[发明专利]基于OSG数据天际线的城市建筑限高快速分析方法及系统

说明书

本发明提供一种基于OSG数据天际线的城市建筑限高快速分析方法及系统，根据规划区域和多个指定的观测视点，划定与各视点相应的视线通廊区域；恢复OSG数据的多细节层次关系，从OSG数据中层次化提取视线通廊区域内最精细层次的三角网数据；对每一个视线通廊区域内的三角网，进行地球曲率改正；利用改正后的三角网数据，逐边快速迭代更新视线通廊内的天际线高度角，确定该视点天际线控制下规划区域的限高值；将不同观测点的限高结果进行融合，输出规划区域在多视点天际线控制下的建筑限高值。本发明能够保留地表形态信息影响，并且考虑地球曲率影响，提高城市建筑限高值计算精度；同时借助OSG引擎多细节层次技术和层次化提取策略，提高了数据处理效率。

技术领域

本发明属于城市规划和计算机图形学、大地测量的交叉领域，具体涉及一种基于OSG数据天际线迭代更新的城市建筑限高值的快速分析方案。

背景技术

OSG城市数据是通过倾斜摄影测量采集大量影像后，通过空中三角测量、密集匹配等方法，得到的三角网格式的城市三维模型，具有获取速度快、自动化程度高、模型分辨率高的优点。建筑限高，是指规划部门根据建筑物所处位置的不同，以及其对城市整体空间环境的影响程度，所规定的不能超越的限制高度，是城市控制性详细规划和城市设计的一项重要指标。天际线保护控制法是高度控制技术中的常用定量方法，其核心是通视分析，即通过指定的视点和规划区域来划定视觉通廊，保证已有天际线形态不被破坏、关键视点的视觉通廊畅通，来确定城市建筑高度控制的限差值，即建筑限高值。天际线保护控制法的计算需要大范围的城市形态信息，目前地理信息系统(GIS)中采用的地形数据主要是数字高程模型(DEM/DSM)或建筑矢量模型，但是这些数据由于分辨率较低、建模耗时等原因，难以用于大范围通视分析的精确计算。随着倾斜摄影测量技术的快速发展，以OSG数据为代表的大规模三角网数据具有获取速度快、自动化程度高、模型分辨率高的优点，可以很好地满足大范围城市建筑限高的精确计算，然而大规模三角网数据的存储复杂、计算耗时，使OSG数据尚未在城市空间分析中得到广泛应用。所以，如何有效利用城市大规模OSG数据，实现城市建筑限高的大范围快速精确计算，对于促进数字化城市规划的发展，以及推进OSG数据在城市空间分析中的应用具有重要的意义。

目前，针对建筑高度控制限差的研究工作，主要集中在基于不同地形数据如DEM数据和矢量模型数据的通视分析方法研究上。例如，Teng等(1993)利用等高线提取高程矩阵，通过构造射线结构计算视点到目标区域内所有高程点的可视性。Daniel等(1996)利用坐标轴的直线性将多维转换为低维数据处理，以视点为中心，将DEM划分为8个等面积的三角形区域，从而实现由大的块状区域到小的子区域可视域分析的转换。张金芳等(2005)对基于DEM的视域分析方法进行比较，认为复用向外逐点计算法(XDraw)具有更高的准确度且CPU消耗较小。陶旸(2009)对基于DEM的地形可视分析应用进行归类总结，构建了DEM地形可视性统一分析模型以及基于该模型的模式化可视性分析方法。此外，易敏等(1999)对基于三角形格网的点到区域法、快速点到三角形法、次快速点到三角形法、消隐法四种通视性分析方法进行了比较，实验表明点到区域法具有更高的效率和更好的效果。许文强(2010)结合3DGIS平台，提出了针对地形和建筑物可视性分析的数学几何模型。叶胜发(2012)、王婧逸(2014)、杜星宇(2015)等分别利用ArcGIS的可视分析工具箱，对山区、老城区、历史名城等不同场景下进行了通视分析。翟亚婷(2016)以不规则格网表达地形，以AutoCAD软件获取建筑物轮廓模型，并将建筑物模型与地形模型结合，构建了基于混合模型的视线分析方法。

总体而言，目前用于城市高程控制限差计算的方法仍存在以下问题：①基于DEM数据的方法，模型分辨率较低，影响计算结果精度，无法用于精确估计；②基于矢量模型的方法，虽然能够较好描绘单体建筑形态，但是对地形、植被等描述较弱，而且城市范围的矢量模型重建耗时耗力，难以考虑长距离通视分析时的地球曲率影响，因此一般只用于小范围的精确计算；③OSG数据虽然具有更多的细节，但是由于大规模三角网数据的存储复杂、计算耗时，使OSG数据难以在城市空间分析中得到实际应用，缺少基于OSG数据的通视分析计算方法，没有大范围、大场景下建筑限高值快速分析的解决方案。