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专利号: 2023103213140
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种城市地标感知度三维地图构建方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:获取给定范围内的城市三维建筑矢量数据,设定建筑的轮廓为闭合的多边形空间,并且具备层数和/或高度信息;

步骤2:将三维建筑矢量数据载入GIS软件平台,形成城市模型,对全域模型空间表面栅格化,包括地面、建筑立面、建筑屋顶,并对所有栅格进行编号;

步骤3:根据建筑高度阈值遴选出城市地标并编号,将每个地标对象均抽象为轴线点集;

步骤4:基于点光源模型对地标进行逐个计算,对所有编号栅格进行标记,形成地标编号‑栅格编号的标记矩阵;

步骤5:设定感知目标为至少一个地标,通过标记矩阵的结果统计对各栅格进行着色,生成地图。

2.根据权利要求1所述的一种城市地标感知度三维地图构建方法,其特征在于,在步骤

1中,三维建筑矢量数据的获取包括以下步骤:

S1.1:在AutoCAD软件中插入既定范围地块的光栅图像,并通过Scale命令进行图像缩放,调整为实际尺寸大小;

S1.2:新建图层Block及Building,分别在两个图层中用Polyline命令勾勒出所有街区及每个街区内部所有建筑的轮廓线;新建图层Floor,在Floor图层中将每幢建筑的层数数字标注在该建筑轮廓线的内部,并保存cad为dwg格式;

S1.3:将保存得到的dwg文件分三个图层依次导入ArcMap平台中,对Floor图层类的层数信息进行要素转点运算操作,对Building图层内的建筑矢量数据要素转面运算操作;然后打开Floor图层转换而成的点要素的属性表,新建字段number以写入层数信息,类型选择双精度,采用计算器复制原层数数字;

S1.4:在内容列表览右击Building图层转换而成的面要素,选择连接选项,选取包含在建筑轮廓内的数字最大值进行连接;连接结束后,打开连接后的面要素的属性表,找到max_number字段,运用字段计算器,将max_number字段乘以建筑平均层高,并将所得数值赋予到Elevation字段,导出文件并以shp.格式保存。

3.根据权利要求2所述的一种城市地标感知度三维地图构建方法,其特征在于:在步骤S1.4中,max_number字段为连接后单个建筑的层数信息,Elevation字段为建筑高度数值,建筑平均层高为2.8~3m或4.2~5.0m。

4.根据权利要求1所述的一种城市地标感知度三维地图构建方法,其特征在于,在步骤

2中,栅格化处理包括以下步骤:

S2.1:通过SuperMap软件平台加载步骤1中得到的建筑矢量数据文件;

S2.2:添加与倾斜摄影三维模型一致的坐标系,将城市设计三维模数据源加载到场景中;

S2.3:根据收集到的数据体量、数据精度及目标分析精度确定栅格基本单元的大小,对建筑在三维空间中的每个面均进行栅格化。

5.根据权利要求4所述的一种城市地标感知度三维地图构建方法,其特征在于:在步骤S2.2中,所述坐标系为2000国家大地坐标系,在步骤S2.3中,栅格基本单元为单位平方米。

6.根据权利要求1所述的一种城市地标感知度三维地图构建方法,其特征在于,在步骤

3中,轴线点集的建立包括以下步骤:

S3.1:对建筑矢量数据依照高度特征进行过滤,筛选出高度大于等于HC的建筑对象,作为地标,其中,HC为定义的城市地标的高度特征阈值;

S3.2:对高层地标对象集合中任意一个地标对象采取如下操作:首先,记某一地标A,记其高度为HA,选择其底面积图形的重心,该重心记为CA,以CA沿z轴生成高度为HA的轴线,然后,选取该轴线上部2/3高度的线段,按设定的点距d取得点集,得到该高层地标对象抽象的轴线点集,该点集共包括NA个点元素,其中:NA=|2HA/3d|+1。

7.根据权利要求1所述的一种城市地标感知度三维地图构建方法,其特征在于,在步骤

4中,通过计算机渲染对栅格进行点光源计算,包括以下步骤:

S4.1:分别在轴线点集中的每个点元素处建立光强随距离衰减的点光源,则与该点光源距离为distance处的光强的计算方法为:其中,L0为点光源与栅格中心点之间的直线距离,Attenuationconstant为常数因子,Attenuationlinear为线性因子,Attenuationexp为指数因子;

S4.2:取任一点光源Ni,计算出城市模型空间表面其中一个栅格单元Ms到该点光源的光方向 该光方向定义为该城市模型空间表面某个栅格单元中心点到点光源的矢量,假定所有的光方向都没有受到其他障碍物的遮挡,根据步骤S4.1中光强的计算公式,根据光方向的矢量长度,计算出理想状况下,在某一点光源的照射下,该栅格单元的接受的光强,将该光强存储在着色值Vi中;

S4.3:对步骤S4.2中的光方向,计算每个光方向与城市三维栅格模型是否存在除去光方向顶点外的其他交点,若存在,则将该栅格单元的着色值Vi置为0,若不存在其他交点,则保留栅格单元的着色值Vi;

S4.4:对轴线点集中的点元素建立的每一个点光源,重复步骤S4.2~步骤S4.3,对某栅格单元,根据公式 计算出该栅格单元着色器的最终光强,其中,A为轴线点集中的点元素的个数;对每一个栅格单元,借助图形处理器完成步骤S4.1~步骤S4.4的并行计算。

8.根据权利要求7所述的一种城市地标感知度三维地图构建方法,其特征在于:在步骤S4.1中,常数因子的值为1,线性因子和指数因子的值均小于1。

9.根据权利要求1所述的一种城市地标感知度三维地图构建方法,其特征在于,在步骤

5中,对各栅格的着色包括以下步骤:

S5.1:设定感知目标为至少一个地标,通过标记矩阵的结果统计对各栅格进行步骤4的计算,得到每个栅格对应的着色器的值;

S5.2:将着色器的值离散化至四位二进制空间中,得到离散后的值m,每个栅格最终对应的渲染颜色的RGB值为(256‑m,m,0);

S5.3:根据RGB值对每个栅格进行渲染,生成地图,导出图像。