基于三维可视化技术的土地整治建设研究

摘要：在土地整治建设项目中，利用地理信息系统软件ArcGIS与遥感软件ERDAS软件，将项目区的影像图、高程以及其他辅助信息进行处理、整合，制作出具有三维可视化模型，将其作为土地整治建设项目土地调查的现状与后期规划的基础。成果显示，通过三维可视化模型，对项目区的现状有了更为直观、准确的表达，有利于对土地整治项目前期项目区情况的掌握，也为后期土地整治建设项目规划设计提供了直观的规划设计环境。

关键词：三维可视化；土地整治；高程数据；航空影像

中图分类号：TU984 文献标识码： A

三维地形可视化技术是指在计算机上对数字地形模型中的地形数据进行逼真的三维显示、模拟仿真、简化、多分辨率表达和网络传输等内容的一种技术，它用直观，可视，形象，多视角，多层次的方法，快速逼真的模拟出三维地形的二维图像，使地形模型和用户有很好的交互性，使用户有“身临其境”的感觉。它涉及到测绘学、现代数学、计算机三维图形学、计算几何、地理信息系统、虚拟现实、科学计算可视化、计算机网络等众多学科领域，在战场环境仿真，娱乐与游戏，地形漫游，道路选线，土地规划，三维地理信息系统等众多领域有着广泛的应用[1]。

该技术在“数字地球”概念的大背景衬托下，显示出了强大的生命力和蓬勃生机，并随着与之相关的学科迅速发展而不断更新。进行遥感图像三维可视化及影像动态分析的目的是综合利用“3S”技术、遥感图像数字处理技术、虚拟现实和全数字摄影测量等高科技，通过遥感图像正射处理、多源遥感图像数据融合、高精度DEM生成和影像复合等工序，按照一定比例尺和飞行路线生成研究区域的虚拟三维影像动画。因此，对其深入研究具有重要的理论意义与现实价值[2]。

1 数据处理

1.1 遥感影像数据处理

本研究项目区域为村庄，位于山区地带，之所以选择这个区域，主要是该区域地势复杂，山势起伏，对土地整治建设项目产生一定难度，同时有利于三维可视化效果的演示。

使用的遥感影像数据为航空影像数据（图1），在数据预处理上，主要是通过几何校正、正射校正、裁剪与拼接，最后与高程数据DEM进行配准。

1）几何校正

几何校正主要解决像元在不同坐标系上的差异，主要表现为位移、旋转、缩放、弯曲等。

2）正射校正

由于此次研究区内地势起伏，所以采用多项式进行影像的几何纠正就能满足精度的要求，利用数字高程模型进行正射纠正。

3）裁剪与拼接

遥感影像图与项目区的范围可能不吻合，所以根据项目区对影像图要进行裁剪与拼接处理，此项操作在ERDAS9.2软件中进行处理。

1）DEM数据简介

数字高程模型（DigitalElevationModel，简称DEM）是场景建模中广泛采用的一种数据格式。它是在一定的地域范围内按一定的规则获取和记录一些点的高程而形成的用来描述地形的数字模型.DEM数据通过灰度渲染形成可视的地形形态，其应用包括农、林、牧、水利、交通、军事以及测绘制图，遥感等诸多领域，可以用于与高程分析有关的地貌形态分析、透视图、断面图制作以及坡度分析、土石方计算、表面积统计、通视条件分析、洪水淹没区分析等许多方面。

2）DEM数据采集

DEM数据采集的方法按采集的方式可分为选点采集、随机采集、沿等高线采集、沿断面采集等；按数据采集的方法分，有人工、半自动、自动采集等；按数据的来源分，有野外实地直接测量获取DEM数据、利用摄影测量方法获取DEM数据、以地形图为数据源的DEM数据获取方法等[4]。

以地形图为数据源的DEM数据获取方法[5]。它是目前应用最广泛的一种方法。因为采用这种方法所需的原始数据源容易获取，对采集作业所需的仪器设备和作业人员的要求不太高，采集速度也比较快，易于进行大批量作业。

本次研究所用的DEM数据源为第三种采集方法，以地形图为数据源获取。

1.3 其他辅助数据

在影像图的基础上，对项目研究区域现状图进行矢量化制作，由于使用的遥感影像底图分辨率较高，所以为地物识别，提供了精准的参考，对现状图矢量化的成图提供了有力的保障，矢量图件制作完成后，进行符号化，凸显各个地类要素现状性质。高程数据采用DEM数据，为三维可视化模型的建立提供高程数据支撑。

2 三维可视化技术的实现

地理信息系统中，三维可视化模型的建立，主要是通过遥感影像资料、高程数据、矢量数据以及其他辅助数据实现[6]，三维可视化模型构建具体技术一般为：

1.航空影像几何校正和配准

2.现状图矢量化

3.高程数据DEM、二维影像数据与现状图叠加

4.生成三维数据模型

2.1 矢量现状图与遥感影像图的叠加

在ARCGIS里面进行矢量化操作，矢量化后的现状图与项目区的影像图进行叠加，然后导出栅格文件，实现了二维文件的合并，然后再进行图件配准，实现二维图件有坐标系，为与高程数据进行叠加做。

2.2 二维数据与高程数据的叠加

在遥感软件ERDAS里，实现二维数据与高程数据进行叠加，初步实现项目区域三维可视化表达，建立三维可视化模型，增加了地形、地貌等信息，由于项目区地处山区，包括坡度等相关信息，在此基础上进行现状调查与后期规划，更具有直观性。

3 三维模型的动画制作

在三维图件形成的初期，只能显示三维效果，可视性还是较差，因此，可以通过ERDAS遥感软件进行项目区的动画制作，实现全方位的展示与视角，对项目区有更全面的了解与信息的掌握。 3.1 项目区飞行路线的制定

由于土地整治建设项目有侧重点与重点区域，特别是环境特别复杂的区域，那么在进行动画制作的时候，就重要针对这些区域进行操作，制定好详细的路线，以及观测的高度，以便飞行后制作的动画有针对性，可以及时反馈需要的信息，以便为接下来的工作提供基础保障

3.2项目区飞行操作

在制定了详细的飞行路线后，启动飞行，通过窗口对飞行视角进行观测，实时注意视角的变化，以便达到飞行鸟瞰的效果。

4 结语

在本研究中，主要是利用三维可视化地理信息系统技术，把调查的现状要素从通常的二维模式转化为三维模式，这样就为土地整治项目的前期现状调查工作提供了数据基础，受数据精度、工作时间和研究条件的限制，没有对三维可视化及其应用进行更深入的研究，但实验结果仍然具有较强的理论意义和实际价值。

（1） 更直观、更准确的反应了项目区的地形、地貌特征；高精度的三维影像动画，对于宏观观察者（如领导干部、项目决策者等）而言，其实际效果相当于乘坐在一定高度的飞行器上进行航空路线观察；对于遥感图像解译者而言，高精度的三维影像动画提供了可供反复使用的真实、客观、信息连续的宏观分析地面景观影像。提高了土地整治建设项目规划设计的效率与质量。

（3） 随着虚拟现实技术的不断发展，应用三维可视化技术实现动态仿真变成可能[8]。本文以土地整治建设项目为例，通过现状模型三维可视化，可实时、快速、全面的动态演示时空变化，可以为规划设计工作提供可视化载体。