城市污水周边环境模型的处理系统及方法

摘要

本发明涉及一种城市污水周边环境模型的处理系统及方法，属于模型管理技术领域，解决了现有的污水周边环境二维模型直观性差、地图服务更新频率高、效率低的问题。该系统包括：模型建立模块，建立不同时间段对应的污水周边环境三维模型；基础地形图发布模块，发布目标污水周边环境的基础地形图；转换模块，对周边环境三维模型进行瓦片化处理获得不同分辨率的子模型，并分别转化为第一文本文件；对应地将基础地形图进行瓦片化处理，并分别转化为第二文本文件和第三文本文件；融合模块，将目标时间段内相同分辨率的上述文本文件进行融合获得目标污水对应的可视化周边环境三维模型。通过该系统既能直观了解污水周围环境，又能够避免频繁更新地图服务。

说明书

技术领域

本发明涉及模型管理技术领域，尤其涉及一种城市污水周边环境模型的处理系统及方法。

背景技术

现有技术中，城市治理单位监测污水(黑臭水体)周围环境问题时，通常选用二维GIS数据和遥感影像结合进行，通过高分辨率遥感影像基于地理国情监测数据和其他专题数据监理污水(黑臭水体)监测模型，形成客观的污水(黑臭水体)监测数据库，能够初步判断出城市水体从无黑臭到重度黑臭的变化，该方法适用于背景环境简单、水系分布清晰、遥感影像资源丰富的地区进行黑臭水体普查使用。

现有技术至少存在以下缺陷，一是，传统方式基于Arcgis发布二维水体信息，通过基础地图叠加虽可以直观了解到污水信息，但在研究污水污染影响因子时，只能通过文字、图片等信息表述，无法直观的了解污水周边环境；二是，当把水层因素及周边环境监测作为需求时，现有的水体周边环境二维模型无法满足监测需求，此外，由于水体环境的时效性、偶发性导致需要频繁更新地图服务，浪费服务资源的同时，降低了效率。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种城市污水周边环境模型的处理系统及方法，用以解决现有污水周边环境二维模型直观性差、地图服务更新频率高、效率低的问题的问题。

一方面，本发明提供了一种城市污水周边环境模型的处理系统，包括：

模型建立模块，用于基于不同时间段内采集的目标污水周边环境的影像数据建立不同时间段对应的污水周边环境三维模型；

基础地形图发布模块，用于发布所述目标污水周边环境的基础地形图，所述基础地形图包括二维地形图和三维地形图；

转换模块，用于对所述周边环境三维模型进行瓦片化处理获得多个不同分辨率的污水周边环境三维子模型，并分别将不同分辨率的周边环境三维子模型转化为对应的第一文本文件；以及按照所述污水周边环境三维子模型的分辨率对应地分别将所述二维地形图和三维地形图进行瓦片化处理，并分别转化为对应的第二文本文件和第三文本文件；

融合模块，用于将目标时间段内对应的相同分辨率的第一文本文件、第二文本文件及第三文本文件进行融合获得目标污水对应的可视化周边环境三维模型。

进一步的，所述转换模块，还用于为所述第一文本文件、第二文本文件以及第三文本文件建立对应的第一索引文件、第二索引文件和第三索引文件，利用索引文件可以调用不同分辨率的文本文件。

进一步的，还包括空间数据库创建模块，用于创建空间数据库，以存储不同时间段内的第一文本文件、第二文本文件、第三文本文件以及对应的第一索引文件、第二索引文件和第三索引文件。

进一步的，所述空间数据库创建模块，进一步用于：

根据所述污水及其所属的行政区设置创建的所述空间数据库的名称及代码；

根据所述污水周边环境三维模型的生成时间设置所述空间数据库的时间属性。

进一步的，所述污水周边环境三维模型建立于空间直角坐标系中；所述转换模块具体用于：

将所述污水周边环境三维模型中每个三维物体所包含的空间三角形中的Z坐标值最大的点作为第一空间三角形的顶点；

以所述第一空间三角形的顶点为空间基准，确定所述污水周边环境三维模型中每一三维物体所包含的其他空间三角形的顶点的空间位置，进而确定污水周边环境三维模型中各空间三角形的顶点与对应空间三角形之间的空间拓扑关系；

设置每一分辨率下需要调用的顶点集和需要渲染的空间三角形数量，进而获得不同分辨率的污水周边环境三维子模型副本，并建立第一索引文件。

进一步的，同一分辨率的污水周边环境三维子模型副本可以被分割为多个污水周边环境三维子模型子副本。

进一步的，所述转换模块还用于：

获取不同分辨率的污水周边环境三维子模型副本中每一三维物体的属性信息；所述属性信息包括污水周边环境三维子模型副本中每一三维物体的顶点序列、顶点坐标、所包含的空间三角形索引、每一空间三角形对应的法向量、纹理信息和顶点坐标以及所述污水周边环境三维子模型的生成时间，以及污水周边环境三维模型子副本的位置坐标；

将所述顶点序列和模型生成时间存入xml文件，将所述污水周边环境三维子模型中每一三维物体的顶点坐标、所包含的空间三角形索引、每一空间三角形对应的法向量、纹理信息和顶点坐标存入data文件，并将所述污水周边环境三维子模型副本的位置坐标存入data文件，进而获得对应不同分辨率的第一文本文件。

进一步的，所述融合模块进一步用于：

创建三维模型渲染器；

调取目标分辨率的所述第一文本文件、第二文本文件、第三文本文件分别对应的第一索引文件、第二索引文件、第三索引文件，并添加至所述渲染器；

根据所述第二索引文件调取目标分辨率的第二文本文件，根据目标分辨率确定所述渲染器的分辨率，并根据调取的所述第二文本文件的位置坐标确定所述渲染器的初始坐标；

利用调取的所述第一索引文件、调取目标分辨率、目标位置坐标以及目标时间段内的第一文本文件；并利用调取的第三索引文件调取目标分辨率、目标位置坐标的第三文本文件；

将所述第一文本文件、第二文本文件、第三文本文件加载至所述渲染器中，以获得目标污水对应的可视化周边环境三维模型，并对所述周边环境三维模型的高度参数进行调整，使所述周边环境三维模型与二维地形图和三维地形图契合。

另一方面，本发明提供了一种城市污水周边环境模型的处理方法，包括以下步骤：

基于不同时间段内采集的目标污水周边环境的影像数据建立不同时间段对应的污水周边环境三维模型；

发布所述目标污水周边环境的基础地形图，所述基础地形图包括二维地形图和三维地形图；

对所述周边环境三维模型进行瓦片化处理获得多个不同分辨率的污水周边环境三维子模型，并分别将不同分辨率的周边环境三维子模型转化为对应的第一文本文件；以及按照所述污水周边环境三维子模型的分辨率对应地分别将所述二维地形图和三维地形图进行瓦片化处理，并分别转化为对应的第二文本文件和第三文本文件；

将目标时间段内对应的相同分辨率的第一文本文件、第二文本文件及第三文本文件进行融合获得目标污水对应的可视化周边环境三维模型。

进一步的，还包括为所述第一文本文件、第二文本文件以及第三文本文件建立对应的第一索引文件、第二索引文件和第三索引文件，利用索引文件可以调用不同分辨率的文本文件。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明提出的城市污水周边环境模型的处理系统及方法，对不同时间段内的污水周边环境三维模型进行瓦片化处理，获得不同时间段内、不同分辨率的周边环境三维子模型，并将污水周边环境三维子模型与基础地形图分开管理，需要查看黑出水体周边环境并进行分析时，只需调用目标时间段内目标分辨率的污水周边环境三维子模型与二维地形图、三维地形图进行融合，以获得可视化的污水周边环境三维模型，无需对三维地形图和二维地形图进行频繁更新，首先，节省了地图服务资源，并提高了效率；其次，解决了污水周边环境因子不便于固定周期实地调查、测量等问题，通过污水周边建模、模拟污染水体环境及演变过程，可以进行固定周期的城市污水影响因子和整治进展的分析。

2、本发明提出的城市污水周边环境模型的处理系统及方法，将污水周边环境三维子模型与二维地形图、三维地形图进行融合，为城市水体污染治理摆脱了污水周边环境二维模型及二维地图的局限性，能够直观精确的呈现地理信息和环境信息，大大提升了城市水体污染信息的有效管理。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例城市污水周边环境模型的处理系统的示意图；

图2为本发明实施例创建可视化的污水周边环境三维模型的流程示意图；

图3为本发明实施例城市污水周边环境模型的处理方法的流程图。

附图标记：

110-模型建立模块；120-基础地形图发布模块；130-转换模块；140- 空间数据库创建模块；150-空间数据库；160-融合模块。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

系统实施例

本发明的一个具体实施例，公开了一种城市污水周边环境模型的处理系统。如图1所示，该系统包括：

模型建立模块110，用于基于不同时间段内采集的目标污水周边环境的影像数据建立不同时间段对应的污水周边环境三维模型。

基础地形图发布模块120，用于发布目标污水周边环境的基础地形图，其中，基础地形图包括二维地形图和三维地形图。

示例性的，基于ArcGIS软件工具，将获取到的multipatch数据(多面体要素数据)添加到Arcgis pro中，将污水周边环境地形的整体场景作为基础地形图。

转换模块130，用于对周边环境三维模型进行瓦片化处理获得多个不同分辨率的污水周边环境三维子模型，并分别将不同分辨率的周边环境三维子模型转化为对应的第一文本文件；以及按照污水周边环境三维子模型的分辨率对应地分别将二维地形图和三维地形图进行瓦片化处理，并分别转化为对应的第二文本文件和第三文本文件。

融合模块160，用于将目标时间段内对应的相同分辨率的第一文本文件、第二文本文件及第三文本文件进行融合获得目标污水对应的可视化周边环境三维模型。

具体的，创建可视化的污水周边环境三维模型的流程如图2所示。

优选的，模型建立模块110，具体通过下述方式建立不同时间段内的污水周边环境三维模型：

在不同时间段内，基于倾斜摄影技术选取适配的传感器尺寸及生产区域以进行拍摄，获取目标污水周边环境的影像数据，其中，生产区域即摄像所要拍摄的区域，从而确定拍摄角度。

使用Smart3D软件，利用空三解算方法基于采集到的对污水周边环境数据进行建模处理，获得不同时间段内对应的污水周边环境三维模型，该三维模型为osgb格式的文件。

具体的，建立不同时间段内的污水周边环境三维模型，是为了分析其演变过程，进而可以对城市污水的变化趋势整体了解，并及时进行整治预防，也为后期污水整治预防策略提供数据依据。

优选的，转换模块130，还用于为第一文本文件、第二文本文件以及第三文本文件建立对应的第一索引文件、第二索引文件和第三索引文件。

优选的，还包括空间数据库150创建模块140，用于创建空间数据库 150，以存储不同时间段内的第一文本文件、第二文本文件、第三文本文件以及对应的第一索引文件、第二索引文件和第三索引文件。

优选的，空间数据库150创建模块140，进一步用于：

根据污水及其所属的行政区设置创建的空间数据库150的名称及代码；

根据污水周边环境三维模型的生成时间设置空间数据库150的时间属性。

优选的，污水周边环境三维模型建立于空间直角坐标系中；转换模块130通过下述方式获得不同分辨率的污水周边环境三维子模型副本：

将污水周边环境三维模型中每个三维物体所包含的空间三角形中的 Z坐标值最大的点作为第一空间三角形的顶点。

以第一空间三角形的顶点为空间基准，确定污水周边环境三维模型中每一三维物体所包含的其他空间三角形的顶点的空间位置，进而确定污水周边环境三维模型中各空间三角形的顶点与对应空间三角形之间的空间拓扑关系，其中，形成的空间拓扑关系包含了空间三角形的Z坐标值最大的顶点、对应两条边的夹角、两条边的边长，以及相邻空间三角形间的位置关系。

设置每一分辨率下需要调用的顶点集和需要渲染的空间三角形数量，进而获得不同分辨率的污水周边环境三维子模型副本，并建立第一索引文件。示例性的，用户需要对较大区域内的污水周边环境进行了解，则只需获得较低分辨率的污水周边环境三维子模型即可，则是需要调用较少数量的顶点和空间三角形；若用户需要对污水周边中某一物体进行详细了解，则需要获得较高分辨率的污水周边环境三维子模型，则需要调用较多数量的顶点和空间三角形。

优选的，同一分辨率的污水周边环境三维子模型副本可以被分割为多个污水周边环境三维子模型子副本。示例性的，污水水体过长时，可以将同一分辨率的污水周边环境三维子模型副本分为对个子副本进行处理和存储。

优选的，索引文件中，通过设置不同的分辨率索引可以对应代用不同分辨率的文本文件，此外，若同一分辨率的污水周边环境三维子模型副本被分割为多个子副本，索引文件可以调取其中一个或多个子副本对应的文本文件。

优选的，转换模块130还用于：

基于交点坐标、空间拓扑关系以及图像灰度值获取不同分辨率的污水周边环境三维子模型副本中每一三维物体的属性信息。其中，交点坐标即共用一条边的两个空间三角形的交点，此外，根据拍摄的数据即可获得图像，对图像进行处理进而获得图像灰度值，根据图像灰度值能够确定空间三角形的纹理信息。

具体的，属性信息包括污水周边环境三维子模型副本中每一三维物体的顶点序列(即三维物体的ID)、顶点坐标(z坐标值最大的顶点的坐标)、所包含的空间三角形索引(即建模生成物体的多个碎片)、每一空间三角形对应的法向量(即每一个空间三角形的倾角)、纹理信息 (即每一个空间三角形的图案)和顶点坐标(z坐标值最大的顶点的坐标) 以及污水周边环境三维子模型的生成时间，以及污水周边环境三维模型子副本的位置坐标。

将所述顶点序列和模型生成时间存入xml文件，将污水周边环境三维子模型中每一三维物体的顶点坐标、所包含的空间三角形索引、每一空间三角形对应的法向量、纹理信息和顶点坐标存入data文件，并将所述污水周边环境三维子模型副本的位置坐标存入data文件，进而获得对应不同分辨率的第一文本文件，该第一文本文件为xml+data格式的文件。并利用Export Manager工具，以行政区划为索引将第一文本文件导入空间数据库150存储。

采用同样的方式对二维地形图和三维地形图进行瓦片化处理，获得与第一文本文件分辨率对应相同的第二文本文件和第三文本文件。

优选的，融合模块160通过下述方式对第一文本文件、第二文本文件和第三文本文件进行融合：

创建三维模型渲染器；具体的，通过Viewer函数创建Cesium渲染器，并配置参数，为其添加时间轴、仪表盘等功能区域。

调取目标分辨率的第一文本文件、第二文本文件、第三文本文件分别对应的第一索引文件、第二索引文件、第三索引文件，并添加至渲染器；具体的，创建Cesium3DTileset实例，通过实例url属性从空间数据库150中调取第一索引文件，并通过zoomTo方法其添加至Cesium渲染器中，此外，创建ArcGisMapServerImageryProvider实例，通过实例url 属性从所述空间数据库150中调取第二索引文件和第三索引文件，并通过addImageryProvider方法将其添加至Cesium渲染器中。

根据第二索引文件调取目标分辨率的第二文本文件，根据目标分辨率确定渲染器的分辨率，并根据调取的第二文本文件的位置坐标确定渲染器的初始坐标；具体的，创建Cesium.Cartesian3.fromDegrees实例，根据获得的第二文本文件的位置坐标及分辨率，通过camera.flyTo方法确定 Cesium渲染器初始坐标及分辨率。

利用调取的第一索引文件、调取目标分辨率、目标位置坐标以及目标时间段内的第一文本文件；并利用调取的第三索引文件调取目标分辨率、目标位置坐标的第三文本文件。其中目标位置坐标的选择，以最终获得的二维地形图、三维地形图和污水周边环境三维模型不重合为准。

将第一文本文件、第二文本文件、第三文本文件加载至渲染器中后，便可获得目标污水对应的可视化周边环境三维模型，并对周边环境三维模型的高度参数(即高程)进行调整，使周边环境三维模型与二维地形图和三维地形图契合。优选的，对周边环境三维模型的高度参数的调整范围为地形高程最高点至最高点加100m。

优选的，还包括web端工具封装，具体的，将web端操作步骤封装为可配置函数，通过对行政区划和时间序列的限制，加强对污水周边环境三维模型使用权限的管理，使不同研究人员可查看相应区域的污水周边环境三维模型。

方法实施例

本发明的另一个实施例，公开了一种城市污水周边环境模型的处理方法。

由于该方法实施例与上述系统实施例的原理相同，重复之处可参考系统实施例，在此不再赘述。

如图3所示，该方法包括以下步骤：

基于不同时间段内采集的目标污水周边环境的影像数据建立不同时间段对应的污水周边环境三维模型。

发布目标污水周边环境的基础地形图，该基础地形图包括二维地形图和三维地形图。

对周边环境三维模型进行瓦片化处理获得多个不同分辨率的污水周边环境三维子模型，并分别将不同分辨率的周边环境三维子模型转化为对应的第一文本文件；以及按照污水周边环境三维子模型的分辨率对应地分别将二维地形图和三维地形图进行瓦片化处理，并分别转化为对应的第二文本文件和第三文本文件；

将目标时间段内对应的相同分辨率的第一文本文件、第二文本文件及第三文本文件进行融合获得目标污水对应的可视化周边环境三维模型。

优选的，还包括为所述第一文本文件、第二文本文件以及第三文本文件建立对应的第一索引文件、第二索引文件和第三索引文件，利用索引文件可以调用不同分辨率的文本文件。

与现有技术相比，本发明提供的城市污水周边环境模型的处理系统及方法，一方面，对不同时间段内的污水周边环境三维模型进行瓦片化处理，获得不同时间段内、不同分辨率的周边环境三维子模型，并将污水周边环境三维子模型与基础地形图分开管理，需要查看黑出水体周边环境并进行分析时，只需调用目标时间段内目标分辨率的污水周边环境三维子模型与二维地形图、三维地形图进行融合，以获得可视化的污水周边环境三维模型，无需对三维地形图和二维地形图进行频繁更新，首先，节省了地图服务资源，并提高了效率；其次，解决了污水周边环境因子不便于固定周期实地调查、测量等问题，通过污水周边建模、模拟污染水体环境及演变过程，可以进行固定周期的城市污水影响因子和整治进展的分析；另一方面，本发明提出的城市污水周边环境模型的处理系统及方法，将污水周边环境三维子模型与二维地形图、三维地形图进行融合，为城市水体污染治理摆脱了污水周边环境二维模型及二维地图的局限性，能够直观精确的呈现地理信息和环境信息，大大提升了城市水体污染信息的有效管理。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。