的参数具体如下：
坐标***：采用2000国家大地坐标系，采用高斯－克吕格3度带投影；
高程***：1985国家高程基准；
比例尺：1:1000～1:500；
精修点：水坝、水库管理所、排污口；
分辨率：精修点分辨率≤2cm,其他区域分辨率≤5cm；
像控点：根据水库等级类型面积设置像控点数量，为确保精度，每平方公里的像控点个数≥4个；
展示所用的数据格式：SLPK；
无人机镜头分辨率：3000万像素以上。
优选的，步骤S3中利用无人机对各个实际水库进行倾斜摄影，具体是：在同一无人机上搭载多台相机，同时从垂直、前、后、左、右这五个不同的角度采集各个实际水库的影像；
自动化三维建模软件采用Smart3Dcapture，利用Smart3Dcapture读取无人机飞行轨迹，设置三维建模参数，并基于三维建模参数和各个实际水库的影像，构建各个实际水库所对应的三维水库高清模型。
优选的，在步骤S4中，利用arcgis软件进行数据格式转换，过程如下：
S41、创建三维场景，设置坐标系2000国家大地坐标系，采用高斯－克吕格3度带投影；
S42、创建三维场景的锚点图层，并添加OSGB自带xml文件的锚点坐标，以便模型定位；
S43、数据格式转换：利用数据处理工具栏添加OSGB模型的OSGB文件夹中的Data文件以及已创建的锚点图层，直接导出成SLPK格式的数据模型。
优选的，步骤S5具体为：
通过arcgis软件的共享图层包工具来批量完成SLPK模型的SLPK包上传；
上传完成后，在arcgis enterprise中发布为三维场景服务，打开arcgis软件的Portal主页即可直接浏览已上传的SLPK包。
优选的，步骤S6中利用的是arcgis for js快速调用三维水库场景地图服务。
本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种计算机可读存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现本发明第一目的所述的基于GIS的三维水库高清实景展示方法。
本发明的第三目的通过下述技术方案实现：一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现本发明第一目的所述的基于GIS的三维水库高清实景展示方法。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明利用了无人机倾斜摄影采集多角度的水库影像，颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过自动化三维建模来批量构建水库高清模型，通过将模型进行批量格式转换和上传至GIS平台，GIS平台快速调用并加载多个三维水库高清实景，使得GIS平台能够作为三维水库高清实景多维度批量展示的平台，解决了水库模型信息化建设交互性弱，互动性差，不利于水库工程三维可视化、直观化、多维度高清展示的发展的问题。
(2)本发明利用Smart3Dcapture软件快速生成三维水库高清模型，提高了模型批量构建的效率；利用arcgis软件批量导入三维水库高清模型，并发布场景地图服务于arcgis enterprise容器中，利用arcgis for js快速调用三维水库场景地图服务，可直观展示三维水库高清真实场景，并提供浏览、查询、定位、飞行漫游等基础功能。
(3)由于osgb是一种二进制存储格式，osgb数据文件碎，数量多，不利于数据共享，本发明先构建osgb格式的三维水库高清模型再进行格式转换，可以加快arcgis软件批量读取三维水库高清模型数据的速度，进而提高建模的效率。
附图说明
图1是本发明基于GIS的三维水库高清实景展示方法的流程图。
图2是arcgis展示的三维水库高清实景示意图。
图3是arcgis的查询结果示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明公开了一种基于GIS的三维水库高清实景展示方法，利用了无人机倾斜摄影三维实景建模所具备的高效率、高精度、高真实感、低成本的“三高一低”优势，三维实景模型取代传统的二维模型，倾斜摄影模型取代正射影像模型，基于GIS平台，发布互联网服务，实现多维度批量展示一定数量的高清水库模型，通过对所有水库模型的集成整合，可以直观展示和浏览、飞行漫游水库工程，实现水库从二维到三维、从正射影像到倾斜摄影、从虚拟到实景、从不直观到直观，满足水库工程三维可视化、直观化、智慧化和现代化的发展需要。
实施例1
本实施例公开了一种基于GIS的三维水库高清实景展示方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1、对于需要展示水库高清实景模型的多个实际水库，先确定每个水库对应的水库类型。具体来说，先统计需要展示水库高清实景模型的多个实际水库的名称和地理位置，按照实际水库的水域面积、总库容、集雨面积将水库类型区分为大、中、小三大类型。
其中，每个实际水库都有记载其水域面积、总库容、集雨面积这些信息，并且这些信息是直接显示在从水库现场的水库信息牌上，因此可从水库信息牌直接获知。
水库类型的区分具体是根据原水利电力部颁发的《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》(山丘、丘陵区部分)(SDJ12-78)的试行规定，在该试行规定中，水利水电枢纽根据其工程规模、效益和在国民经济中的重要性，划分为五等：I～V，水利水电枢纽工程的分等指标如下表表1所示。
表1
Figure BDA0002835525160000061
根据表1，本实施例的水库类型为大型，即是指工程规模为大(1)型、大(2)型；水库类型为中型，即是指工程规模为中型；水库类型为小型，即是指工程规模为小(1)型、小(2)型。
S2、确定倾斜摄影及三维建模参数，参数包括坐标***、高程***、比例尺、精修点、分辨率、像控点、数据格式以及无人机镜头分辨率，具体如下：
坐标***：采用2000国家大地坐标系，采用高斯－克吕格3度带投影；
高程***：1985国家高程基准；
比例尺：1:1000～1:500；
精修点：水坝、水库管理所、排污口；
分辨率：精修点分辨率≤2cm,其他区域分辨率≤5cm；
像控点：根据水库等级类型面积设置像控点数量，为确保精度，每平方公里的像控点个数≥4个；
展示所用的数据格式：SLPK；
无人机镜头分辨率：3000万像素以上，无人机可采用旋翼式无人机。
S3、批量生成三维水库高清模型：利用无人机对各个实际水库进行倾斜摄影，即在同一无人机上搭载多台相机，同时从垂直、前、后、左、右这五个不同的角度采集各个实际水库的影像；
然后基于倾斜摄影采集的影像、确定的水库类型和参数，利用自动化三维建模软件构建多个OSGB格式的三维水库高清模型。这里，自动化三维建模软件采用Smart3Dcapture，利用Smart3Dcapture读取无人机飞行轨迹，设置三维建模参数，并基于三维建模参数和各个实际水库的影像，构建各个实际水库所对应的三维水库高清模型。其中，飞行轨迹的读取具体是先人工录入飞行范围，然后Smart3Dcapture软件自动生成飞行轨迹。
S4、批量转换三维水库高清模型的数据格式，转换后的模型为SLPK格式的数据模型。
本实施例具体是利用arcgis软件进行数据格式转换，过程如下：
S41、创建三维场景，设置坐标系2000国家大地坐标系，采用高斯－克吕格3度带投影；
S42、创建三维场景的锚点图层，并添加OSGB自带xml文件的锚点坐标，以便模型定位；
S43、数据格式转换：利用数据处理工具栏添加OSGB模型的OSGB文件夹中的Data文件以及已创建的锚点图层，直接导出成SLPK格式的数据模型。
S5、上传SLPK格式的数据模型到GIS平台，并在GIS平台发布三维场景地图服务。这里，GIS平台是指arcgis软件，先通过arcgis软件的共享图层包工具来批量完成SLPK模型的SLPK包上传，上传完成后，在arcgis enterprise中发布为三维场景服务，打开arcgis软件的Portal主页即可直接浏览已上传的SLPK包。
S6、利用GIS平台的快速调用三维水库场景地图服务来展示多个三维水库高清真实场景。在本实施例中，GIS平台的快速调用三维水库场景地图服务是指arcgis for js快速调用三维水库场景地图服务，如图2和图3所示，该服务可以直观展示三维水库高清真实场景，并提供浏览、查询(如查询图3所示的水库工程特性表)、定位、飞行漫游等基础功能。
实施例2
本实施例公开了一种计算机可读存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现实施例1所述的基于GIS的三维水库高清实景展示方法，具体如下：
S1、对于需要展示水库高清实景模型的多个实际水库，先确定每个水库对应的水库类型；
S2、确定倾斜摄影及三维建模参数，参数包括坐标***、高程***、比例尺、精修点、分辨率、像控点、数据格式以及无人机镜头分辨率；
S3、批量生成三维水库高清模型：利用无人机对各个实际水库进行倾斜摄影，然后基于倾斜摄影采集的影像、确定的水库类型和参数，利用自动化三维建模软件构建多个OSGB格式的三维水库高清模型；
S4、批量转换三维水库高清模型的数据格式，转换后的模型为SLPK格式的数据模型；
S5、上传SLPK格式的数据模型到GIS平台，并在GIS平台发布三维场景地图服务；
S6、利用GIS平台的快速调用三维水库场景地图服务来展示多个三维水库高清真实场景。
本实施例中的计算机可读存储介质可以是磁盘、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、U盘、移动硬盘等介质。
实施例3
本实施例公开了一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现实施例1所述的基于GIS的三维水库高清实景展示方法，具体如下：
S1、对于需要展示水库高清实景模型的多个实际水库，先确定每个水库对应的水库类型；
S2、确定倾斜摄影及三维建模参数，参数包括坐标***、高程***、比例尺、精修点、分辨率、像控点、数据格式以及无人机镜头分辨率；
S3、批量生成三维水库高清模型：利用无人机对各个实际水库进行倾斜摄影，然后基于倾斜摄影采集的影像、确定的水库类型和参数，利用自动化三维建模软件构建多个OSGB格式的三维水库高清模型；
S4、批量转换三维水库高清模型的数据格式，转换后的模型为SLPK格式的数据模型；
S5、上传SLPK格式的数据模型到GIS平台，并在GIS平台发布三维场景地图服务；
S6、利用GIS平台的快速调用三维水库场景地图服务来展示多个三维水库高清真实场景。
本实施例中所述的计算设备可以是台式电脑、笔记本电脑、智能手机、PDA手持终端、平板电脑或其他具有处理器功能的终端设备。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于GIS的三维水库高清实景展示方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对于需要展示水库高清实景模型的多个实际水库，先确定每个水库对应的水库类型；
S2、确定倾斜摄影及三维建模参数，参数包括坐标***、高程***、比例尺、精修点、分辨率、像控点、数据格式以及无人机镜头分辨率；
S3、批量生成三维水库高清模型：利用无人机对各个实际水库进行倾斜摄影，然后基于倾斜摄影采集的影像、确定的水库类型和参数，利用自动化三维建模软件构建多个OSGB格式的三维水库高清模型；
S4、批量转换三维水库高清模型的数据格式，转换后的模型为SLPK格式的数据模型；
S5、上传SLPK格式的数据模型到GIS平台，并在GIS平台发布三维场景地图服务；
S6、利用GIS平台的快速调用三维水库场景地图服务来展示多个三维水库高清真实场景。
2.根据权利要求1所述的基于GIS的三维水库高清实景展示方法，其特征在于，步骤S1中确定水库类型具体是：统计需要展示水库高清实景模型的多个实际水库的名称和地理位置，根据水利水电枢纽工程的分等指标，按照实际水库的水域面积、总库容、集雨面积将水库类型区分为大、中、小三大类型。
3.根据权利要求1所述的基于GIS的三维水库高清实景展示方法，其特征在于，步骤S2中的参数具体如下：
坐标***：采用2000国家大地坐标系，采用高斯－克吕格3度带投影；
高程***：1985国家高程基准；
比例尺：1:1000～1:500；
精修点：水坝、水库管理所、排污口；
分辨率：精修点分辨率≤2cm,其他区域分辨率≤5cm；
像控点：根据水库等级类型面积设置像控点数量，为确保精度，每平方公里的像控点个数≥4个；
展示所用的数据格式：SLPK；
无人机镜头分辨率：3000万像素以上。
4.根据权利要求1所述的基于GIS的三维水库高清实景展示方法，其特征在于，步骤S3中利用无人机对各个实际水库进行倾斜摄影，具体是：在同一无人机上搭载多台相机，同时从垂直、前、后、左、右这五个不同的角度采集各个实际水库的影像；
自动化三维建模软件采用Smart3Dcapture，利用Smart3Dcapture读取无人机飞行轨迹，设置三维建模参数，并基于三维建模参数和各个实际水库的影像，构建各个实际水库所对应的三维水库高清模型。
5.根据权利要求1所述的基于GIS的三维水库高清实景展示方法，其特征在于，在步骤S4中，利用arcgis软件进行数据格式转换，过程如下：
S41、创建三维场景，设置坐标系2000国家大地坐标系，采用高斯－克吕格3度带投影；
S42、创建三维场景的锚点图层，并添加OSGB自带xml文件的锚点坐标，以便模型定位；
S43、数据格式转换：利用数据处理工具栏添加OSGB模型的OSGB文件夹中的Data文件以及已创建的锚点图层，直接导出成SLPK格式的数据模型。
6.根据权利要求1所述的基于GIS的三维水库高清实景展示方法，其特征在于，步骤S5具体为：
通过arcgis软件的共享图层包工具来批量完成SLPK模型的SLPK包上传；
上传完成后，在arcgis enterprise中发布为三维场景服务，打开arcgis软件的Portal主页即可直接浏览已上传的SLPK包。
7.根据权利要求1所述的基于GIS的三维水库高清实景展示方法，其特征在于，步骤S6中利用的是arcgis for js快速调用三维水库场景地图服务。
8.一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1至7中任一项所述的基于GIS的三维水库高清实景展示方法。
9.一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1至7中任一项所述的基于GIS的三维水库高清实景展示方法。
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