基于規(guī)劃核實(shí)的三維地圖更新

趙自力，楊慶海

(鄭州市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河南鄭州 450052)

1 前言

傳統(tǒng)的規(guī)劃核實(shí)包含放線、基礎(chǔ)竣工和工程竣工核實(shí)。在具體實(shí)踐中，主要工作內(nèi)容為對(duì)建筑工程實(shí)施放線、基礎(chǔ)竣工測(cè)量、工程竣工測(cè)量后，及時(shí)向城鄉(xiāng)規(guī)劃主管部門提供最新的城市規(guī)劃、建設(shè)和管理動(dòng)態(tài)信息，并在城市信息化、電子政務(wù)和政務(wù)資源整合、共享等方面都有明確的要求和規(guī)定。以GIS技術(shù)為主要手段，以地理空間信息數(shù)據(jù)為索引，整合城市面向建設(shè)、規(guī)劃、招商、服務(wù)和管理等方面的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)部門的資源整合和共享，已經(jīng)成為公認(rèn)的解決方案［1］。

當(dāng)前，以智慧城市為標(biāo)志的城市信息化浪潮正在全國范圍內(nèi)迅速展開，對(duì)城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的智慧化提出了前所未有的創(chuàng)新和挑戰(zhàn)，比如快速感知城市中變化要素的位置、三維形態(tài)、時(shí)態(tài)信息、變化速度等多維空間信息，單純的二維GIS已經(jīng)無法準(zhǔn)確表達(dá)多維空間信息的變化［2，3］。同時(shí)，以三維數(shù)字地圖為載體搭載多維空間信息的多維GIS展現(xiàn)在人們面前，使人們對(duì)城市可以直接得到感性的認(rèn)知，城市規(guī)劃、建設(shè)、決策和調(diào)整可以在一個(gè)全新的環(huán)境下進(jìn)行，從而使城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的調(diào)控更為直觀化、現(xiàn)代化、科學(xué)化;但是，如何高效管理、及時(shí)更新龐大的多維城市空間信息，對(duì)智慧城市的建設(shè)和實(shí)現(xiàn)提出了更高的要求，本文以規(guī)劃核實(shí)為突破口，探索三維數(shù)字地圖數(shù)據(jù)管理和更新的新方法。

2 規(guī)劃核實(shí)資料分析

可用于GIS數(shù)據(jù)更新的資料主要有:建筑工程竣工圖(Extend Geography Platform of Sunway(EPS)地理信息工作站數(shù)據(jù))、建筑高程點(diǎn)信息、竣工測(cè)繪地形圖(EPS地理信息工作站數(shù)據(jù))、工程建設(shè)時(shí)間等資料，如圖1、圖2所示。

圖1 建筑工程竣工圖(EPS地理信息工作站數(shù)據(jù))

圖2 竣工測(cè)繪地形圖(EPS地理信息工作站數(shù)據(jù))

3 二三維一體化管理

基于EPS地理信息工作站從地理信息角度構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，以數(shù)據(jù)庫為核心，構(gòu)建圖形與屬性共存的框架，融圖形與屬性于一體，通過信息映射機(jī)制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，如圖3所示，實(shí)現(xiàn)對(duì)象級(jí)自由映射，更能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)象內(nèi)部細(xì)節(jié)信息無需編程即可直接映射到目標(biāo)系統(tǒng)，無縫接軌、無損轉(zhuǎn)換(目前可與國內(nèi)外常用數(shù)據(jù)格式雙向轉(zhuǎn)換)，從數(shù)據(jù)生產(chǎn)源頭實(shí)現(xiàn)數(shù)字化到信息化的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的GIS數(shù)據(jù)生產(chǎn)，在統(tǒng)一的坐標(biāo)系下，可做到隨時(shí)用隨時(shí)取，隨時(shí)生產(chǎn)隨時(shí)存。

圖3 信息映射與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)

EPS地理信息工作站以通用數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，開放、安全、海量、查詢標(biāo)準(zhǔn)化、訪問速度快，與以文件為基礎(chǔ)的系統(tǒng)相比，有本質(zhì)的飛躍;圖形、屬性一體化的模式，而不是圖形文件加屬性庫的掛接，使一體化應(yīng)用成為可能，不僅實(shí)現(xiàn)了GIS與CAD在數(shù)據(jù)層面上的統(tǒng)一;同時(shí)，實(shí)現(xiàn)二三維一體化的綜合服務(wù)系統(tǒng)支持三維模型場(chǎng)景、三維地形場(chǎng)景、多維GIS數(shù)據(jù)整合，進(jìn)行服務(wù)的發(fā)布和調(diào)用，具備多數(shù)據(jù)源管理功能。通過二維數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展快速生成三維建筑、道路、綠化、管線等，根據(jù)影像和二維房屋面快速生成三維模型、二維地名地址數(shù)據(jù)三維化建庫或擴(kuò)充、二三維聯(lián)動(dòng)更新，通過二維高效管理三維數(shù)據(jù)，如圖4所示。

二三維數(shù)據(jù)庫的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)三維與二維管理平臺(tái)無縫融合，將二維地理信息空間數(shù)據(jù)和三維場(chǎng)景中的空間位置相對(duì)應(yīng)，并通過交互時(shí)的事件觸發(fā)機(jī)制保持其變化時(shí)的同步，實(shí)現(xiàn)二維矢量、影像和三維場(chǎng)景的聯(lián)動(dòng)操作。采用跨系統(tǒng)技術(shù)接口，無縫集成二維和三維數(shù)據(jù)，滿足與相關(guān)系統(tǒng)融合需求，達(dá)到二三維場(chǎng)景互聯(lián)互通，如圖5所示。

圖4 二三維一體化管理

圖5 二三維數(shù)據(jù)庫互聯(lián)互通

4 歷史數(shù)據(jù)管理

由于數(shù)據(jù)采集制作的原因，模型和地形影像的歷史數(shù)據(jù)庫有不同管理方式。地形和影像是以時(shí)間點(diǎn)的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，滿足能抽查不同時(shí)間點(diǎn)的地形影像數(shù)據(jù)的需求。而模型(比如建筑)是以建筑本身的建設(shè)時(shí)間、拆除時(shí)間有關(guān)，所以是以時(shí)間段的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，如圖6所示。

圖6 時(shí)間設(shè)計(jì)

4.1 DEM與影像數(shù)據(jù)的更新與維護(hù)

DEM和遙感影像數(shù)據(jù)采用分塊(幅)管理方式，因此DEM數(shù)據(jù)的更新可以采用以下幾種方式:整體更新和分塊(幅)更新兩種方式。同時(shí)，三維數(shù)字平臺(tái)支持對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的高度調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)高程修改及實(shí)際應(yīng)用的需要。

如果某一塊(幅)或幾塊數(shù)據(jù)進(jìn)行了重新測(cè)繪，可以對(duì)變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊(幅)更新;如果得到新的版本全部數(shù)據(jù)，又可以進(jìn)行整體更新替換，如圖7所示。

圖7 分幅(分塊)數(shù)據(jù)更新

4.2 模型數(shù)據(jù)的更新與維護(hù)

為保證數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性，模型數(shù)據(jù)的維護(hù)、更新較頻繁，由于模型數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的生產(chǎn)基本以人工為主，因此這類數(shù)據(jù)的維護(hù)更新主要以人工為主，手動(dòng)修改模型或?qū)傩詳?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的每次修改都以任務(wù)的形式進(jìn)行，并進(jìn)行必要的版本控制，實(shí)現(xiàn)增量更新，其修改流程為:任務(wù)生成、維護(hù)修改、提交、檢查入庫、更新，如圖8所示。

圖8 統(tǒng)一更新維護(hù)

5 基于規(guī)劃核實(shí)的更新工作流程

基于規(guī)劃核實(shí)的三維數(shù)字地圖更新主要有3個(gè)環(huán)節(jié):資料收集、外業(yè)施測(cè)和內(nèi)業(yè)成圖，具體工作內(nèi)容如圖9所示。

(1)資料收集:規(guī)劃核實(shí)資料整理(整理測(cè)區(qū)規(guī)劃核實(shí)“竣工測(cè)繪地形圖”和“建筑工程竣工圖”資料)、1∶1 000地形圖(用于調(diào)查測(cè)區(qū)周邊建筑、地形、小品、交通設(shè)施等信息是否發(fā)生變化)、DOM影像圖(直觀展示測(cè)區(qū)及周邊建筑情況，為外業(yè)施測(cè)提供參考資料)、測(cè)區(qū)周邊路網(wǎng)數(shù)據(jù)(用于三維地形接邊)、可用于三維室內(nèi)場(chǎng)景制作的建筑設(shè)計(jì)資料。

圖9 基于規(guī)劃核實(shí)的三維地圖更新工作流程

(2)外業(yè)施測(cè):建筑物外墻紋理采集、測(cè)區(qū)景觀現(xiàn)狀調(diào)查(地形、綠化、景觀、小品等信息采集)、三維數(shù)據(jù)接邊調(diào)查(測(cè)區(qū)與周邊已有三維數(shù)字地圖數(shù)據(jù)是否存在接邊問題，若有進(jìn)行調(diào)查)、若需要進(jìn)行室內(nèi)場(chǎng)景照片采集。

(3)內(nèi)業(yè)成圖:完成各種三維模型數(shù)據(jù)的制作(利用外業(yè)采集資料，基于“竣工測(cè)繪地形圖”與“建筑工程竣工圖”資料完成建筑、景觀、交通實(shí)施、地形等三維建模)、三維數(shù)字地圖接邊［4］，對(duì)于竣工圖中修測(cè)的建筑需要進(jìn)行綜合取舍，應(yīng)精確反映建筑的外立面、屋頂結(jié)構(gòu)形式及各類附屬設(shè)施等細(xì)節(jié)。

6 更新成果

基于規(guī)劃核實(shí)對(duì)三維數(shù)字地圖更新成果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要包括:交換元數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)等，如圖10所示。

圖10 更新成果分類

(1)交換元數(shù)據(jù):

主要用來達(dá)到實(shí)現(xiàn)三維地理空間信息的有效管理和合理共享的雙重目的。對(duì)于數(shù)據(jù)生產(chǎn)者，一方面通過提供空間元數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)布有效的地理空間數(shù)據(jù)，最大限度地發(fā)揮已有地理空間信息的價(jià)值，另一方面根據(jù)空間元數(shù)據(jù)的內(nèi)容有效地管理和維護(hù)已有地理空間數(shù)據(jù)［5］。

(2)模型數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù):

模型文件用來真實(shí)反映建筑、地形和交通等實(shí)物的外觀細(xì)節(jié)，在三維地圖中沿模型漫游時(shí)，能清晰觀察到模型的每一個(gè)細(xì)節(jié)，模型觀感與原物體保持一致;且能反映建模物體長、寬、高等任意維度變化大于 0.5 m的細(xì)節(jié)(個(gè)別標(biāo)志性古建反映維度變化 0.2 m的細(xì)節(jié))。例如建筑的外觀轉(zhuǎn)角變化、陽臺(tái)、門窗框架樣式、屋檐造型等;模型三角面數(shù)多數(shù)控制在1500以內(nèi)［6］。

紋理文件能反映出材質(zhì)的實(shí)際圖案、顏色、透明度等，能區(qū)別出磚、木頭、玻璃、金屬、石頭等不同材質(zhì)，貼圖中不可含有建模物體以外的物體，紋理中 0.5 m的細(xì)節(jié)應(yīng)清晰可辨(個(gè)別標(biāo)志性古建紋理中 0.2 m的細(xì)節(jié)應(yīng)清晰可辨)。建筑各個(gè)面貼圖采用烘焙技術(shù)以及多重紋理貼圖制作，頂部貼圖使用影像圖中的建筑頂面貼圖，同時(shí)頂部貼圖修改精美。紋理單張分辨率要求最大不超過 2 047×2 047［7］。

屬性信息應(yīng)包含描述模型類型、用途和特征等的基本屬性信息和規(guī)劃核實(shí)項(xiàng)目相關(guān)信息，如:核實(shí)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、建設(shè)工程竣工測(cè)繪通知單、城市工程測(cè)量產(chǎn)品質(zhì)量檢查審核等信息，便于規(guī)劃核實(shí)信息的保存和應(yīng)用，并且可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行擴(kuò)充。

7 總結(jié)

探索二三維一體化管理、更新機(jī)制，以標(biāo)準(zhǔn)先行、建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，以三維地圖為載體融合多維空間信息搭建三維地理信息共享服務(wù)平臺(tái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)應(yīng)用的建設(shè)順序，未來最終實(shí)現(xiàn)“以一套數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，3D GIS為核心，云GIS為依托，多類應(yīng)用為方向”的智慧城市。

［1］李成名，劉曉麗，印潔等．?dāng)?shù)字城市到智慧城市的思考與探索［J］．測(cè)繪通報(bào)，2013(3):1～3．

［2］辜勝阻，楊建武，劉江日．當(dāng)前我國智慧城市建設(shè)中的問題與對(duì)策［J］．中國軟科學(xué)，2013(1):6～12．

［3］朱慶，林琿．?dāng)?shù)碼城市地理信息系統(tǒng)——虛擬城市環(huán)境中的三維城市模型初探［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2004．

［4］盧丹丹，吳熙，王厚之等．三維竣工測(cè)量的研究與應(yīng)用［J］．城市勘測(cè)，2010(6):47～50．

［5］CJJ/T 157－2010．城市三維建模技術(shù)規(guī)范［S］．

［6］呂翠華，陳秀萍，張東明．基于三維激光掃描技術(shù)的建筑物三維建模方法［J］．科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12(10):2410～2414．

［7］GB/Z24357－2009．地理信息元數(shù)據(jù)XML模式實(shí)現(xiàn)［S］．