從三維模型到三維數(shù)字地圖的突破
——解讀浙江省《三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范》

曹建明,曹學(xué)禮(1.寧波市規(guī)劃與地理信息中心,浙江寧波 31504; .寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院,浙江寧波 31504)

從三維模型到三維數(shù)字地圖的突破
——解讀浙江省《三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范》

曹建明1?,曹學(xué)禮2
(1.寧波市規(guī)劃與地理信息中心,浙江寧波 315042; 2.寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院,浙江寧波 315042)

摘 要:三維數(shù)字產(chǎn)品已成為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的重要組成部分,從三維模型到三維數(shù)字地圖是個(gè)重大突破。本文簡(jiǎn)述了浙江省《三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范》(DB33/ T934-2014)的內(nèi)容,分析了該標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系以及在模型分類和編碼、地圖分幅和編號(hào)、比例尺、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、精度和表達(dá)等方面的創(chuàng)新點(diǎn)。在實(shí)施時(shí)宜結(jié)合實(shí)際,選擇產(chǎn)品的類型,制定相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞:三維模型;三維數(shù)字地圖;表達(dá)

1　引 言

三維建模技術(shù)已廣泛應(yīng)用到數(shù)字(智慧)城市的建設(shè)中。國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布了CJJ/ T157-2010《城市三維建模技術(shù)規(guī)范》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),目的是統(tǒng)一城市三維建模技術(shù)要求,及時(shí)、準(zhǔn)確地為城市規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理以及數(shù)字城市建設(shè)提供城市三維建模技術(shù)支持、數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用服務(wù),主要內(nèi)容包括建模單元?jiǎng)澐?、模型命名、?shù)據(jù)采集與處理、三維模型制作等,適用于城市三維模型的數(shù)據(jù)采集、處理、集成、管理、更新、維護(hù)與服務(wù)。緊接著國(guó)家測(cè)繪地理信息局頒布了CH/ T 9015-2012《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》、CH/ T 9016-2012《三維地理信息模型生產(chǎn)規(guī)范》和CH/ T 9017-2012《三維地理信息模型數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范》系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)三維地理信息模型的數(shù)據(jù)獲取、加工處理、生產(chǎn)建庫(kù)、產(chǎn)品的內(nèi)容、分類、分級(jí)以及可視化表達(dá)等提出了具體技術(shù)要求。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的頒布,進(jìn)一步豐富了測(cè)繪數(shù)字產(chǎn)品的內(nèi)容,已成為基礎(chǔ)地理信息重要組成部分,因其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、直觀性,日益被廣大用戶所接受。然而,目前的三維數(shù)字產(chǎn)品,從成果的內(nèi)容、基本比例尺、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、分幅與編號(hào)、精度以及要素表達(dá)等方面看,還沒(méi)有達(dá)到地圖的要求,為此,研究和制定三維數(shù)字地圖技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)很有必要。

為保證三維數(shù)字產(chǎn)品的質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化,促進(jìn)三維數(shù)字地圖數(shù)據(jù)的共享,浙江省測(cè)繪與地理信息局組織編制了地方標(biāo)準(zhǔn)《三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范》(DB33/ T934-2014)。筆者通過(guò)對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和研究后認(rèn)為,該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了從三維模型到三維地圖的跨越,在諸多方面具有創(chuàng)新,在此談點(diǎn)認(rèn)識(shí),與同行們交流。

2　三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范的主要內(nèi)容

《三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范》正文共9章,包括范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、縮略語(yǔ)、內(nèi)容、基本要求、精度、表達(dá)、檢驗(yàn);附錄2個(gè):1個(gè)規(guī)范性附錄和1個(gè)資料性附錄。

該技術(shù)規(guī)范的主要內(nèi)容如下:

范圍:標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三維數(shù)字地圖基本產(chǎn)品的內(nèi)容、精度、表達(dá)及檢驗(yàn)要求。適用于三維數(shù)字地圖基本產(chǎn)品的生產(chǎn)及檢驗(yàn),非基本產(chǎn)品的要求可參照?qǐng)?zhí)行;

內(nèi)容:基本產(chǎn)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(shù)學(xué)基礎(chǔ):三維數(shù)字地圖基本產(chǎn)品應(yīng)統(tǒng)一采用CGCS2000坐標(biāo)系和1985國(guó)家高程基準(zhǔn),非基本產(chǎn)品如采用地方坐標(biāo)系時(shí),應(yīng)建立與統(tǒng)一坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系;(2)分幅與編號(hào):三維數(shù)字地圖宜采用非標(biāo)準(zhǔn)分幅,也可采用標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)DB33/ T522執(zhí)行;地形模型和地物模型的高程精度,按照國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CH/ T 9015-2012執(zhí)行;

模型表達(dá):地形模型和地物模型的表達(dá),按照浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)DB33/ T 817-2010執(zhí)行;

檢驗(yàn):內(nèi)容包括:總體要求、檢驗(yàn)內(nèi)容、檢驗(yàn)方法和質(zhì)量評(píng)價(jià);

附錄:(1)附錄A(規(guī)范性附錄)要素內(nèi)容及表達(dá)類型;(2)附錄B(資料性附錄):元數(shù)據(jù)基本內(nèi)容。

3　與國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系及創(chuàng)新點(diǎn)

3.1全新的三維數(shù)字地圖概念和內(nèi)容

(1)三維數(shù)字地圖是一種數(shù)字地圖

三維數(shù)字地圖的定義描述為“以地形模型和地物模型相結(jié)合的方式表達(dá)水系、居民地及設(shè)施、交通、管線、地貌、植被與土質(zhì)六大類要素的數(shù)字地圖”。其核心含義是利用三維模型對(duì)傳統(tǒng)二維數(shù)字地圖里的各類基礎(chǔ)地理信息要素進(jìn)行表達(dá),是對(duì)傳統(tǒng)的二維數(shù)字地圖的延伸,不是一般的三維模型。

(2)三維數(shù)字地圖的分幅

三維數(shù)字地圖規(guī)范提出了“一般宜采用非標(biāo)準(zhǔn)分幅”的原則和其相應(yīng)分幅編號(hào)方法,同時(shí)也對(duì)標(biāo)準(zhǔn)分幅編號(hào)方法作出了規(guī)定。

(3)三維數(shù)字地圖對(duì)產(chǎn)品的分類

三維數(shù)字地圖產(chǎn)品分基本產(chǎn)品和非基本產(chǎn)品兩類。對(duì)基本產(chǎn)品的精度、內(nèi)容和表達(dá)要求作出了詳細(xì)規(guī)定;非基本產(chǎn)品宜根據(jù)制作手段、需求及應(yīng)用方面的情況不同,可參照?qǐng)?zhí)行。

(4)三維數(shù)字地圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

三維數(shù)字地圖基本產(chǎn)品統(tǒng)一采用CGCS2000坐標(biāo)系和1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。非基本產(chǎn)品可采用地方坐標(biāo)系,但應(yīng)建立與統(tǒng)一坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

(5)三維數(shù)字地圖的比例尺

三維數(shù)字地圖基本產(chǎn)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(duì)各比例尺的內(nèi)容、精度和表達(dá)要求作出了規(guī)定。

(6)規(guī)定了模型和紋理的編碼規(guī)則

國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中僅對(duì)模型和紋理的“命名”規(guī)則作出了規(guī)定,三維數(shù)字地圖規(guī)范對(duì)模型和紋理的“命名”和“編碼”規(guī)則進(jìn)行了修訂。模型的編碼由分幅編號(hào)加入模型類型代碼、比例尺代碼和模型順序號(hào)組成,規(guī)定了紋理編碼規(guī)則。

(7)地物模型高程精度

三維數(shù)字地圖規(guī)范地物模型的“高程精度”,是依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)和檢驗(yàn)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(shù)據(jù)基本內(nèi)容

國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)三維模型元數(shù)據(jù)制作僅強(qiáng)調(diào)應(yīng)參照GB/ T 19710的要求執(zhí)行,三維數(shù)字地圖規(guī)范對(duì)元數(shù)據(jù)的基本內(nèi)容作出了具體規(guī)定。

3.2完善和拓展了三維模型表達(dá)內(nèi)容及分類

關(guān)于三維模型,在國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中已有描述,三維數(shù)字地圖根據(jù)技術(shù)的發(fā)展和浙江省實(shí)際需求,對(duì)三維模型的表達(dá)內(nèi)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(chǎng)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(shù)語(yǔ)定義

三維地理信息模型(簡(jiǎn)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(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》中的描述。三維數(shù)字地圖規(guī)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(xiàn)地形地貌的三維模型”;“紋理”重新定義為:“用于反映要素對(duì)象表面紋路和色澤特征的影像”;增加了術(shù)語(yǔ)“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(xiàn)地物要素的三維模型”,從基本構(gòu)成的角度與地形模型進(jìn)行了區(qū)分。

(3)三維模型表達(dá)內(nèi)容與基礎(chǔ)地理信息要素的一致性

在三維數(shù)字地圖規(guī)范中,三維模型表達(dá)要素內(nèi)容按照DB33/ T 817—2010《浙江省基礎(chǔ)地理信息要素分類與圖形表達(dá)代碼》執(zhí)行,確保了三維模型表達(dá)內(nèi)容與基礎(chǔ)地理信息要素的一致性。

(4)完善了模型表達(dá)的要求

①幾何精細(xì)度要求

模型的表達(dá)分為幾何精細(xì)度和紋理精細(xì)度。模型幾何精細(xì)度的表現(xiàn)方式分為主體建模表現(xiàn)、細(xì)節(jié)建模表現(xiàn)和通用模型表現(xiàn),“通用模型表現(xiàn)”替代了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的“符號(hào)表現(xiàn)”,主要考慮到建立通用模型庫(kù)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(xì)度表達(dá),結(jié)合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),規(guī)定了不同級(jí)別不同要素的表現(xiàn)形式。

②紋理精細(xì)度要求

紋理的分類包括精細(xì)修飾紋理、一般修飾紋理和通用紋理三種,沒(méi)有沿用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中“修飾真實(shí)紋理”、“不修飾真實(shí)紋理”和“示意紋理”的概念。調(diào)整后的紋理分類更能體現(xiàn)紋理精細(xì)度的分級(jí),規(guī)范了不同紋理精細(xì)度級(jí)別對(duì)紋理變形、遮擋、接縫、眩光等處理的要求。

3.3細(xì)化了模型精度指標(biāo)

(1)地物模型精度指標(biāo)

平面精度:地物模型平面位置精度的制定從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā),與現(xiàn)有二維基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)技術(shù)相適應(yīng),主要考慮了實(shí)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)字地形圖和航測(cè)成圖兩種技術(shù)手段,同時(shí)也考慮了激光掃描等新技術(shù)應(yīng)用。在制定具體指標(biāo)時(shí)按制作技術(shù)手段不同分別進(jìn)行表述,進(jìn)行了分類細(xì)化,精度指標(biāo)高于國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

高程精度:地物模型頂部的高程精度指標(biāo)是按照航測(cè)高程精度指標(biāo)確定的,地物模型底部應(yīng)與地形模型表面實(shí)現(xiàn)點(diǎn)面貼合。

(2)地形模型精度指標(biāo)

平面精度:增加了對(duì)地形模型平面精度指標(biāo),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(guī)定,但是考慮DEM數(shù)據(jù)源的不同,在各比例尺下又細(xì)分為一、二、三級(jí)。

4　實(shí)施中應(yīng)注意的問(wèn)題

4.1平面精度的選擇

《三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范》在確定地物模型平面精度時(shí),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(yīng)與對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)字地形圖一致,其主要目的是確保三維數(shù)字地圖的基本精度與已有的二維數(shù)字地圖精度的匹配,并確保三維數(shù)字地圖基本產(chǎn)品在精度上的統(tǒng)一性。對(duì)于沒(méi)有大比例尺地形圖或者地形圖基本精度無(wú)法達(dá)到上述要求的區(qū)域,可以酌情降低平面精度要求,或按照非基本產(chǎn)品要求執(zhí)行。

4.2三維數(shù)字地圖的定義

“數(shù)字側(cè)視地圖”和“全景影像地圖”等數(shù)字地圖可否納入到三維數(shù)字地圖的范疇?這個(gè)問(wèn)題值得商榷。從產(chǎn)品體系上看,三維數(shù)字地圖是對(duì)傳統(tǒng)二維數(shù)字地圖的拓展,其產(chǎn)品本身的生產(chǎn)、加工具有一定的特殊性,而“數(shù)字側(cè)視地圖”和“全景影像地圖”分別是三維數(shù)字地圖的再加工產(chǎn)品和可視地圖產(chǎn)品的表現(xiàn)形式,與三維數(shù)字地圖的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng),不宜直接歸為三維數(shù)字地圖。

4.3對(duì)場(chǎng)景質(zhì)量的要求

三維數(shù)字地圖規(guī)范對(duì)場(chǎng)景質(zhì)量的要求未作詳細(xì)規(guī)定,場(chǎng)景質(zhì)量一般為定性的要求,如:陰影、光照等各類渲染效果的統(tǒng)一協(xié)調(diào)性,項(xiàng)目實(shí)施時(shí)可在方案設(shè)計(jì)中加以明確。

4.4標(biāo)準(zhǔn)的適宜性

三維數(shù)字地圖規(guī)范作為推薦性標(biāo)準(zhǔn)。制作基本產(chǎn)品時(shí),應(yīng)滿足其規(guī)定的數(shù)學(xué)精度、內(nèi)容和表達(dá)要求,實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字地圖產(chǎn)品的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化;未對(duì)采集與制作手段進(jìn)行具體規(guī)定,在實(shí)際生產(chǎn)中既要考慮滿足精度和表達(dá)內(nèi)容的要求,也應(yīng)考慮現(xiàn)有技術(shù)手段的引入和充分發(fā)揮,鼓勵(lì)其他各類先進(jìn)技術(shù)如激光掃描、近景攝影測(cè)量等技術(shù)的應(yīng)用;隨著先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,必然會(huì)帶來(lái)新的需求,提出新的產(chǎn)品要求,要避免抑制創(chuàng)新,在實(shí)施過(guò)程中,應(yīng)密切注意科技發(fā)展和應(yīng)用需求變化,從而對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行不斷的完善與改進(jìn)。

5　結(jié) 語(yǔ)

《三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范》實(shí)現(xiàn)了從三維模型到三維數(shù)字地圖的跨越,具有一定的創(chuàng)新性。該技術(shù)規(guī)范的發(fā)布,將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化,提高三維數(shù)字地圖質(zhì)量,促進(jìn)三維數(shù)字地圖數(shù)據(jù)的共享奠定基礎(chǔ),通過(guò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,有效整合資源,節(jié)省信息獲取和查詢的成本。三維地理信息的應(yīng)用,將推動(dòng)地理信息相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展,產(chǎn)生顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

在實(shí)施《三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范》時(shí),宜結(jié)合實(shí)際,選擇產(chǎn)品的類型,制定相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。應(yīng)充分利用先進(jìn)的技術(shù)手段采集數(shù)據(jù),提高數(shù)據(jù)的精度,確保三維數(shù)字地圖的質(zhì)量。

城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,對(duì)三維數(shù)字地圖產(chǎn)品的需求更加迫切,隨著新技術(shù)的應(yīng)用,會(huì)產(chǎn)生新的產(chǎn)品。我們應(yīng)密切注視科技發(fā)展和應(yīng)用需求的變化,勇于創(chuàng)新,適時(shí)制定和完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),更好地服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)。

參考文獻(xiàn)

[1] DB33/ T 934-2014.三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范[S].

[2] CH/ T 9015-2012.三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范[S].

[3] CH/ T 9016-2012.三維地理信息模型生產(chǎn)規(guī)范[S].

[4] CH/ T 9017-2012.三維地理信息模型數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范[S].

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

[6] DB33/ T522.1∶500、1∶1000、1∶2000基礎(chǔ)數(shù)字地形圖測(cè)繪規(guī)范[S].

[7] DB33/ T 817-2010.浙江省基礎(chǔ)地理信息要素分類與圖形表達(dá)代碼[S].

[8] 曹學(xué)禮.寧波市大比例尺數(shù)字化測(cè)繪地方標(biāo)準(zhǔn)的研究[J].城市勘測(cè),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(hào):1672-8262(2015)01-34-03中圖分類號(hào):P208.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

收稿日期:?2014—09—24

作者簡(jiǎn)介:曹建明(1985—),男,助理工程師,主要從事測(cè)繪地理信息技術(shù)工作。