張桀滈++李江風(fēng)

摘要：當(dāng)前土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)停留在二維基礎(chǔ)上，缺乏立體、多角度、全方位的展示，存在主觀性強(qiáng)、工作效率低、公眾參與度弱等缺陷，最終導(dǎo)致規(guī)劃設(shè)計(jì)質(zhì)量不高、實(shí)施效果欠佳。而在三維環(huán)境下，規(guī)劃設(shè)計(jì)可充分利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，使大量屬性數(shù)據(jù)在三維場(chǎng)景中直觀地反映出來，以輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)決策。目前，國土資源管理部門組織實(shí)施了一些研究項(xiàng)目來針對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行探索，國內(nèi)學(xué)者也應(yīng)用不同的建模方法對(duì)土地整治三維規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行探索。該研究分析了土地整治項(xiàng)目的特點(diǎn)，明確了土地整治項(xiàng)目對(duì)三維模型的特殊需求，逐個(gè)分析了幾種主流建模方法的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)出每種方法對(duì)于土地整治三維建模的適用性，最后提出了可供選擇的方案與建議。

關(guān)鍵詞：土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)；三維建模；建模方法；地理信息系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TU981.2+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）05-0957-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.05.043

Analysis and Comparison of 3D Modeling Methods Used in Land Consolidation Planning and Design

ZHANG Jie-hao， LI Jiang-feng

（School of Public Administration， China University of Geosciences（Wuhan）， Wuhan 430074， China）

Abstract： Currently， land consolidation planning and design are based on 2D circumstances with the disadvantages of strong subjective， low efficiency and low public participation， which eventually lead to low quality and poor effect. In the circumstances of 3D， geographic information system technology can be fully used； and lots of attribute data can be shown directly in 3D scenes， which can assist the planning and design. Ministry of Land and Resources and the land management departments of many provinces have organized and implemented some research subjects in the research field. And the domestic researchers have tried land consolidation planning and design in 3D circumstances by many different modeling methods. The research analyze the features of land consolidation project， and find out the specific requirements of 3D models， then analyze the advantages and disadvantages of several different modeling methods， and summarize the applicability of each method to land consolidation project. Finally， suggestions about several solutions of land consolidation 3D modeling were proposed.

Key words： land consolidation planning and design； 3D modeling； modeling method； geographic information system

土地整治三維規(guī)劃設(shè)計(jì)是指基于三維地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）平臺(tái)、充分利用各項(xiàng)GIS功能輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)、在三維場(chǎng)景下完成土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)的各項(xiàng)工作、形成土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)三維成果的過程?；谟?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）的二維土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)是當(dāng)前應(yīng)用的主流，所得到的成果主要是在CAD平臺(tái)上制作的二維圖件。CAD平臺(tái)在制圖方面有很大的優(yōu)勢(shì)，可把各種要素以線實(shí)體的形式表達(dá)出來，要素屬性以圖層的形式儲(chǔ)存，這種方式簡(jiǎn)單便捷，大大提高了繪圖的快捷程度。但是與此同時(shí)，CAD平臺(tái)功能的簡(jiǎn)單化難以滿足土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)更多的需求，缺乏足夠的空間分析功能，規(guī)劃設(shè)計(jì)人員往往需要借助除地圖以外的各種數(shù)據(jù)和資料來進(jìn)行規(guī)劃工作，然后將這些數(shù)據(jù)、資料和實(shí)地情況在大腦中進(jìn)行匹配、抽象，做出規(guī)劃決策，這會(huì)在一定程度上帶入規(guī)劃設(shè)計(jì)人員的主觀判斷，影響規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。另外，規(guī)劃設(shè)計(jì)成果由于缺乏直觀性，使得非專業(yè)人士不能很好地理解規(guī)劃設(shè)計(jì)理念，影響公眾參與程度。

在三維環(huán)境下，GIS技術(shù)使得大量在屬性中保存的數(shù)據(jù)可以在三維可視化模型中直接反映出來，如溝渠寬度、深度等可以在模型上直接看到，不僅可以構(gòu)建一個(gè)三維場(chǎng)景，而且三維地形還能輔助進(jìn)行土地平整工程、土地整治要素規(guī)劃、土方量計(jì)算等?？商岣咄恋卣喂ぷ鞯男?，因而較之二維環(huán)境有很大的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，使用三維可視化技術(shù)可以直觀地看到各種不同單體設(shè)施工程，通過一定的瀏覽工具，直觀地觀察土地整治項(xiàng)目區(qū)域，從而輔助規(guī)劃決策，使得土地管理部門決策人員、當(dāng)?shù)厝罕娨约跋嚓P(guān)輔助設(shè)計(jì)人員更容易地參與規(guī)劃設(shè)計(jì)。已有學(xué)者在三維環(huán)境下應(yīng)用利用GIS技術(shù)進(jìn)行土地整治規(guī)劃或工程設(shè)計(jì)研究，如胡秀麗[1]應(yīng)用Maplnfo平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了土地整理規(guī)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)通過某樣區(qū)的整理規(guī)劃設(shè)計(jì)工作來檢驗(yàn)其性能，完成的系統(tǒng)是一個(gè)二維平面土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)輔助系統(tǒng)。唐祥云等[2]對(duì)數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）在農(nóng)地整理規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)用的理論進(jìn)行了比較，利用現(xiàn)有的GIS軟件、數(shù)字測(cè)圖軟件，對(duì)DEM在農(nóng)地整理中的排水渠道規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)用做了嘗試，重點(diǎn)介紹了基于地形表面流水分析提取溝谷線、山脊線的算法，并以此進(jìn)行排水渠道規(guī)劃設(shè)計(jì)。賈明超等[3]通過建立空間數(shù)據(jù)庫和數(shù)字表面模型，探索了可視化技術(shù)在土地整治設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；陳家贏[4]將GIS和虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)結(jié)合，建立了土地整治規(guī)劃后的虛擬場(chǎng)景；石若明等[5]嘗試采用面向?qū)ο蟮姆椒▉肀磉_(dá)土地整治設(shè)計(jì)，通過編寫規(guī)劃規(guī)則組成規(guī)則庫與土地整治規(guī)劃三維要素表達(dá)模型相關(guān)聯(lián)，并利用規(guī)則在三維場(chǎng)景下指導(dǎo)土地整治智能輔助規(guī)劃?！笆晃濉逼陂g，國土資源部就已組織實(shí)施過一項(xiàng)關(guān)于《土地整治關(guān)鍵技術(shù)集成與應(yīng)用》的項(xiàng)目，其中的專題四《土地整理實(shí)施信息化管理技術(shù)研究》中的一項(xiàng)重要內(nèi)容就是基于三維地形的土地整治項(xiàng)目智能化規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)研究，主要研究三維地形快速構(gòu)建方法、土地整治的各大工程模型的建立與布置等。

2015年，在貴州省貴定縣水田開發(fā)項(xiàng)目中，規(guī)劃設(shè)計(jì)單位通過利用無人機(jī)獲取的影像數(shù)據(jù)，并結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)快速建立了三維立體模型，以求實(shí)現(xiàn)三維化的規(guī)劃設(shè)計(jì)。河北省土地整理服務(wù)中心運(yùn)用Skyline三維軟件平臺(tái)，結(jié)合土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)要求，開發(fā)了河北省土地整治項(xiàng)目三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以提高土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)效率，保證設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度。目前，有多種三維建模方法用于土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)，但各種方法均有其自身的優(yōu)越性和局限性。課題組基于對(duì)土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)工作特點(diǎn)的分析，深入分析不同建模方法對(duì)土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)的適用性，以求找到最優(yōu)的土地整治三維規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)路徑。

1 土地整治三維建模技術(shù)需求分析

現(xiàn)在三維數(shù)字城市建設(shè)已在全國如火如荼地開展，這是由于三維數(shù)字城市的三維建模技術(shù)趨于成熟；而土地整治三維規(guī)劃設(shè)計(jì)尚處于探索階段，并未能總結(jié)出一種最適宜土地整治的建模方法。所以，諸多學(xué)者更傾向于從三維數(shù)字城市技術(shù)中進(jìn)行借鑒，將三維數(shù)字城市的建模方法應(yīng)用于土地整治三維建模。但是，土地整治項(xiàng)目對(duì)于三維模型的需求與三維數(shù)字城市應(yīng)用有很大的區(qū)別，這就導(dǎo)致很多從三維數(shù)字城市照搬過來的方法構(gòu)建的模型不能滿足土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)的需求。這是因?yàn)槿S城市建設(shè)主要追求的是三維模型的美觀性、高逼真度、多細(xì)節(jié)層次等特性，這些特性大多都停留在三維可視化層面；而土地整治項(xiàng)目卻有很大的不同，相對(duì)于三維數(shù)字城市建模，土地整治項(xiàng)目三維建模的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 土地整治項(xiàng)目三維模型精度要求較高

土地整治三維模型包括地形模型和要素模型，精度類型包括平面精度、高程精度、紋理精度、表現(xiàn)精度。與三維數(shù)字城市不同，土地整治的三維模型不需要追求較高的逼真度和美觀性，而對(duì)于模型的精確性有較高要求。土地整治三維模型不僅要實(shí)現(xiàn)三維可視化，更要通過三維的各種優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)各種地形分析提取功能，例如土方量計(jì)算、山脊（溝谷）線提取、水文水力分析等，要保證這些功能的應(yīng)用，地形模型必須有很高的平面精度和高程精度。而要素模型涉及到多種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的單體工程，如溝渠、橋梁、涵洞、水閘，這些單體工程的設(shè)計(jì)若在三維場(chǎng)景下進(jìn)行，就需要三維模型具有很高的表現(xiàn)精度，以滿足指導(dǎo)工程實(shí)施的需要。倘若模型誤差較大，則必然會(huì)影響后期工程施工的實(shí)施。

1.2 土地整治項(xiàng)目三維建模效率要求較高

土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)從二維到三維的轉(zhuǎn)變，毋庸置疑需要增加規(guī)劃設(shè)計(jì)成本與規(guī)劃設(shè)計(jì)人員的工作量，若增加的成本或工作量超過了一定限度，勢(shì)必使土地整治三維規(guī)劃設(shè)計(jì)的推廣應(yīng)用產(chǎn)生障礙。因此，如何把成本和工作量的增加控制在一定限度內(nèi)，是需要解決的重要問題。這就要求三維建模方法有明顯的高效性、便捷性與經(jīng)濟(jì)性。

1.3 構(gòu)建的土地整治項(xiàng)目三維模型能用于空間分析

三維場(chǎng)景的生成應(yīng)在GIS平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，便于空間分析功能的整合與應(yīng)用。只有與GIS系統(tǒng)相結(jié)合，充分應(yīng)用GIS分析功能，土地整治項(xiàng)目三維模型才能擺脫“中看不中用”的狀況，真正實(shí)現(xiàn)利用三維模型輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)土地整治項(xiàng)目。

1.4 選擇建模方式應(yīng)注意的問題

根據(jù)以上對(duì)土地整治模型需求特點(diǎn)的分析，在進(jìn)行土地整治三維規(guī)劃建模方式的選擇時(shí)，除了要綜合考慮技術(shù)、成本等因素外，還要考慮行業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況。在選擇時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題。

1.4.1 從實(shí)際出發(fā)選擇建模方法 土地整治三維規(guī)劃設(shè)計(jì)現(xiàn)在尚停留在理論研究階段，在具體的土地整治項(xiàng)目中應(yīng)用尚存在不小的差距。所以當(dāng)前更需要的是技術(shù)成熟的、經(jīng)濟(jì)可行的、方便眾多土地整治行業(yè)從業(yè)人員使用的建模方法。

1.4.2 注意精度要求 建模精度不高的方法若應(yīng)用在土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)中，只能在模型精度要求不高的部分（如房屋、道路、田塊等）應(yīng)用；對(duì)于有較高精度要求的部分（如橋、涵、渠、閘等）則需要選擇更高精度的建模方法。

1.4.3 注意模型的實(shí)用性 應(yīng)用的模型保證可進(jìn)行屬性管理、空間查詢與分析比較，避免“中看不中用”的情況發(fā)生。

1.4.4 具有推廣的可能性 從經(jīng)濟(jì)上考量，選擇的建模方法成本須在可接受的范圍內(nèi)，若相比傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方式增加費(fèi)用過多，則該技術(shù)將難以推廣。

鑒于以上分析，下面將對(duì)地形和要素建模的各種方法進(jìn)行分析，比較各自的優(yōu)越性和局限性。

2 地形模型的構(gòu)建方法

土地整治三維規(guī)劃設(shè)計(jì)所使用的地形模型一般是指以DEM為實(shí)體和遙感數(shù)字正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM）為紋理融合后獲得的，在這里討論的地形模型構(gòu)建方法主要是指DEM數(shù)據(jù)的獲取方法。目前，DEM數(shù)據(jù)獲取的方法主要有野外實(shí)地測(cè)量、航空攝影測(cè)量、機(jī)載激光掃描（Light Laser Detection and Ranging，LIDAR）等。

野外實(shí)地測(cè)量是土地整治項(xiàng)目中地形數(shù)據(jù)獲取的傳統(tǒng)方法，由于其自身的局限性較大，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，一般只在測(cè)量面積不大、地形狀況不太復(fù)雜的情況下使用，并不適合地形建模。航空攝影測(cè)量一般采用野外測(cè)繪獲取部分控制點(diǎn)，其他點(diǎn)用航空攝影測(cè)量的空三加密方法進(jìn)行，也是目前最常用的方法[6]，現(xiàn)在基于無人機(jī)平臺(tái)的航空攝影測(cè)量技術(shù)正受到國土管理部門的重視，其具有靈活機(jī)動(dòng)、高精度以及能在復(fù)雜地形完成遙測(cè)的特點(diǎn)。LIDAR技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)在高程數(shù)據(jù)獲取及自動(dòng)化快速處理方面的重要補(bǔ)充，它通過激光雷達(dá)傳感器發(fā)射的激光脈沖經(jīng)地面反射后被LIDAR系統(tǒng)接收，能直接獲取高精度三維地表地形數(shù)據(jù)。從模型精度方面比較，LIDAR誤差的影響因素多，一般來說，在大于1 000 m的高度精度較高，高程精度比平面精度高出2～5倍。航空攝影測(cè)量在400～1 000 m的高度精度較高，平面精度比高程精度高50%。從建模效率方面比較，生成數(shù)字地形模型（Digital Terrain Model，DTM）或數(shù)字表面模型（Digital Surface Model，DSM）屬LIDAR快得多。同時(shí)，LIDAR的經(jīng)濟(jì)成本僅為航空攝影測(cè)量的25%～33%[7]。另外，根據(jù)行業(yè)現(xiàn)狀，航空攝影測(cè)量技術(shù)已經(jīng)較為成熟，目前有大量單位具有應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的能力；而LIDAR在全國范圍內(nèi)能夠掌握這項(xiàng)技術(shù)的單位很少。綜上所述，基于無人機(jī)平臺(tái)的航空攝影測(cè)量技術(shù)是土地整治項(xiàng)目中地形數(shù)據(jù)獲取及三維地形模型構(gòu)建的最適宜方法。

3 三維要素模型的構(gòu)建方法

土地整治三維要素模型建模方法是本研究討論的重點(diǎn)。三維要素建模是將真實(shí)世界或者規(guī)劃設(shè)計(jì)的對(duì)象物體在相應(yīng)的三維虛擬世界中重構(gòu)，并根據(jù)系統(tǒng)需求保存部分物理屬性；該建模包括實(shí)體建模和紋理建模。由于土地整治三維建模是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，受技術(shù)和成本等各種因素的影響較大，因此借鑒國內(nèi)外三維建模的研究成果，特別是城市三維建模的相關(guān)技術(shù)是本研究的出發(fā)點(diǎn)，可采用的方法主要有4種，分別是手工建模、參數(shù)化建模、航空攝影測(cè)量建模以及機(jī)載激光掃描建模。

3.1 手工建模

手工建?；?Ds Max、Maya以及AutoCAD等當(dāng)前主流建模軟件，其利用球體、棱錐、立方體等基本幾何元素組合成實(shí)體，并經(jīng)過拉伸、旋轉(zhuǎn)、平移等幾何變換構(gòu)建幾何場(chǎng)景，整個(gè)建模過程是建模人員手工在計(jì)算機(jī)上操作完成的。手工建模的特點(diǎn)是模型精細(xì)美觀，可滿足對(duì)精細(xì)程度的要求；技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度不高，建模技術(shù)非常成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于三維城市、數(shù)字校園、影視、游戲等諸多領(lǐng)域；對(duì)建模技術(shù)人員素質(zhì)要求不高；建模過程耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、耗費(fèi)人工多、耗費(fèi)資金多；模型難以應(yīng)用，模型成果是靜態(tài)的、固化的作品，難于統(tǒng)計(jì)和分析。另外，手工建模人工干預(yù)主觀性強(qiáng)，對(duì)于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)有取舍，不能完全展示所有要素細(xì)節(jié)。綜合分析認(rèn)為，單獨(dú)應(yīng)用手工建模并不適合土地整治三維規(guī)劃設(shè)計(jì)，其給規(guī)劃設(shè)計(jì)增加成本的程度將達(dá)到難以接受的地步。但是，隨著土地整治三維模型庫的建設(shè)完成，會(huì)大幅提高建模效率，同時(shí)能降低成本，屆時(shí)該方法可廣泛應(yīng)用。

3.2 參數(shù)化建模

參數(shù)化建模（Parametric Modeling）是用專業(yè)知識(shí)和規(guī)則來確定幾何參數(shù)與約束的一套建模方法，通過簡(jiǎn)單地改變模型中的參數(shù)值就能建立和分析新的模型[8]。目前，參數(shù)化建模軟件的典型代表是Architecture和City Engine。City Engine由于和主流GIS軟件Arc GIS具有極好的兼容性，故目前研究均是基于此平臺(tái)運(yùn)行。

土地整治參數(shù)化建模主要包括4個(gè)步驟：①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備；②通過計(jì)算機(jī)編程確定建模規(guī)則；③應(yīng)用規(guī)則，完成建模；④模型導(dǎo)出。該方法所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與其他方法并無太多不同，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在編寫規(guī)則與應(yīng)用規(guī)則的步驟上。規(guī)則是一組語句，該語句描述了對(duì)象的變化過程。規(guī)則應(yīng)用就是根據(jù)規(guī)定好的參數(shù)（如房屋的高度、層數(shù)、顏色、門窗類型、道路的寬度、材質(zhì)等）把定義好的上述變化過程賦予給一個(gè)或多個(gè)對(duì)象。這樣，只需要編寫完成建模規(guī)則、確定模型的各項(xiàng)參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)模型的批量化生成。

參數(shù)化建模方法的特點(diǎn)，一是建模精度較高，模型誤差?。坏荒芎芎玫厣蓮?fù)雜模型，例如U型渠的曲面、復(fù)雜的渠系建筑物等。二是建模效率很高，只需編寫出完善的規(guī)則程序，建模過程就可以由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，幾乎不花費(fèi)時(shí)間，同時(shí)成本也會(huì)很低；不過技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度較大，模型編寫是一個(gè)技術(shù)門檻很高的工作，需要專業(yè)的編程人員完成，一般的土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)人員難以在很短的時(shí)間內(nèi)掌握。三是模型的應(yīng)用效果較好，參數(shù)化建模對(duì)于空間分析的應(yīng)用有很大的幫助。目前參數(shù)化建模的平臺(tái)中，ESRI公司的City Engine軟件最為成熟，ESRI公司作為全球最大的GIS技術(shù)供應(yīng)商，將City Engine與Arc GIS進(jìn)行了深入整合，實(shí)現(xiàn)了很高的數(shù)據(jù)共享度。City Engine中生成的模型可以直接導(dǎo)入到Arc GIS中，這可以充分利用Arc GIS各種強(qiáng)大的編輯與分析能力以及屬性管理功能。另外，參數(shù)化建模方法使模型的修改和編輯變得更加方便，與傳統(tǒng)建模方法不同，模型的修改不需要針對(duì)單個(gè)對(duì)象逐個(gè)操作，參數(shù)化模型各個(gè)模型的形狀、紋理、方向、位置等均由屬性參數(shù)決定，所有模型都是動(dòng)態(tài)的、靈活的，只需在屬性管理模塊中修改相關(guān)屬性參數(shù)、刷新后即可看到修改后的結(jié)果[9]，這就大大減少了建模工作量。

參數(shù)化建模具有建模速度快、規(guī)范性強(qiáng)、模型修改便捷、與GIS兼容性好等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，也存在規(guī)則編寫難度高、精細(xì)模型建模不足等局限。用該方法確實(shí)可以增強(qiáng)土地整治規(guī)劃操作的可視化和規(guī)范性，提高土地整治規(guī)劃工作的質(zhì)量和效率。但是，由于規(guī)則編制復(fù)雜，若希望完美表達(dá)模型構(gòu)建過程，在規(guī)則的推理方面還有待做進(jìn)一步的研究[10]。從土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)的實(shí)際出發(fā)，該方法若結(jié)合其他更為精細(xì)的建模方法使用，也可以得到很好的效果。

3.3 航空攝影測(cè)量建模和機(jī)載激光掃描建模

航空攝影測(cè)量和機(jī)載激光掃描技術(shù)都是利用航空平臺(tái)來取地表數(shù)據(jù)、通過專業(yè)軟件處理的自動(dòng)化建模的方法，也是地形建模的方法，可用于三維要素建模。兩者可快速獲取DSM，對(duì)得到的DSM應(yīng)用分類技術(shù)，可分別得到地形模型和地物模型，這里的地物模型就可用于三維要素建模。三維要素模型包括實(shí)體和紋理兩部分，通過分類得到的地物模型可作為模型實(shí)體，紋理數(shù)據(jù)可從機(jī)載數(shù)碼相機(jī)拍攝的相片提取。但是，由于機(jī)載相機(jī)只能從垂直一個(gè)角度拍攝相片，地物側(cè)面很容易受到遮擋，難以完整提取側(cè)面紋理，所以需要人工實(shí)地提取紋理作為補(bǔ)充。

航空攝影測(cè)量建模和機(jī)載激光掃描建模的特點(diǎn)主要有：一是都屬于基于測(cè)量技術(shù)的建模方法，建模精度達(dá)到測(cè)繪級(jí)精度，極度準(zhǔn)確；建模數(shù)據(jù)獲取可以與土地整治項(xiàng)目前期測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，不需增加額外的工作，這就使建模成本大幅減少；二是涉及設(shè)備較多，且無人機(jī)及機(jī)載設(shè)備價(jià)格昂貴?；跓o人機(jī)平臺(tái)的航空攝影測(cè)量技術(shù)目前已經(jīng)走向成熟，并得到大范圍推廣。但是，機(jī)載激光掃描技術(shù)的操作難度大，對(duì)技術(shù)人員素質(zhì)要求較高，導(dǎo)致培訓(xùn)費(fèi)用較高，并且處于探索階段，短期內(nèi)難以大范圍推廣。

在模型應(yīng)用方面，兩種方法只能對(duì)現(xiàn)有地物建模、土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)涉及的各類新建工程布設(shè)，全部完成需結(jié)合其他方法。而且得到的地表模型本身并不是一個(gè)一個(gè)的單體模型，所有的地物都連在了一起，因此如何管理、查詢、分析、應(yīng)用也是非單體化模型應(yīng)用的難點(diǎn)。

值得一提的是，國際測(cè)繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來了一種新的航空攝影測(cè)量技術(shù)——傾斜攝影測(cè)量，該技術(shù)可以很好地解決側(cè)面紋理提取的問題。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在2010年引入國內(nèi)，目前在大范圍數(shù)字城市三維建模中有所應(yīng)用。傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)與普通航空攝影測(cè)量系統(tǒng)的主要區(qū)別在于數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)處理兩方面；數(shù)據(jù)獲取方面，普通航空攝影測(cè)量系統(tǒng)只有一個(gè)垂直攝影相機(jī)，傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)一般由5個(gè)數(shù)碼相機(jī)組成[10]；數(shù)據(jù)處理方面，傾斜攝影測(cè)量相比普通航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)量大，處理難度也大。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)目前國內(nèi)雖然已經(jīng)有單位成功研制并且生產(chǎn)出一些硬件設(shè)備，但是后期數(shù)據(jù)處理軟件的研發(fā)并沒有跟上，能熟練應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的單位還較少。

3.4 建模方法總結(jié)

根據(jù)以上分析，對(duì)土地整治三維要素模型建模方法進(jìn)行了比較，詳見表1。

4 建模方案與建議

從以上分析可知，每種地形建模和要素建模方法對(duì)于土地整治三維建模的需求均有其優(yōu)勢(shì)和局限性，重要的是如何利用分析的結(jié)果，找出最適合土地整治三維建模方法的組合，這也是研究的出發(fā)點(diǎn)和目的所在，下面提出幾種可供選擇的方案。由于規(guī)劃設(shè)計(jì)階段主要涉及要素模型，所以這里主要討論了要素建模方法的選擇。

4.1 手工建模+參數(shù)化建模

手工建模和參數(shù)化建模具有不同的特點(diǎn)，如果結(jié)合使用可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，達(dá)到更好的效果。手工建模在構(gòu)建精細(xì)模型方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，但是建模效率低、成本高；而參數(shù)化建模方法建模速度快、效率高，但是難以構(gòu)建復(fù)雜模型。所以，可以采取手工建模方法對(duì)復(fù)雜工程（如橋、涵、閘等）進(jìn)行單體建模，對(duì)溝、路、渠以及田塊等簡(jiǎn)單工程可以采取參數(shù)化建模的方法，這種方案既可以滿足模型精細(xì)度的要求，同時(shí)兼顧了建模效率的需要，是一種比較理想的方案。

4.2 手工建模+航空攝影測(cè)量建模

手工建模和航空攝影測(cè)量建模結(jié)合使用也是一種可行的方案。可以先用航空攝影測(cè)量建模方法對(duì)現(xiàn)狀場(chǎng)景進(jìn)行全面的模擬，再用手工建模的方法進(jìn)行新增工程的建模，并將其添加到已生成的三維場(chǎng)景中。采用這種方案會(huì)使場(chǎng)景真實(shí)度更強(qiáng)、美觀度更高、可視化效果更好，但是建模效率比手工建模+參數(shù)化建模方案低。對(duì)于新增工程較少的規(guī)劃設(shè)計(jì)項(xiàng)目，采用這種方案可以達(dá)到很好的效果。

4.3 參數(shù)化建模+航空攝影測(cè)量建模

參數(shù)化建模和航空攝影測(cè)量建模相結(jié)合的方案可以達(dá)到很高的建模效率，兩種建模方法都是自動(dòng)或半自動(dòng)化程度較高的，不需太多的人力投入，也可大大節(jié)省時(shí)間；但同時(shí)模型的美觀性和精細(xì)度不足。技術(shù)人員在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，若是對(duì)可視化效果要求不高，則可采用這種方案快速生成三維場(chǎng)景，以直接輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)人員決策。

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