從三維模型到三維數字地圖的突破
——解讀浙江省《三維數字地圖技術規范》

曹建明,曹學禮(1.寧波市規劃與地理信息中心,浙江寧波 31504; .寧波市測繪設計研究院,浙江寧波 31504)

從三維模型到三維數字地圖的突破
——解讀浙江省《三維數字地圖技術規范》

曹建明1?,曹學禮2
(1.寧波市規劃與地理信息中心,浙江寧波 315042; 2.寧波市測繪設計研究院,浙江寧波 315042)

摘 要:三維數字產品已成為基礎地理信息數據的重要組成部分,從三維模型到三維數字地圖是個重大突破。本文簡述了浙江省《三維數字地圖技術規范》(DB33/ T934-2014)的內容,分析了該標準與國家行業標準的關系以及在模型分類和編碼、地圖分幅和編號、比例尺、數學基礎、精度和表達等方面的創新點。在實施時宜結合實際,選擇產品的類型,制定相應的技術指標。

關鍵詞:三維模型;三維數字地圖;表達

1　引 言

三維建模技術已廣泛應用到數字(智慧)城市的建設中。國家住房和城鄉建設部頒布了CJJ/ T157-2010《城市三維建模技術規范》行業標準,目的是統一城市三維建模技術要求,及時、準確地為城市規劃、建設、運營、管理以及數字城市建設提供城市三維建模技術支持、數據共享和應用服務,主要內容包括建模單元劃分、模型命名、數據采集與處理、三維模型制作等,適用于城市三維模型的數據采集、處理、集成、管理、更新、維護與服務。緊接著國家測繪地理信息局頒布了CH/ T 9015-2012《三維地理信息模型數據產品規范》、CH/ T 9016-2012《三維地理信息模型生產規范》和CH/ T 9017-2012《三維地理信息模型數據庫規范》系列行業標準,對三維地理信息模型的數據獲取、加工處理、生產建庫、產品的內容、分類、分級以及可視化表達等提出了具體技術要求。

行業標準的頒布,進一步豐富了測繪數字產品的內容,已成為基礎地理信息重要組成部分,因其數據的準確性、直觀性,日益被廣大用戶所接受。然而,目前的三維數字產品,從成果的內容、基本比例尺、數學基礎、分幅與編號、精度以及要素表達等方面看,還沒有達到地圖的要求,為此,研究和制定三維數字地圖技術標準很有必要。

為保證三維數字產品的質量,實現三維數據的標準化,促進三維數字地圖數據的共享,浙江省測繪與地理信息局組織編制了地方標準《三維數字地圖技術規范》(DB33/ T934-2014)。筆者通過對該標準的學習和研究后認為,該標準實現了從三維模型到三維地圖的跨越,在諸多方面具有創新,在此談點認識,與同行們交流。

2　三維數字地圖技術規范的主要內容

《三維數字地圖技術規范》正文共9章,包括范圍、規范性引用文件、術語和定義、縮略語、內容、基本要求、精度、表達、檢驗;附錄2個:1個規范性附錄和1個資料性附錄。

該技術規范的主要內容如下:

范圍:標準規定了三維數字地圖基本產品的內容、精度、表達及檢驗要求。適用于三維數字地圖基本產品的生產及檢驗,非基本產品的要求可參照執行;

內容:基本產品按照比例尺劃分為1∶500、1∶1 000、1∶2 000、1∶10 000四種類型;

基本要求:(1)數學基礎:三維數字地圖基本產品應統一采用CGCS2000坐標系和1985國家高程基準,非基本產品如采用地方坐標系時,應建立與統一坐標系的轉換關系;(2)分幅與編號:三維數字地圖宜采用非標準分幅,也可采用標準分幅;

精度:地形模型和地物模型的平面精度,按照浙江省地方標準DB33/ T522執行;地形模型和地物模型的高程精度,按照國家行業標準CH/ T 9015-2012執行;

模型表達:地形模型和地物模型的表達,按照浙江省地方標準DB33/ T 817-2010執行;

檢驗:內容包括:總體要求、檢驗內容、檢驗方法和質量評價;

附錄:(1)附錄A(規范性附錄)要素內容及表達類型;(2)附錄B(資料性附錄):元數據基本內容。

3　與國家行業標準的關系及創新點

3.1全新的三維數字地圖概念和內容

(1)三維數字地圖是一種數字地圖

三維數字地圖的定義描述為“以地形模型和地物模型相結合的方式表達水系、居民地及設施、交通、管線、地貌、植被與土質六大類要素的數字地圖”。其核心含義是利用三維模型對傳統二維數字地圖里的各類基礎地理信息要素進行表達,是對傳統的二維數字地圖的延伸,不是一般的三維模型。

(2)三維數字地圖的分幅

三維數字地圖規范提出了“一般宜采用非標準分幅”的原則和其相應分幅編號方法,同時也對標準分幅編號方法作出了規定。

(3)三維數字地圖對產品的分類

三維數字地圖產品分基本產品和非基本產品兩類。對基本產品的精度、內容和表達要求作出了詳細規定;非基本產品宜根據制作手段、需求及應用方面的情況不同,可參照執行。

(4)三維數字地圖的數學基礎

三維數字地圖基本產品統一采用CGCS2000坐標系和1985國家高程基準。非基本產品可采用地方坐標系,但應建立與統一坐標系的轉換關系。

(5)三維數字地圖的比例尺

三維數字地圖基本產品按照比例尺劃分為1∶500、1∶1 000、1∶2 000、1∶10 000四種類型,對各比例尺的內容、精度和表達要求作出了規定。

(6)規定了模型和紋理的編碼規則

國家行業標準中僅對模型和紋理的“命名”規則作出了規定,三維數字地圖規范對模型和紋理的“命名”和“編碼”規則進行了修訂。模型的編碼由分幅編號加入模型類型代碼、比例尺代碼和模型順序號組成,規定了紋理編碼規則。

(7)地物模型高程精度

三維數字地圖規范地物模型的“高程精度”,是依據實際生產和檢驗的需求定義的,較CH/ T 9015-2012給出的“高度精度”合理。

(8)增加了元數據基本內容

國家行業標準中,對三維模型元數據制作僅強調應參照GB/ T 19710的要求執行,三維數字地圖規范對元數據的基本內容作出了具體規定。

3.2完善和拓展了三維模型表達內容及分類

關于三維模型,在國家行業標準中已有描述,三維數字地圖根據技術的發展和浙江省實際需求,對三維模型的表達內容和分類作了以下完善和拓展。

(1)三維模型分類體系

將三維模型分為地形模型和地物模型兩大類,其中地物模型包括建筑要素模型、交通要素模型、水系要素模型、植被要素模型、場地模型、管線要素模型和其他要素模型。

(2)完善和拓展了原有的術語定義

三維地理信息模型(簡稱“三維模型”)這一概念仍然沿用CH/ T 9015-2012《三維地理信息模型數據產品規范》中的描述。三維數字地圖規范把“地形模型”重新定義為:“以DEM為幾何框架,以DOM為框架表面的貼圖影像,表現地形地貌的三維模型”;“紋理”重新定義為:“用于反映要素對象表面紋路和色澤特征的影像”;增加了術語“地物模型”和“管線要素模型”等,“地物模型”定義為:“以輪廓矢量為幾何框架,以表面紋理為框架表面的貼圖影像,表現地物要素的三維模型”,從基本構成的角度與地形模型進行了區分。

(3)三維模型表達內容與基礎地理信息要素的一致性

在三維數字地圖規范中,三維模型表達要素內容按照DB33/ T 817—2010《浙江省基礎地理信息要素分類與圖形表達代碼》執行,確保了三維模型表達內容與基礎地理信息要素的一致性。

(4)完善了模型表達的要求

①幾何精細度要求

模型的表達分為幾何精細度和紋理精細度。模型幾何精細度的表現方式分為主體建模表現、細節建模表現和通用模型表現,“通用模型表現”替代了國家標準中的“符號表現”,主要考慮到建立通用模型庫的需要,且“通用模型”這一表述更加清晰。

各類地物模型在不同比例尺的幾何精細度表達,結合國家相關標準要求和生產經驗,規定了不同級別不同要素的表現形式。

②紋理精細度要求

紋理的分類包括精細修飾紋理、一般修飾紋理和通用紋理三種,沒有沿用國家標準中“修飾真實紋理”、“不修飾真實紋理”和“示意紋理”的概念。調整后的紋理分類更能體現紋理精細度的分級,規范了不同紋理精細度級別對紋理變形、遮擋、接縫、眩光等處理的要求。

3.3細化了模型精度指標

(1)地物模型精度指標

平面精度:地物模型平面位置精度的制定從實際應用角度出發,與現有二維基礎地理信息數據的生產技術相適應,主要考慮了實測基礎數字地形圖和航測成圖兩種技術手段,同時也考慮了激光掃描等新技術應用。在制定具體指標時按制作技術手段不同分別進行表述,進行了分類細化,精度指標高于國家相關標準。

高程精度:地物模型頂部的高程精度指標是按照航測高程精度指標確定的,地物模型底部應與地形模型表面實現點面貼合。

(2)地形模型精度指標

平面精度:增加了對地形模型平面精度指標,主要是DOM平面位置中誤差的要求。

高程精度:地形模型的高程精度總體沿用CH/ T 9015-2012中的規定,但是考慮DEM數據源的不同,在各比例尺下又細分為一、二、三級。

4　實施中應注意的問題

4.1平面精度的選擇

《三維數字地圖技術規范》在確定地物模型平面精度時,要求1∶500、1∶1 000和1∶2 000比例尺的地物模型的平面精度應與對應的基礎數字地形圖一致,其主要目的是確保三維數字地圖的基本精度與已有的二維數字地圖精度的匹配,并確保三維數字地圖基本產品在精度上的統一性。對于沒有大比例尺地形圖或者地形圖基本精度無法達到上述要求的區域,可以酌情降低平面精度要求,或按照非基本產品要求執行。

4.2三維數字地圖的定義

“數字側視地圖”和“全景影像地圖”等數字地圖可否納入到三維數字地圖的范疇?這個問題值得商榷。從產品體系上看,三維數字地圖是對傳統二維數字地圖的拓展,其產品本身的生產、加工具有一定的特殊性,而“數字側視地圖”和“全景影像地圖”分別是三維數字地圖的再加工產品和可視地圖產品的表現形式,與三維數字地圖的關聯性不強,不宜直接歸為三維數字地圖。

4.3對場景質量的要求

三維數字地圖規范對場景質量的要求未作詳細規定,場景質量一般為定性的要求,如:陰影、光照等各類渲染效果的統一協調性,項目實施時可在方案設計中加以明確。

4.4標準的適宜性

三維數字地圖規范作為推薦性標準。制作基本產品時,應滿足其規定的數學精度、內容和表達要求,實現三維數字地圖產品的規范化和標準化;未對采集與制作手段進行具體規定,在實際生產中既要考慮滿足精度和表達內容的要求,也應考慮現有技術手段的引入和充分發揮,鼓勵其他各類先進技術如激光掃描、近景攝影測量等技術的應用;隨著先進技術的應用,必然會帶來新的需求,提出新的產品要求,要避免抑制創新,在實施過程中,應密切注意科技發展和應用需求變化,從而對標準進行不斷的完善與改進。

5　結 語

《三維數字地圖技術規范》實現了從三維模型到三維數字地圖的跨越,具有一定的創新性。該技術規范的發布,將進一步實現三維數據的標準化,提高三維數字地圖質量,促進三維數字地圖數據的共享奠定基礎,通過實現數據共享,有效整合資源,節省信息獲取和查詢的成本。三維地理信息的應用,將推動地理信息相關領域的發展,產生顯著的社會經濟效益。

在實施《三維數字地圖技術規范》時,宜結合實際,選擇產品的類型,制定相應的技術指標。應充分利用先進的技術手段采集數據,提高數據的精度,確保三維數字地圖的質量。

城鎮化的快速發展,對三維數字地圖產品的需求更加迫切,隨著新技術的應用,會產生新的產品。我們應密切注視科技發展和應用需求的變化,勇于創新,適時制定和完善技術標準,更好地服務于經濟社會。

參考文獻

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[6] DB33/ T522.1∶500、1∶1000、1∶2000基礎數字地形圖測繪規范[S].

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[8] 曹學禮.寧波市大比例尺數字化測繪地方標準的研究[J].城市勘測,2006(2):8～9.

3D Model to the 3D Digital Map of Breakthrough——Three-Dimensional Digital Map Specification Interpretation of Zhejiang Province

Cao Jianming1,Cao Xueli2
(1.Ningbo City Planning and Geographic Information Center,Ningbo 315042,China; 2.Ningbo city design and research institute of surveying and mapping,Ningbo 315042,China)

Abstract:3D digital products has become an important part of basic geographic information data,from 3D model to the three-dimensional digital map is a major breakthrough.this paper briefly describes the three-dimensional digital map of zhejiang province the main content of the technical specification,analysis the relationship between the standard and the national industry standard,and the model of classification and coding,map framing and serial number,scale,mathematical basis,precision and the expression of innovations.In the implementation of practical,choose the type of product,determine the corresponding technical indicators.

Key words:three dimensional model;three-dimensional digital map;expression

文章編號:1672-8262(2015)01-34-03中圖分類號:P208.1

文獻標識碼:A

收稿日期:?2014—09—24

作者簡介:曹建明(1985—),男,助理工程師,主要從事測繪地理信息技術工作。