从无人机3D模型直接产生边坡剖面(Cross Section)

11月前浏览1049

1 引言

昨天在群内问了"有没有根据地形图一键产生边坡剖面的快速方法"，许多老师和同学们提供了解决方案，例如GlobalMapper，MicroStation, Civil3D，3DMine，南方CASS，以及一些CAD插件，如Geosection插件和CAD剖面图生成辅助工具等，但一些有经验的工程师们也指出了这类软件和工具可能遇到的问题，即当道路截断了地形等高线时，生成的剖面图会出现“不连续”，因为软件识别不了没有高程数据的点。不过，我想象Civil3D和Microstation这类专做土木工程的老牌软件应该能够恰当地处理这种“奇异”问题，只是由于时间关系我不打算进行试验和验证。

既然从地形图产生剖面图有固有的缺点，而且需要安装和学习新的软件，例如Civil3D或Microstation，因此决定从无人机产生的3D模型直接切割剖面，一方面，这种方法"绝对"精确，另一方面，可以任意产生出许多剖面用于比较。不过，显而易见，这种直接从3D模型产生剖面的方法只"实时地"适用于开采现状，开采终了的剖面还得依靠上述切剖面的方法。本文作为项目的原型，演示了从无人机3D模型产生边坡剖面的过程，这样可以在开采现状阶段把3D稳定性分析和2D稳定性分析实现无缝集成。

2 无人机模型数据结构

以前别人提供的无人机模型都是已经转换好的文件，例如dxf或dwg文件，这样可以直接导入Rhino或SketchUp等软件而无需考虑无人机模型的数据结构。这次提供的是无人机模型的原始数据。模型包括两个文件夹，一个是map，另一个是models，map文件夹内包含许多png文件，一个dsm.tif，还有一个文件尺寸很大的result.tif文件。这个文件我记得可以在Surfer中打开观看。models文件夹内包含下面的文件夹。

(1) report内是一些Json数据；

(2) terra_b3dms内是一些Json数据和B3DM格式的文件。B3DM是一种用于表示三维地理空间数据的文件格式，它是3D Tiles规范（一种用于高效可视化大规模三维数据的规范）中定义的一种文件格式。B3DM主要在GIS和虚拟现实领域中使用。OpenSceneGraph，Global Mapper，ArcGIS和QGIS可以打开B3DM文件。试验了OpenSceneGraph和Global Mapper，但由于不熟悉一些基本概念，因此都未取得成功。

(3) terra_las内只有一个文件cloud.las；

(4) terra_osgbs内包含着大量osgb文件。OSGB格式是一种用于表示三维地理空间数据的文件格式，也称为OpenSceneGraph Binary格式。该格式通常用于地理信息系统（GIS）和虚拟现实（VR）应用中，可以包含地形数据、建筑物、植被等三维空间要素。OSGB包含了一个场景图（Scene Graph），其中包括了多个节点（Node）和节点之间的关系，以及每个节点的属性和数据等信息。节点可以是几何体（Geometry）节点、材质（Material）节点、纹理（Texture）节点等，每个节点可以包含不同的数据，如顶点坐标、法向量、纹理坐标、颜色值等。OSGB格式的优点是可以高效地存储和加载大规模的三维地理空间数据，同时支持动态加载、场景管理和交互性等功能。

创建该无人机模型的工程师建议使用DasViewer软件打开Model.osgb文件来观察模型，显然这种方法对我们没有实际用处，我们需要的是模型中的数据。

(5) terra_pnts内包含着许多Json文件和pnts文件。

3 产生二维剖面

在比较了无人机模型的各种存储格式后，决定使用cloud.las文件。LAS数据格式是一种常用的激光雷达数据格式，可以用于存储无人机获取的地形和建筑物等三维点云数据。按照如下步骤操作：

(1) Geometry>Import/Export>Import Geometry，导入cloud.las文件；

(2) Geometry>Surface Triangulation Tools>Add Surface From Existing Points, 导入点云数据，创建地形表面。

3D稳定性分析的步骤参考：