三維竣工測量的研究與應用

盧丹丹，吳熙，王厚之，鄧凌雯

(武漢市勘測設計研究院，湖北武漢 430022)

三維竣工測量的研究與應用

盧丹丹?，吳熙，王厚之，鄧凌雯

(武漢市勘測設計研究院，湖北武漢 430022)

竣工測量是建設項目規劃審批的最終環節之一，本文在傳統竣工測量基礎上，提出三維竣工測量概念，詳細介紹了其工作內容、流程、特點及關鍵技術，探討了三維竣工測量的推廣和應用。

三維竣工測量；三維城市模型(3DCM)；數據更新

1 概 述

1.1 基本概念

傳統竣工測量是指準確測定建筑物的形狀、平面位置及高度尺寸以及與周圍建筑物和定界的關系，其目的是為了編制工程竣工圖表、決算，對實際完成的各項工程進行的一次全面量測工作。目前，竣工測量工作內容主要包括:平面控制測量、高程控制測量、建筑物的面積量算、竣工圖施測與成圖。作為城市竣工測量來講，它的任務是提供城市規劃、城市建設和城市管理所需的基礎地形圖及相關信息。

三維竣工測量是在傳統竣工測量基礎之上，利用竣工測量能夠對城市建筑的更新進行準確、及時和全面量測的特性，在固有竣工測量工作環節中增加三維量測和模型制作，實現三維竣工圖的同步建立，以達到三維城市模型(Three－Dimension City Model，3DCM)實時、準確和動態更新的目的。根據竣工測量業務的需要，三維竣工測量的外延可以擴大為取代傳統《竣工測量技術設計書》的測量成果模式，建立三維竣工驗收系統，對竣工測量的成果數據進行三維集成、發布及應用。

1.2 基本特點

與傳統竣工測量相比，三維竣工測量存在以下特點:

(1)表現效果好:通過制作三維竣工模型，結合周邊現狀模型數據，采用三維竣工圖或三維竣工驗收系統等方式進行成果表現，效果真實，具有三維沉浸感，同時減少竣工驗收環節不同部門的專業限制；

(2)技術含量高:傳統竣工測量只需測量平面數據和少量高程數據，制作二維竣工圖，三維竣工測量還需要采集建筑物立面數據和高程數據，并制作三維模型，數據采集內容增多，制作周期增長，數據生產技術難度提高；

(3)成果數據應用范圍廣:相對傳統竣工測量的成果數據，三維竣工測量成果數據的應用范圍增大，不僅滿足基礎地理信息數據更新和3DCM的更新要求，而且可以進行擴展業務的推廣，如:樓盤銷售系統、小區物業管理系統等。

2 工作內容

2.1 工作流程

三維竣工測量工作涉及傳統竣工測量的三個主要環節:資料收集、外業施測和內業成圖，由于三維數據的加入使各工作環節需要增加相應工作內容，如圖1所示。

圖1 三維竣工測量工作流程

(1)資料收集:基本收集資料包括:1∶2 000地形圖、建筑設計施工圖和紅線定位冊；三維竣工測量新增測區航片采集、周邊現狀建筑資料調查(權屬、位置)和測區規劃路網數據的收集。

(2)外業施測:常規外業施測內容包括:控制測量、房屋面積量算和竣工圖的施測；三維竣工測量新增建筑物外墻紋理的采集、建筑物高程數據采集、測區景觀現狀調查和周邊環境調查。

(3)內業成圖:傳統內業成圖主要指二維竣工圖的制作；三維竣工測量新增各種三維模型數據的制作(建筑、景觀、交通設施、地形等)。

2.2 測量成果

三維竣工測量成果的存儲和歸檔采用光盤方式，成果數據交換采用網絡或磁盤方式，除了傳統竣工測量成果外，成果數據結構內容主要包括交換元數據、模型數據和屬性數據，如圖2所示。

圖2 三維竣工測量數據成果內容

(1)交換元數據

主要內容包括:竣工項目元數據、模型文件元數據和屬性數據元數據，用來說明竣工測量及各項成果的內容、質量、狀況和其他有關特征的信息，并應滿足下列要求:

①數據存儲、建庫的要求；

②數據的管理、轉換的要求；

③數據查詢、瀏覽、檢索的要求；

④數據發布、共享的要求。

交換元數據應符合現行國家標準《地理信息元數據》GB/T 19710－2005的規定，并應包括下列內容:元數據實體集信息、標識信息、限制信息、數據質量信息、維護信息、空間表示信息、參考系信息、內容信息、分發信息、范圍信息、引用和負責單位信息。

(2)模型數據

主要內容包括:模型文件和紋理文件，用于還原表現竣工項目的自身及周邊三維概貌。

①模型文件:主要包括地形模型文件、建筑模型文件、景觀模型文件、交通設施模型文件及其他模型文件。為了保證數據的通用性和擴展性，模型數據成果存儲格式為3ds Max標準數據交換格式，即3DS或OBJ文件。

②紋理文件:主要包括地表影像信息、建筑頂面和立面影像信息、交通設施表面影像信息、景觀表面影像信息和其他地物的表面影像信息。紋理數據圖片尺寸應為2的n次冪，紋理數據格式應轉換為通用交換格式(dds、tga、png、jpg等)。

(3)屬性數據庫

主要內容包括:竣工項目屬性數據、竣工建筑屬性數據、經濟技術指標屬性數據，用于記錄竣工測量、基礎地理信息及規劃指標資料。

①竣工項目屬性數據:批文號、項目名稱、項目地址、建設單位、設計單位等。

②竣工建筑屬性數據:建筑物棟號、結構層數、占地面積、建筑面積、未封閉陽臺面積、地下室面積等。

③經濟技術指標數據:規劃審批的各類經濟技術指標(容積率、建筑密度、停車位、綠化率等)。

3 關鍵性技術

3.1 建立統一的三維模型標準

3DCM數據生產制作流程和工藝方法多種多樣，且應用領域廣泛。但目前為止，3DCM數據缺乏統一的行業生產標準和規范，使得3DCM數據的更新、維護和共享較為困難。為了使三維竣工測量的數據成果更好地投入使用，擴大共享，三維模型數據的更新標準應與已有3DCM數據生產標準一致，且最大限度滿足現有三維平臺應用要求。

3DCM數據的標準內容主要體現在:坐標系及精度控制、紋理貼圖的大小及格式、三維模型建立方式、貼圖的映射方式、三維模型三角面片數、三維模型成果格式等。以武漢市為例，目前武漢市規劃局已率先建立了《城市三維建模技術規范》，按照此標準，三維竣工測量對3DCM數據更新標準加以控制，滿足三維竣工測量成果數據的共享和應用。

3.2 建立完善的質量控制體系

三維竣工測量作為一項服務于3DCM更新的實用性工作，除了滿足傳統竣工測量的質量控制外，有著自身的特點和要求。其質量控制主要體現在:數據情況說明、位置精度、屬性精度、邏輯一致性、數據完整性、時間精度。這些數據質量誤差來源于數據源誤差和3DCM數據生產過程誤差。

三維竣工測量的資料收集和外業施測的精度決定了DEM、DOM以及采集的幾何數據的精度；三維竣工測量的三維數據生產流程決定了3DCM數據更新制作的精度，其三維數據生產的每個過程都或多或少地損失數據的精度。因此，必須選擇合理數據采集方式和盡可能少的數據生產中間環節，以減少數據質量的誤差來源。以武漢市為例，在幾何數據采集和三維模型生產過程中，必須按照即將頒布的《城市三維建模技術規范》進行，確保三維竣工測量整個生產環節的質量控制。

3.3 建立快速實時的更新手段

傳統竣工測量工作內容較少，周期較短，由于三維數據采集和制作的加入，使竣工測量的生產周期和成本有所提高，為了縮短生產周期和緩解成本壓力，目前可在數據采集和制作兩個階段提高生產效率。數據采集階段可通過激光掃描、近景攝影測量等先進技術手段取代原有測量和拍照方式，對建筑物外立面進行詳盡的三維數據采集，同時輔以人機交互進行數據處理。數據制作階段可采用現有成熟三維數據生產軟件或平臺，通過二次開發，定制出滿足三維竣工測量的快速建模工具，以提高數據制作效率和質量。

4 推廣及應用

4.1 為傳統規劃驗收提供創新手段

傳統竣工驗收采用二維竣工圖作為成果資料，不論從成果的表達方式和顯示效果都較為專業，判讀性差。三維竣工測量在規劃驗收領域的推廣和應用，改變了傳統竣工驗收工作方式，有助于提高城市規劃審批、監督管理與項目驗收的科學水平和工作效率。三維竣工測量建立竣工建筑及周邊現狀建筑三維模型數據，通過三維竣工圖或三維竣工驗收系統為竣工驗收部門提供驗收服務及各類功能，如面積統計查詢(圖2)、批前批后指標核對、項目資料查詢及圖紙管理等，輔助規劃驗收部門的項目管理與審核(圖3)，提高表現效果和工作效率。

4.2 為3DCM數據更新提供有效途徑

隨著城市建設的快速發展，城市面貌每天都在發生著變化，為了滿足城市發展的需要，真實反映城市的變化，我們必須及時、準確的跟蹤和掌握這些變化，將這些變化反映在3DCM建設和更新過程中。三維竣工測量是建筑規劃審批的最終環節之一，能夠快速、準確和完整的得到第一手城市建設變化資料，通過實時收集、測量和制作三維竣工模型，雖然增長了三維竣工測量的工作周期，但整體上實現了3DCM的高效和準確更新，解決了3DCM數據更新投入大、時間長的難題，成為3DCM數據更新的有效途徑。

圖3 面積統計查詢

圖4 建筑間距檢查

4.3 為房地產營銷增加宣傳方式

隨著房地產業競爭的加劇，傳統的展示手段如平面圖、表現圖、沙盤和樣板房等已經遠遠無法滿足消費者的需要。如今，集影視廣告、動畫、多媒體、網絡技術于一身的三維虛擬互動展示成為最新型房地產營銷方式。三維竣工測量根據自身業務特點，能夠第一時間提供房地產項目三維竣工模型，利用這些模型數據，我們可以開發出樓盤三維銷售系統(圖5)、樣板房虛擬展示系統(圖6)、戶型選購系統、小區物業管理系統等各類子系統。通過這些三維互動展示系統，目標客戶在三維虛擬展示中任意行走和觀看，達到難以比擬的真實感和現場感，使他們更快更準地做出訂購決定，加快房屋銷售速度。

圖5 三維樓盤銷售

圖6 樣板房展示

5 結 語

隨著計算機三維可視化技術的快速發展和三維數字城市建設的全面推動，筆者結合傳統竣工測量的業務特點，提出了三維竣工測量的概念，在全面闡述三維竣工測量的特點、內容及工作流程的基礎上，分析了關鍵性技術，提出推廣和應用方向，為三維竣工測量的進一步研究和發展提供了參考和借鑒。

三維竣工測量工作的引入，對實現3DCM的高效更新、輔助規劃驗收、擴展測繪行業業務領域等方面都具有十分重要的意義。然而，三維竣工測量的研究和應用工作目前還處于起步階段，其全面開展和應用仍受到生產成本、周期和技術等方面的制約，以武漢市為例，當前僅在重大工程建設項目中實施應用。

針對這些問題，今后我們可將研究重點放在以下幾個方面:

(1)竣工建筑的三維自動重建；

(2)三維竣工測量成果中表現效果的提升；

(3)三維竣工驗收系統的開發；

(4)市政工程三維竣工測量的應用。

隨著我們對三維竣工測量技術的不斷認識和研究，筆者相信，三維竣工測量終究會取代傳統二維竣工測量，成為竣工驗收的主要方式，更好地服務于城鄉規劃與建設。

[1] 朱慶，林琿.數碼城市地理信息系統[M].武漢:武漢大學出版社，2004

[2] 黃鐸.三維城市模型的數據內容[D].攝影測量與遙感，博士論文.武漢大學:2004

[3] 李華瑋，朱宜萱，朱慶.三維城市模型數據生產的全面質量控制[J].測繪通報，2004(2):57～59

[4] 鄭持輝，陳良超.城市三維仿真模型數據標準技術研究[J].城市勘測，2009(2):17～20

[5] 唐永成.城市建筑竣工測量概述[J].科協論壇(下半月)，2007(11):23～25

[6] GB/T 19710－2005.地理信息元數據[S].

The Research and Application of Three－dimension completion surveying

Lu DanDan，Wu Xi，Wang HouZhi，Deng LingWen
(Survey and Design institute of Wuhan，Wuhan 430022，China)

Completion surveying is the final link in the town planning approval.Based on traditional completion surveying，this paper proposes the concept of three－dimension completion surveying and introduces the content、flow、features and key technology of this work.Finally，the promotion and application of three－dimension completion surveying is discussed.

three－dimension completion surveying；three－dimensional city model；data updating

1672－8262(2010)06－47－04

P208

B

2010—04—29

盧丹丹(1981—)，女，工程師，主要從事GIS應用與研究工作。