三維地理信息模型質檢系統的設計與實現

侯亞娟,葛中華(浙江省測繪質量監督檢驗站,浙江杭州 310012)

三維地理信息模型質檢系統的設計與實現

侯亞娟?,葛中華
(浙江省測繪質量監督檢驗站,浙江杭州 310012)

摘 要:三維地理信息模型數據成果作為一種新型測繪成果,常規的檢驗方法存在諸多弊端,為提高三維地理信息模型數據質檢效率,本文設計并實現了一款簡便實用的三維地理信息模型質檢軟件。該系統成功實現了檢驗所需軟件環境的有效整合、自動化數學精度檢測和一鍵式樣本原始記錄冊的直接導出等功能。在實際工作中證明其能有效提高質檢工作效率、維護檢驗過程的規范性。

關鍵詞:三維地理信息模型;質量檢驗;系統設計;系統實現

1 引 言

鑒于其顯著的真實性、直觀性和可量測性等特點,三維地理信息模型產品在我國城市管理、規劃和公眾服務等多個方面的應用越來越廣泛。以浙江省為例,近半數以上的地市和多個縣級市均在其“數字城市”項目建設中包含了覆蓋主城區或全市域的三維地理信息模型產品。正是由于該類測繪成果數量的不斷增多,必然引起人們對其成果質量的重視。相應地,各省級測繪質量檢驗機構近年來受檢的三維地理信息模型項目也呈現逐年上升趨勢,且項目檢驗難度不斷增大。當前我國三維地理信息模型產品的質量評價體系除包括常規的數學基礎、附件質量等質量元素外,還包括數學精度和模型質量等多個元素[1][2];在檢驗方法上主要采用如何生產、如何檢驗的方式進行,即在一定的軟件環境中進行模型數學精度檢測,同時在場景運行環境下結合生產過程中拍攝的大量的實景照片進行模型細節質量的檢驗。在目前三維地理信息模型檢驗項目不斷增多的情況下,這種常規的“模型文件+場景文件”相組合進行成果質量評價的方式顯得笨拙和不便,且存在不少弊端,比如精度檢測完全依賴人工、檢查錯誤記錄不易回溯查看、樣本檢查記錄需人工匯總等等。因此,如何運用計算機三維可視化技術建立統一的檢驗工具平臺、減少在不同軟件環境中的切換,實現三維地理信息模型成果質量的自動檢驗、自動匯總評價,規范和簡化檢驗過程,統一質量評價標準,提高檢驗效率,是測繪地理信息質檢技術人員面臨的、迫切需要解決的問題。

朱學明[3]等將三維技術應用于地下管線數據質量檢驗,設計并實現了智能化質檢系統。該系統將二維管線數據進行三維可視化后輔助進行質量檢驗,該系統檢驗的數據對象依然為二維測繪成果。朱紫陽[4]、張凱[5]等均從三維地理信息模型成果的評價體系上進行了論述和探討,未提及其具體的檢查方法和檢查手段。目前,國內鮮有對三維模型質檢軟件的研究和討論。因此,本文從源頭著手,針對當前三維模型生產軟件多樣化、文件組織與格式不統一等現狀,按照三維地理信息模型質檢要求,提出統一的質檢數據提交規范;在此基礎上開展質檢業務流程和系統結構設計,著重對各業務中的質檢項目進行了詳細的軟件設計,最終實現了三維地理信息模型質檢系統,輔助質檢人員科學、高效地開展檢查驗收工作。

2 數據提交規范

當前三維地理信息模型成果的展示平臺多種多樣,其成果格式也各不相同。因此,要建立統一的質檢軟件平臺首先就需要對數據成果的提交格式或相關要求進行規范,以適應通用質檢軟件的需要,進而最大限度地實現檢驗工作的信息化和自動化。

三維地理信息模型成果通常包含多個組成部分,歸納起來主要有:三維模型原始文件(通常為3ds Max格式)、三維模型應用系統(整合了各種模型數據和特定的軟件環境,是三維項目的最直接成果)、外業拍攝實景照片和其他附件成果等。另外,在檢驗過程中除需要生產單位提交完整的上述成果外,還需要檢查員就檢查驗收工作的需要開展外業實測或內業從資料中采集部分精度檢測數據,包括平面精度檢測點和高程精度檢測點。因此,建立三維地理信息模型數據提交規范就是要為數據成果確立目錄結構和格式要求,從而為通用的質檢平臺提供數據前提。

圖1　數據提交規范示意圖

3 系統設計

本系統的建設目標是從質檢實際工作出發,根據數字測繪成果檢驗流程和實驗室資質認定評審的要求,集成OA辦公自動化與三維GIS技術,設計融測繪檢驗成果數據質量檢查、數學精度統計、成果錯漏扣分、原始記錄存檔、原始記錄冊和檢驗報告自動生成等功能于一體的三維地理信息模型質檢軟件,實現二三維數數據交互、三維半自動化模型精度質檢、質量元素自動評分、一鍵式原始檢驗記錄冊及檢驗報告生成等功能。

3．2系統結構

整個系統的功能結構以常規檢驗業務流程為基礎進行設計和組織,同時通過具體的功能設計對檢驗流程進行了規范和約束,從流程上確保檢驗工作質量。整合后的質檢業務流程如圖2所示,主要分為4個步驟:①成果數據形式審查,主要檢查成果內容的組織是否完備、格式是否符合數據提交規范;②質檢參數設置,是指根據不同的項目,配置相應的質檢參數和質量標準,包括平面精度中誤差、高程精度中誤差、普通紋理像素比、影子紋理像素比等;③分類逐項質檢,指分別根據所設置的質檢參數要求,對模型紋理精度、高程精度、平面精度、模型貼面個數、建模細節等逐一遍歷巡檢;④質量評價,指根據預設的檢測類型權重,結合不同質檢功能的評價算法,自動對檢測項目評分、統計;⑤質量報表報告生成,指自動匯集質檢生成的結果,根據預設的成果模板生成原始檢驗記錄冊及檢驗報告。

圖2　系統功能結構圖

(1)工程參數配置模塊

工程配置模塊用以實現檢驗項目及樣本區檢驗參數的設置,是軟件運行的基礎。

(2)紋理精度質檢

對數據成果中每個模型用到的紋理進行精度檢測,并將結果進行統計輸出。系統中對模型紋理的精度評價主要從兩個方面進行,第一是紋理本身的大小,即用像素數量來衡量的長度和寬度;第二是紋理使用后的放大比例,用以評價各張紋理照片在經拉伸并貼附后人眼的視覺感受。這兩個方面分別從圖片屬性和圖片尺寸與模型尺寸的比例關系來確定。

(3)高程精度質檢

以筆者實際的工作為例。在2018年1月1日，A公司以十元每股的價格購買B公司的5萬股票，所需要支付的交易費用為5千元(0.5萬元)，A公司將這部分資產，納入到交易性金融資產。在2018年5月1日，B公司該股票收盤價為12元每股。在2018年10月1日，A公司以13元每股的價格，將B公司的5萬股票全部出售，可以獲得14.5萬元的投資收益，直觀的表現出本次投資的真實收益。

不同于常規的三維模型精度檢驗,系統不需要在3ds Max等模型編輯工具中對各檢測點提取模型上的坐標值,而只要檢查員將外業或通過內業獲取的檢測點導入檢測平臺,通過該功能進行同名點的自動匹配實現高程精度檢測。該功能同時支持對同名點匹配情況的人工修正,并通過空間點間的自動連線輔助檢查員正確判定三維空間中點與點間的正確關系。在經過人工修正和確認后,該功能可實現三維模型高程精度的中誤差、粗差率、中誤差分布等統計信息的自動導出,省去以往人工計算的環節,節約了時間,提高了檢驗效率,同時對提交計算結果的正確率也有積極意義。

(4)平面精度質檢模塊

平面精度質檢的功能設計與高程精度檢測相同,此處不再贅述。

(5)模型貼面質檢模塊

對每個三維地理信息模型的幾何貼面數進行統計,并與項目提供的模型貼面上限進行比較,統計檢測結果。

(6)建模細節質檢模塊

目前的建模細節檢查方法都是根據外業拍攝的實景照片,檢查受檢模型的細部特征是否與實際相符、是否符合設計要求。檢查過程中通常需要同時用到三個軟件環境,首先是三維成果展示系統,通過在系統中最終的效果展示來評定模型細節,包括結構特征和紋理表現的正確性;其次是圖片查看器,用來順序瀏覽實景照片;最后是截圖工具,用以記錄有問題的具體模型和相應的錯誤描述。三者的切換紛繁復雜,檢查結果通常只是有標識性文字的屏幕截圖,檢查意見尚且需要檢查員根據圖片進行整理,無法實現錯誤記錄的回溯。

本系統提供自有的圖片查看器,方便質檢人員通過漫游質檢數據,觀察、對比原始采集數據和建模數據,對有建模錯誤的模型進行人工分類、描述,軟件在截圖記錄的同時,支持檢查記錄空間索引,并將錯誤描述匯總形成文本記錄,為后續樣本原始記錄冊的生成和樣本質量得分的計算提供數據基礎。

(7)評價系統模塊

評價系統模塊匯集質檢功能模塊生成的質檢結果,支持各類檢驗結果信息的匯總與統計。評價系統支持錯誤模型的定位,可人工查看錯誤,有助于建模人員更好地找出問題,修改錯誤。

評價系統支持質檢結果導出為Word、Excel格式,更加方便質檢人員生成質檢報告。同時,針對完成所有質檢功能的數據,評價系統會根據xml文件的檢測類型權重,結合不同質檢功能的評價算法,自動對檢測項目評分、統計,得出最終的得分。

4 系統實現與應用

本系統選用杭州科瀾信息技術有限公司的三維GIS引擎3DVP?作為基礎組件開發完成。圖3為系統項目參數設置界面之一,圖4為精度檢測功能界面。

三維地理信息模型質檢系統自投入生產以來,在浙江省測繪質量監督檢驗站實際檢驗工作中取得了突出成效,數據顯示實際工作效率提高25%以上,該系統的研究和實現具有很高的實用價值。

圖3　項目基本參數設置界面

圖4　平面精度檢測人工修正界面

5 結論與展望

綜上所述,三維地理信息模型質檢系統的研發完成了檢驗過程中軟件環境的整合,半自動化地實現了數學精度的自動檢測,支持一鍵式樣本原始記錄冊的導出,對提高三維地理信息模型成果的質檢工作效率具有積極意義。同時在實際應用中我們也發現在數學精度檢測的正確率和人機交互界面的優化等方面還需要進一步提高和完善。

參考文獻

[1] CH/ T 9024-2014．三維地理信息模型數據產品質量檢查與驗收[S]．

[2] DB33/ T 934-2014．浙江省三維地理信息數據成果質檢標準[S]．

[3] 朱學明,曹峰,宋志勇．基于三維技術的地下管線數據智能化質檢系統設計與實現[J]．現代測繪,2013,36(5)．

[4] 紫陽,許耿然,王炎城等．建筑物三維景觀模型的質量檢查及評價方法探討[J]．城市勘測,2010(1)．

[5] 張凱,呂志慧,張勇．三維測繪成果質量檢查與評定方法研究[J]．測繪與空間地理信息,2013(36)．

The Design and Implementation of Quality Inspection System of 3D Model

Hou Yajuan,Ge Zhonghua
(Zhejiang Institute of Quality Inspection of Surveying and Mapping Achievements,Hangzhou 310012,China)

Abstract:As a new type of Surveying and mapping achievements,there are many disadvantages about the traditional inspecting method to 3D model on geographic information．In order to improve the efficiency of quality inspection about 3D model,this paper designs and implements a simple and efficiency software about the quality inspection of 3D model which has successfully realized the effective integration of the software environments,automatic accuracy detection,and the direct export of inspection records of samples．In practice,it is proved that it can effectively improve the efficiency of quality inspection,maintain the standard-ability of the inspection process．

Key words:3D model;quality inspection;system design;system implementation

文章編號:1672-8262(2015)06-41-03中圖分類號:P208．2

文獻標識碼:A

收稿日期:?2015—10—16

作者簡介:侯亞娟(1979—),女,高級工程師,主要從事測繪質量檢查驗收工作。