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[摘 要]城市是GIS的运用与研究领域的一个重要方面。已被广泛应用于城市规划、建筑设计等领域的三维城市模型正应运而生。本文讨论ArcGIS平台下基于LiDAR数据的三维城市建模，将LiDAR数据和多光谱影像进行融合， 利用LiDAR数据的高程信息和遥感影像等数据进行地物的分类和提取，并在ArcScene中建立城市三维模型，实现对城市区域的近似描述。
[关键词]LiDAR ArcGIS 三维建模
中图分类号：G458 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0252-010
1.前言
三维模型数据生产按照其工作内容划分为：数据获取、激光数据处理、模型制作、属性数据匹配以及可视化浏览等方面[1]。其模型详细程度决定建模作业过程的难易程度。
2.数据处理
2.1 数据源
三维建模的数据源主要包括不同比例尺的地形图数据、遥感影像数据以及摄影测量数据等。为满足本次建模要求，具体数据如下：某大学所在地LiDAR点云数据（LAS）、DEM数据、hillshades数据、遥感影像数据。
2.2 数据处理
由点数据插值生成栅格面的方法有很多，综合运算效率和插值的效果看，我们采用三角网插值法来对点云数据进行插值。从 LiDAR 数据上分类出植被，裸地等区域，就可以近似地生成地势面，进而生成DEM。
生成DEM：（1）由于原数据是LAS文件不能直接进行处理，因此先生成LAS数据集。在ArcGIS中的操作：LAS文件→Create LAS Dataset；（2）LAS Dataset→LAS Dataset to TIN；（3）TIN→TIN to Raster（DEM）。生成的DEM如图1所示。
3.建模
LiDAR数据的几何精度虽然高，也不能精确分类。因此，在已有的地形数据的辅助下进行分类可以很好地提高分类精度，如利用当地的遥感影像和地形数据辅助分类地物。
分辨出建筑物区域以后，需要提取出建筑物的边缘轮廓，对轮廓规格化。在 ArcGIS中，以Tin为基准在Z方向延伸，近似表示建筑物等三维实体的方法，大大简化了建模，也利于模型的管理[2]。
目前来说机载激光雷达数据的分类算法虽多，但是算法仍不够成熟，并不能保证所有点均被正确的划分。因此必须要加以人工分类辅助。对于建筑物提取来说，最易错分的点往往位于建筑物与植被高度相同，且在空间上有所重合的地方。而对于具体的数据可对原始的分类进行扩充，以保证分类表达的准确。人工分类的过程并不复杂，但是却占用大量的时间，可以引入遥感影像数据等辅助人工分类，提高工作效率以及分类精度[3]。
4.属性数据匹配
城市空间是以地表为依托，向空中和地下延伸的立体空间。三维地理实体需要放在能够表现地形地貌的数字地形模型上。
对于ArcGIS的GeoDatabase数据格式来说，在ArcGIS系统中的ArcMap平台可以为这些建筑物的图形添加属性信息。
5.可视化浏览
三维可视化应用主要包括可视化导航与操作、可视化效果调配、动画实时飞行、可视化查询与三维分析等。可针对模型用途选择适当的软件平台：对于精度要求不高的模型，ArcGIS平台即可满足要求。
启动ArcGIS软件系列的ArcScene，通过图层属性设置高程或使用表面设置高程。将表示城市表面的Tin 數据，描述建筑物、道路、水体等的点、线、面数据载入ArcScene平台。描述建筑物的数据以相应的Tin数据为高程基准，根据各个属性数据库中的相应的数值进行竖直方向的延伸。调整各个图形的颜色和透明率以加强模型的三维视觉效果。
6.结论
基于LiDAR建立三维城市模型是当前的的一个研究热点。数字高程模型（DEM）的建立和建筑物模型的建立是其中的两个主要问题。就本次建模来说存在的问题有：LAS点云数据量过大，导致数据处理效率不高；目前尚未有城市模型标准，无法对三维模型进行量化的评价。
本文由南京晓庄学院2014年校级大学生科研基金资助，项目编号：2014XSKY121。
参考文献
[1] 尚青波.激光LiDAR数据在三维城市模型中的应用[J].科技情报开发与经济，2010
[2] 武继广，张爱武，蔡广杰，段文国，戴玉成.利用 ArcGIS从航空激光雷达数据构建三维城市模型的方法.测绘通报，2008
[3] 曹地.多源数据辅助的LiDAR三维城市快速建模.长安大学，2014.
[关键词]LiDAR ArcGIS 三维建模
中图分类号：G458 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0252-010
1.前言
三维模型数据生产按照其工作内容划分为：数据获取、激光数据处理、模型制作、属性数据匹配以及可视化浏览等方面[1]。其模型详细程度决定建模作业过程的难易程度。
2.数据处理
2.1 数据源
三维建模的数据源主要包括不同比例尺的地形图数据、遥感影像数据以及摄影测量数据等。为满足本次建模要求，具体数据如下：某大学所在地LiDAR点云数据（LAS）、DEM数据、hillshades数据、遥感影像数据。
2.2 数据处理
由点数据插值生成栅格面的方法有很多，综合运算效率和插值的效果看，我们采用三角网插值法来对点云数据进行插值。从 LiDAR 数据上分类出植被，裸地等区域，就可以近似地生成地势面，进而生成DEM。
生成DEM：（1）由于原数据是LAS文件不能直接进行处理，因此先生成LAS数据集。在ArcGIS中的操作：LAS文件→Create LAS Dataset；（2）LAS Dataset→LAS Dataset to TIN；（3）TIN→TIN to Raster（DEM）。生成的DEM如图1所示。
3.建模
LiDAR数据的几何精度虽然高，也不能精确分类。因此，在已有的地形数据的辅助下进行分类可以很好地提高分类精度，如利用当地的遥感影像和地形数据辅助分类地物。
分辨出建筑物区域以后，需要提取出建筑物的边缘轮廓，对轮廓规格化。在 ArcGIS中，以Tin为基准在Z方向延伸，近似表示建筑物等三维实体的方法，大大简化了建模，也利于模型的管理[2]。
目前来说机载激光雷达数据的分类算法虽多，但是算法仍不够成熟，并不能保证所有点均被正确的划分。因此必须要加以人工分类辅助。对于建筑物提取来说，最易错分的点往往位于建筑物与植被高度相同，且在空间上有所重合的地方。而对于具体的数据可对原始的分类进行扩充，以保证分类表达的准确。人工分类的过程并不复杂，但是却占用大量的时间，可以引入遥感影像数据等辅助人工分类，提高工作效率以及分类精度[3]。
4.属性数据匹配
城市空间是以地表为依托，向空中和地下延伸的立体空间。三维地理实体需要放在能够表现地形地貌的数字地形模型上。
对于ArcGIS的GeoDatabase数据格式来说，在ArcGIS系统中的ArcMap平台可以为这些建筑物的图形添加属性信息。
5.可视化浏览
三维可视化应用主要包括可视化导航与操作、可视化效果调配、动画实时飞行、可视化查询与三维分析等。可针对模型用途选择适当的软件平台：对于精度要求不高的模型，ArcGIS平台即可满足要求。
启动ArcGIS软件系列的ArcScene，通过图层属性设置高程或使用表面设置高程。将表示城市表面的Tin 數据，描述建筑物、道路、水体等的点、线、面数据载入ArcScene平台。描述建筑物的数据以相应的Tin数据为高程基准，根据各个属性数据库中的相应的数值进行竖直方向的延伸。调整各个图形的颜色和透明率以加强模型的三维视觉效果。
6.结论
基于LiDAR建立三维城市模型是当前的的一个研究热点。数字高程模型（DEM）的建立和建筑物模型的建立是其中的两个主要问题。就本次建模来说存在的问题有：LAS点云数据量过大，导致数据处理效率不高；目前尚未有城市模型标准，无法对三维模型进行量化的评价。
本文由南京晓庄学院2014年校级大学生科研基金资助，项目编号：2014XSKY121。
参考文献
[1] 尚青波.激光LiDAR数据在三维城市模型中的应用[J].科技情报开发与经济，2010
[2] 武继广，张爱武，蔡广杰，段文国，戴玉成.利用 ArcGIS从航空激光雷达数据构建三维城市模型的方法.测绘通报，2008
[3] 曹地.多源数据辅助的LiDAR三维城市快速建模.长安大学，2014.