三维可视化之GIS数据获取与导入

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721 0 3 2024-06-15

在数字孪生三维可视化开发中,特别是针对大型的智慧城市景观、道路、园区等重要场景建模,数据的获取尤为关键,一份准确且处理得当的地理数据是后期实现整个场景效果的关键,那么我们今天讲讲有哪些数据获取的渠道以及我们该如何处理获取的数据的。

在这开始之前,我们先了解两个基本的概念:地理坐标与投影坐标。因为我们获取的数据都是带有实际的坐标位置的,也就是和我们现实世界是能够一一对应的,统一坐标系是我们处理数据的关键。

地理坐标系

地理坐标系是用经纬度表示地面点位置的球面坐标,实际上是一种球面坐标系统。 比较常见的坐标系统包括:

WGS-84世界大地坐标系——GCS_WGS_1984(WGS_1984) WGS84坐标系是为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统,通过遍布世界的卫星观测站观测到的坐标建立。坐标原点为地球质心,其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH (国际时间服务机构)1984.0定义的协议地球极(CTP)方向,X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点,Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系,称为1984年世界大地坐标系统。 

北京54坐标系——GCS_Beijing_1954(Krasovsky_1940) 新中国刚成立时,受历史条件,暂时采用前苏联的克拉索夫斯基椭球,大地原点在前苏联的普尔科沃 。

西安80坐标系——GCS_Xian_1980(IAG_75) 积累了30年测绘资料基础上,采用1975年第16届国际大地测量和地球物理联合会推荐的新的椭球体参数,确定重新定位。以陕西省西安市以北泾阳县永乐镇某点为国家大地坐标原点,建立了西安80坐标系。不适合建立全球统一的坐标系统。 

CGCS2000坐标系——GCS_CN_2000(CN_2000) 我国最新的国家大地坐标系,原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。CGCS2000的定义与WGS84实质一样,即关于坐标系原点、尺度、定向及定向演变的定义都是相同的。仅考虑椭球的差异,两者的结果是一致的,但因2000国家大地坐标系的坐标定义在2000年那一时刻,而大多数应用实际上是不同时间进行定位,因地球上的板体是在不断运动的,不同时刻位于地球不同板块上站点的实际位置是在变化的,已经偏离了2000年的位置。 

投影坐标系

投影坐标系的实质就是建立地球椭球面上的点的地理坐标(i,j)与平面上对应点的平面坐标(x,y)之间的函数关系。地理坐标系经过投影后变成投影坐标系,也就是说,投影坐标系 = 地理坐标系 + 投影方式。 

 根据投影构成方式、变形规律的不同,主要分为以下几类:

比较常用的投影就是高斯-克吕格投影、UTM投影。 

高斯克吕格投影设想用一个椭圆柱横切于地球椭球体的某一经线上,这条与圆柱面相切的经线,称中央经线。它是一种等角横轴切椭圆柱投影,以中央经线为投影的对称轴,将东西各3°或1°30′的两条子午线所夹经差6°或3°的带状地区按数学法则、投影法则投影到圆柱面上,再展开成平面。狭长的带状的经纬线网叫做高斯-克吕格投影带。

另一个UTM投影是由美国军方在1947提出的,与“高斯-克吕格”相似的坐标系统,而实际上UTM采用了网格的分带(或分块)。同时,UTM在世界其他地方都采用WGS84。 UTM是由美国制定,因此起始分带并不在本初子午线,而是在180度。一般根据地理位置选择最相近的变形最小的分度带。  

好了,接下来进入我们正题,GIS数据获取的途径有哪些,要明白这些,我们首先得归纳一下GIS数据的类型有哪些,其实主要包括:POI数据、行政区划、OSM数据(建筑shp数据、交通、路网、水系 )、DEM高层数据、卫星影像等这几类。


一、POI数据获取

POI数据,代表真实地理实体空间的点状数据,通常包含名称、类别、地理坐标等信息。 比如我们地图上看到的肯德基、奶茶店、工厂、公司等位置就是由POI数据获取。

获取路径:规划云网站:http://guihuayun.com/

点击右侧的poi图标,我们输入位置和具体的地理关键词,就能获取到想要的poi数据,获取完成后我们复制进txt文本后将后缀改为.json再拖入qgis图层。

记住两个常用编码:GB2312和UTF-8,我们后面处理数据会经常遇到。


二、行政区域下载

行政区划下载路径较多,主要有:

1、规划云

http://www.guihuayun.com/maps/region_datav.php

2、阿里云http://datav.aliyun.com/portal/school/atlas/area_selector#&lat=13.15437605541853&lng=135.52734375&zoom=3

3、Easyv地图

https://map.easyv.cloud/

4、水经注全能地图下载器(水经微图)

http://www.rivermap.cn/down.html#wemap


三、OSM数据

1、Openstreetmap

https://www.openstreetmap.org/(需要科学上网打开)

从里面下载的数据包含了建筑shp数据、道路、水系、绿地等数据,对于精度要求不高的项目我们可以快速从这里进行下载使用,处理方式有两种:一个是导入QGIS进行处理,另外一个是通过blender的gis插件进行导入处理(我们之前有讲过blender的gis插件处理地形,可以去我主页翻翻,这里就不再讲述)。

2、建筑shp数据

获取建筑shp数据除了我们上面讲的之外,还有其他几种途径:

a、水经注万能地图下载器(百度建筑数据):http://www.rivermap.cn/down.html#wemap

b、规划云:http://www.guihuayun.com/maps/region_datav.php

c、天地图(数据较全,需要借助Auto2v进行转换):https://www.tianditu.gov.cn/

3、天地图获取交通路网、水系、湖泊

官网地址:https://www.tianditu.gov.cn/ (需要自己注册账号使用)

使用较多的是水系(HYDL)、湖泊数据。


四、DEM高程数据

地图空间数据云:https://www.gscloud.cn/search

高程数据模型(Digital Elevation Model,DEM)是地理空间数据的重要组成部分,它描述了地球表面的海拔高度和地形特征。

进入官网,点击高级检索,搜索自己想要下载的区域然后检索下载,选择GDEMV2 30M选项。

导入数据至QGIS:卫星影像坐标系选择4326,注意:地理坐标系转投影坐标系--修改工程文件坐标系为WGS84-UTM znoe 50(投影坐标系),卫星影像和高程图也同步修改(栅格-投影-变形,修改源和目标坐标系)


五、卫星影像

1、Qgis(插件quickmapservice要自己勾选上,才能出现卫星地图,如无法显示需要在设置中重新加载);

QGIS官网下载地址:https://www.qgis.org/en/site/

2、Qgis天地图插件

在Qgis中使用天地图插件可获取地理影像数据,但需要先进入天地图官网注册天地图账号获取key,然后将key复制进插件中才能使用。

具体可以观看b站视频:https://www.bilibili.com/video/BV1CB4y1o7o5/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=453d393f70206b0bfd19b02b91f45c81

3、水经注卫星影像

水经微图:http://www.rivermap.cn/down.html#wemap

具体下载方法可观看b站视频:https://www.bilibili.com/video/BV1bU4y1K7gx/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=453d393f70206b0bfd19b02b91f45c81


六、BlenderGIS结合QGIS导入本地地图数据

前面我们讲了这么多数据获取路径和方法,那么通过什么方式处理最终变成我们画面的3D模型呢?

我们通过QGIS然后集中处理各种数据,然后通过blenderGis插件导入至blender生成模型,经过模型处理和贴图后导入至Unity或者UE等三维引擎,具体操作我们后期单独将,可以先看B站视频学习:

https://www.bilibili.com/video/BV1Xa4y177YA/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=453d393f70206b0bfd19b02b91f45c81

感谢观看!

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