一种面向三维地籍管理的三级实景三维分层构建与部件模型无缝融合方法与流程

本发明属于实景三维建模、无人机摄影测量、三维gis空间建模、三维地籍确权，具体涉及一种地形级、城市级、部件级三级分层递进式实景三维建模与高精度模型融合方法，适用于城市立体空间确权、分层不动产登记、地下空间地籍管理、cim基础平台数据生产场景。

背景技术：

1、随着城市立体化开发不断深入，传统二维平面地籍已无法满足高层建筑、城市综合体、轨道交通、地下管廊、地下商业等多层叠置空间的权属界定需求，三维地籍已成为自然资源精细化管理的核心技术方向。实景三维模型是三维地籍建设的核心空间底座，模型精度、结构完整性、边界准确性直接决定三维产权体构建质量与确权法律效力。

2、当前主流实景三维生产方式主要依赖无人机倾斜摄影自动建模，该方式可快速完成大范围城市场景覆盖，但存在显著技术缺陷：建筑物立面遮挡、玻璃反光、植被遮挡、低空视角盲区极易导致模型出现拉花、扭曲、破洞、墙体粘连、结构变形、纹理模糊等问题。针对上述问题，现有修模技术多为纹理修补、面片微调，无法修复建筑几何结构失真，无法满足地籍确权所需的闭合、规整、可量算、可确权的边界要求。

3、同时，现有建模体系缺乏分层分级的差异化生产逻辑：要么全域低精度无法确权，要么全域精细建模成本极高、效率极低，且地形基底、城市模型、精细部件模型分属多源异构数据，存在数据格式不统一、坐标基准混乱、空间配准偏差大、多级模型融合适配性差等核心问题，极易出现模型悬浮、穿插、错位、接缝断层等现象，严重制约三维地籍规模化落地。常规三维融合手段仅依靠简单坐标对齐与纹理修补，未针对瓦片地形、倾斜摄影模型、精细单体模型的异构特性设计差异化适配方案，且普遍采用全局全量加载模式，缺乏场景状态驱动的分层lod动态渲染调度机制，导致大场景模型加载卡顿、全局漫游流畅度与局部细节展示精度无法兼顾，难以适配三维地籍高精度、高流畅度、高安全性的常态化业务应用需求。此外，传统地形基底多直接采用存量dem、dom数据，数据来源零散、预处理不完善、多依赖在线服务，数据安全性无法保障，且难以与航测城市模型形成同源基准体系，进一步加剧多级模型融合偏差。针对现有技术多项行业痛点，本发明提出三级分层差异化建模、多源异构数据标准化归一、高精度空间配准、动态渲染融合的一体化完整技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有倾斜摄影建模结构失真、精度不足、模型融合差、生产模式单一、多级基准不统一的缺陷，提供一种面向三维地籍的地形级、城市级、部件级三级实景三维分层构建与无缝融合方法，实现从无人机原始航测数据自主生产地形基底、全域低成本场景覆盖、重点确权区域高精度重构，保障模型几何规整、边界精准、拓扑正确，满足三维不动产确权登记的测绘精度与业务规范要求。

2、为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：

3、一种面向三维地籍管理的三级实景三维分层构建与部件模型无缝融合方法，包括如下步骤：

4、s1、地形级实景三维基底构建

5、采集研究区dem数字高程模型与dom数字正射影像数据，利用无人机搭载相机采集试验区高重叠度影像，经空三解算、密集匹配、正射纠正生成高分辨率dom数据；同时采用机载lidar或影像密集匹配方式获取研究区点云数据，点云经过滤波、分类、空间内插生成初始dem数据；依托gis地形处理软件对初始dem实施拼接、洼地填充、地形平滑滤波、高程修正，消除地形空洞与突变噪点；对dom影像开展几何校正、影像匀色、像素匹配处理，实现dom与dem高精度贴合映射，生成统一坐标系、统一高程基准、连续无缝的地形级实景三维基底，作为全域城市模型与精细部件模型的唯一空间基准；

6、s2、城市级实景三维场景批量构建

7、采用多旋翼无人机搭载五镜头倾斜摄影相机，按照平行交叉航线完成全域影像采集，保证航向重叠度、旁向重叠度满足城市级建模规范；通过摄影测量软件完成空三加密、密集点云生成、三角网构建、自动纹理映射，快速生成全域mesh网格城市级实景三维模型；将城市级模型整体挂载、对齐至地形级基底，完成全域城市空间场景快速覆盖；

8、s3、畸变模型识别与精细重构区域划定

9、对城市级实景三维模型进行逐区域质量检查，重点筛查高层建筑、临街建筑、商业综合体、轨道交通出入口、地下空间出入口、权属复杂的重点确权建筑；识别存在立面拉花、结构扭曲、墙体破洞、楼层模糊、模型粘连、纹理失真的畸变区域，精准圈定重构边界，形成部件级精细化建模任务区域；

10、s4、部件级结构化精细化重建建模

11、以原始城市级模型的平面位置、高程范围为基准约束，结合现场实拍高清纹理、建筑竣工图纸、地面slam点云辅助数据，采用三维精细化建模软件对畸变建筑进行结构化重建设计；严格按照真实建筑结构还原外墙立面、楼层分割线、阳台、飘窗、外墙构件、屋顶结构，构建几何规整、结构完整、边界闭合、纹理真实的部件级精细模型，彻底摒弃原有畸变网格模型；

12、s5、三级模型切割替换与无缝融合处理

13、首先对城市级模型中已划定的畸变区域进行网格切割、面片删除，彻底剔除失真模型；在多源数据融合处理层面，依托cesiumlab等地理信息基础数据处理平台，对地形级和城市级实景三维模型进行标准化统一处理，将osgb、3ds等不同来源、不同格式的模型数据统一转换为cesium生态适配的3d tiles通用格式，同时将所有模型数据坐标系统一转换至cgcs2000国家大地坐标系，并完成精细化模型切片处理，实现多源异构模型数据的格式、坐标、数据规格归一化；将构建完成的部件级精细模型导入统一三维场景，基于同一大地坐标与高程基准完成精准配准；在unity3d环境中，通过cesium for unity插件加载预处理后的标准化三维数据，借助cesiumgeoreference组件对地形级、城市级、部件级不同层级模型实施高精度地理空间位置配准，彻底消除模型穿插、悬浮、断层、色差边界；同时针对部件级精细模型开发lod（levels of detail）动态加载策略，设定分级加载阈值，实现场景宏观漫游时自动隐藏部件细节、提升场景运行帧率，聚焦建筑确权查询、边界核验时高清加载展示部件精细模型，最终完成多级模型的有机融合与按需可视化呈现，实现地形级基底、城市级全域场景、部件级精细地物模型三级一体化无缝融合；

14、s6、三维地籍产权体生成与成果输出

15、基于一体化融合实景三维模型，提取建筑物精准外轮廓、竖向边界、楼层边界，生成闭合三维权属空间单元，构建标准化三维产权体模型，输出可直接用于三维地籍调查、三维宗地图制作、分层不动产确权登记的标准化成果数据。

16、创新点1：构建地形-城市-部件三级差异化分层建模体系，适配三维地籍分级精度需求

17、本发明打破传统单一建模模式，首创三级递进生产架构：地形级统一空间基准、城市级全域高效覆盖、部件级重点区域精准重构。在保证全域场景完整、低成本生产的同时，实现确权关键地物高精度可控，完美匹配三维地籍“全域管理、重点精确权”的业务特征，解决传统建模精度与效率无法兼顾的行业痛点。

18、创新点2：采用“畸变模型切除+结构化模型整替换”技术，根治倾斜摄影几何畸变缺陷

19、区别于传统仅修复纹理的修模手段，本发明直接删除原始扭曲、拉花、破洞的畸变网格面片，通过结构化重新建模完成整体替换，从几何结构层面彻底解决高层建筑立面变形、墙体粘连、结构缺失问题，使建筑界址边界具备测绘级精度，满足三维地籍法定确权精度标准。

20、创新点3：多尺度模型同源基准无缝融合，解决多层模型脱节、悬浮、穿插难题

21、本发明以自主航测生产的dem/dom地形基底为唯一统一空间基准，创新性搭建基于“cesiumlab数据归一化+tomcat本地服务发布+unity3d动态渲染”的全本地化多源数据融合体系，针对地形瓦片、城市级osgb模型、部件级fbx精细模型三类异构数据设计差异化兼容加载策略；通过cesiumlab平台完成多源模型格式统一、cgcs2000坐标归一化、多级lod切片优化，将异构数据统一转换为ogc标准3d tiles格式与quantized-mesh地形格式；依托unity3d平台及cesium for unity插件、cesiumgeoreference、cesiumglobeanchor组件实现三级模型毫米级高精度地理配准，配合边缘网格平滑、纹理匀色融合算法彻底解决模型拼接错位、悬浮穿插问题；独创场景状态驱动的双阈值lod动态调度策略，区分宏观漫游与聚焦查询双场景模式，实现大场景高效流畅漫游与确权区域高清细节展示的动态平衡，同时整套流程全本地化部署，无需依赖外网在线服务，兼顾模型融合精度、场景运行效率与测绘数据安全，构建出适配地籍业务的高精度、高流畅、高安全实景三维数据底座。

22、创新点4：建模流程正向适配三维地籍业务，实现实景数据向确权成果直接转化

23、本发明建模过程优先保障建筑外边界、竖向分层边界、闭合权属空间的完整性，模型成果可直接用于三维界址提取、产权体构建、分层空间量算，打通“实景三维数据—三维地籍产权成果”的自动化业务链路，实现技术与地籍业务深度耦合。

24、创新点5：首创无人机一体化自产地形基底工艺，实现全流程同源数据体系

25、现有技术普遍依赖外部存量dem、dom数据与在线三维服务，数据来源异构、基准不统一、安全性差，且缺乏针对三级异构模型的差异化处理与智能渲染调度机制。本发明通过无人机航测影像与点云数据自主生成dom、初始dem，结合gis精细化修正工艺形成标准化无缝地形基底，实现三级建模全链路数据同源、基准统一；创新设计三级异构数据差异化兼容加载方案，搭配全本地化数据处理发布架构，解决测绘数据保密难题；首创场景状态驱动的lod动态调度策略，破解海量三维数据加载卡顿、精度与效率失衡的行业难题，整套技术方案流程完整、工程落地性极强，具备突出的创新性与实用价值。

26、本发明的有益效果在于：

27、1、本发明建立三级分层实景三维建模体系，构建从无人机原始影像、点云到标准化地形基底的完整生产链路，摆脱对存量基础测绘数据的依赖，实现全域低成本覆盖与重点确权区域高精度建模的双向兼顾，有效解决传统建模模式效率低、成本高、精度不可控的问题。

28、2、通过畸变模型整体切除与结构化精细模型替换，彻底解决无人机倾斜摄影模型拉花、扭曲、破洞、结构失真问题，建筑边界几何精度满足三维地籍调查与确权登记规范要求。

29、3、搭建全本地化、差异化适配的多源数据标准化融合与智能渲染体系，针对地形瓦片、城市级倾斜模型、部件级精细模型三类异构数据匹配专属处理加载路径，通过cesiumlab完成格式归一、坐标统一、lod切片优化，依托tomcat实现离线数据服务发布，结合unity3d高精度地理配准技术，彻底消除多级模型融合偏差；搭配场景状态驱动的智能lod动态调度策略，按需切换模型渲染精度，有效解决大场景加载卡顿、漫游低效、细节展示不灵活的问题，兼顾建模精度、运行效率与测绘数据安全性，适配城市大规模三维地籍常态化落地应用。

30、4、成果可直接支撑三维产权体自动构建、分层空间量算、三维宗地图输出、地下空间确权，有效解决传统二维地籍无法刻画竖向叠置权属空间的短板，为城市立体化、精细化地籍管理提供可靠技术支撑。