浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范》的研究

王苑楠，井發(fā)明，廖 佳

（1.寧波市測繪設(shè)計(jì)研究院，浙江 寧波 315042）

浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范》的研究

王苑楠1，井發(fā)明1，廖 佳1

（1.寧波市測繪設(shè)計(jì)研究院，浙江 寧波 315042）

對浙江省新發(fā)布的地方標(biāo)準(zhǔn)《三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行研究，對所提出的全新三維數(shù)字地圖的含義和內(nèi)容深入剖析，說明了三維數(shù)字地圖、三維模型與基礎(chǔ)地理信息要素的關(guān)系。并對三維數(shù)字地圖的精度、表達(dá)、檢驗(yàn)等具體標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的邏輯思路和理論依據(jù)進(jìn)行詳細(xì)梳理，在國家已有三維標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和完善，對新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施具有重要意義。

三維數(shù)字地圖；三維模型；基本產(chǎn)品；精度；表達(dá)；精細(xì)度

近年來，國內(nèi)各城市開展了三維數(shù)字城市建設(shè)，制作了豐富多樣的三維模型數(shù)據(jù)，并且廣泛應(yīng)用于輔助政務(wù)管理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活等領(lǐng)域。國家住建部、測繪地理信息局也先后發(fā)布了一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對三維模型做出了詳細(xì)要求。

為了充分結(jié)合浙江省實(shí)際生產(chǎn)需求，規(guī)范三維數(shù)字產(chǎn)品的質(zhì)量，浙江省測繪與地理信息局也組織有關(guān)部門和單位編寫了浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)范》（編號DB 33/T 934-2014），該標(biāo)準(zhǔn)于2014年9月正式發(fā)布實(shí)施。不同于國家已有的幾項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)提出了全新的“三維數(shù)字地圖”的概念，其并不是一般意義上的三維模型，而是上升到了“數(shù)字地圖”的層面，從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的規(guī)范化要求出發(fā)，在內(nèi)容、精度、表達(dá)、檢驗(yàn)等方面做出規(guī)范[1-3]。

1 三維數(shù)字地圖的含義和內(nèi)容

1.1 提出了三維數(shù)字地圖的概念和含義

本標(biāo)準(zhǔn)提出了全新的“三維數(shù)字地圖”的概念，具體定義描述為“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)6大類要素的數(shù)字地圖”。

三維數(shù)字地圖并不是一般意義上的三維模型。如圖1所示，三維數(shù)字地圖的含義主要是其與三維模型和基礎(chǔ)地理信息要素的關(guān)系。傳統(tǒng)的二維數(shù)字地圖是通過點(diǎn)、線、面方式對基礎(chǔ)地理信息要素進(jìn)行表達(dá)，而三維數(shù)字地圖是利用各類三維模型對DB33/T 817中規(guī)定的水系、居民地及設(shè)施、交通、管線、地貌、植被與土質(zhì)六大類基礎(chǔ)地理信息要素進(jìn)行表達(dá)[4]，也是對傳統(tǒng)的二維數(shù)字地圖的延伸。但其中的管線類要素僅包括地面以上的管線要素；且目前無法用恰當(dāng)?shù)娜S模型類型來表達(dá)定位基礎(chǔ)和境界與政區(qū)兩類要素，因此本標(biāo)準(zhǔn)暫未作要求，有待其研究與應(yīng)用進(jìn)一步成熟后再予以修訂。

圖1 三維數(shù)字地圖的含義

1.2 三維模型分類和定義的擴(kuò)展完善

為了更準(zhǔn)確完整地表達(dá)各類基礎(chǔ)地理信息要素，本標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)對三維模型的分類和定義做出了擴(kuò)展與完善。

1）三維模型分類的擴(kuò)展。本標(biāo)準(zhǔn)中將三維模型分為地形模型和地物模型兩大類，其中地物模型又進(jìn)一步分為建筑要素模型、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，如圖2所示。

2）地形模型與地物模型的區(qū)分。本標(biāo)準(zhǔn)通過重新定義，將地形模型與地物模型從基本構(gòu)成的角度進(jìn)行了區(qū)分。地形模型的定義沒有沿用國家標(biāo)準(zhǔn)中的定義，而是重新定義為“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”。

地物模型是本標(biāo)準(zhǔn)中提出的新術(shù)語，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”。

建筑要素模型、交通要素模型、水系要素模型、植被要素模型、場地模型的定義沿用了CH/T 9015-2012中的描述。管線要素模型是本標(biāo)準(zhǔn)中提出的新術(shù)語，也給出了它的具體定義。

1.3 三維數(shù)字地圖基本產(chǎn)品、比例尺及分幅

本標(biāo)準(zhǔn)提出了三維數(shù)字地圖基本產(chǎn)品的表述，且作為數(shù)字地圖也需具備比例尺，因此三維數(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 4種類型，標(biāo)準(zhǔn)中對各比例尺下的內(nèi)容、精度和表達(dá)要求做出了規(guī)定。同時(shí)考慮到各地三維數(shù)字地圖的制作手段、條件、需求及應(yīng)用方面的情況不同，指出非基本產(chǎn)品的要求可參照執(zhí)行。

本標(biāo)準(zhǔn)將“分幅”也引入三維數(shù)字地圖的要求中。對于三維數(shù)字地圖來說，傳統(tǒng)的二維標(biāo)準(zhǔn)分幅會(huì)造成部分區(qū)域合并不便以及三維模型的跨圖幅，所以一般宜采用非標(biāo)準(zhǔn)分幅。非標(biāo)準(zhǔn)分幅在依據(jù)設(shè)區(qū)市級、縣級、鄉(xiāng)級行政區(qū)界線逐級劃分的基礎(chǔ)上，再結(jié)合社區(qū)、村界線、自然河流、道路等實(shí)現(xiàn)管理單元?jiǎng)澐?，相鄰分幅在?nèi)容上應(yīng)做到無縫銜接。分幅編號由各級行政區(qū)的編碼和管理單元?jiǎng)澐值木幋a組成，其中市、縣級編碼執(zhí)行現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2260的規(guī)定[5]，以便于與國家編碼體系建立聯(lián)系。另外標(biāo)準(zhǔn)建議小于或等于1∶1 000比例尺的三維數(shù)字地圖也可采用標(biāo)準(zhǔn)分幅，直接按照GB/T 13989的規(guī)定執(zhí)行[6]。

1.4 三維數(shù)字地圖的總體內(nèi)容體系

三維數(shù)字地圖的總體內(nèi)容體系如圖3所示，這也是本標(biāo)準(zhǔn)的核心邏輯體系。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各類基礎(chǔ)地理信息要素在不同比例尺三維數(shù)字地圖中采用何類三維模型進(jìn)行表達(dá)，以不同的模型類型代碼表示，進(jìn)一步規(guī)定了不同比例尺表達(dá)時(shí)采用的各類三維模型需滿足的精度和表達(dá)要求。

圖3 三維數(shù)字地圖的總體內(nèi)容體系

2 三維數(shù)字地圖的精度

三維數(shù)字地圖的精度包括地形模型平面精度和高程精度，以及地物模型平面位置精度和高程精度。與國家標(biāo)準(zhǔn)相比，本標(biāo)準(zhǔn)對具體精度要求做出了一系列細(xì)化和提升。

2.1 地形模型平面精度

本標(biāo)準(zhǔn)中增加了地形模型平面精度要求。地形模型的平面精度由DOM的地面分辨率和平面位置中誤差決定，主要參照了現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)CH/T 9008.3和CH/T 9009.3中的規(guī)定[7-8]。

2.2 地形模型高程精度

地形模型的高程精度由DEM的精度決定，按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)CH/T 9008.2和CH/T 9009.2中關(guān)于DEM格網(wǎng)間距和內(nèi)插點(diǎn)高程中誤差的指標(biāo)[9-10]。總體沿用了國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，但根據(jù)DEM數(shù)據(jù)源不同，各比例尺下又細(xì)分為一、二、三級。

2.3 地物模型平面位置精度

目前地物模型制作主要包括基于實(shí)測基礎(chǔ)數(shù)字地形圖和航測成圖兩種技術(shù)手段，因此平面位置精度的制定也進(jìn)行了分類細(xì)化，并且精度要求高于國家標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)要求地物模型應(yīng)主要基于相應(yīng)比例尺數(shù)字地形圖進(jìn)行制作，使三維數(shù)字地圖的精度與已有二維基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)匹配，保證三維數(shù)字地圖基本產(chǎn)品在精度上的統(tǒng)一性。目前浙江省內(nèi)1∶500、1∶1 000和1∶2 000比例尺地形圖基本能滿足三維數(shù)字地圖制作要求，規(guī)定1∶500、1∶1 000和1∶2 000比例尺建筑要素模型基底明顯角點(diǎn)的平面點(diǎn)位中誤差須滿足DB33/T 552中的二類地物點(diǎn)的平面點(diǎn)位中誤差要求[11]，其他地物模型特征點(diǎn)的平面點(diǎn)位中誤差須滿足DB33/T 552中三類地物點(diǎn)的平面點(diǎn)位中誤差要求。而1∶10 000比例尺則直接參照相應(yīng)的航測精度要求。

如果實(shí)際生產(chǎn)中采用航測方法進(jìn)行制作的，1∶500、 1∶1 000、 1∶2 000比例尺中應(yīng)滿足DB33/ T 552中航測成圖地物點(diǎn)相對鄰近控制點(diǎn)的平面點(diǎn)位中誤差，1∶10 000比例尺參照相應(yīng)的航測精度要求。

2.4 地物模型高程精度

與國家標(biāo)準(zhǔn)中的“高度精度”不同，本標(biāo)準(zhǔn)提出了地物模型的“高程精度”，從實(shí)際生產(chǎn)和檢驗(yàn)的需求來看，定義其高程精度更加合理。考慮到目前大規(guī)模三維數(shù)字地圖建設(shè)中的高程獲取仍然以航測手段為主，因此建筑要素模型頂部特征點(diǎn)的高程中誤差在1∶500、1∶1 000、1∶2 000、1∶10 000比例尺中依次為0.5 m、0.7 m、1.2 m、2.5 m，參考了各比例尺航測的山地一級高程精度。其他地物模型特征點(diǎn)的高程要求與實(shí)際地物相匹配，具體的精度指標(biāo)暫不作具體規(guī)定。并且要求地物模型基底明顯特征點(diǎn)應(yīng)與地形模型表面實(shí)現(xiàn)點(diǎn)面貼合，通過地形模型的高程精度來控制地物模型底部的高程精度。

3 三維數(shù)字地圖的表達(dá)

3.1 地形模型表達(dá)

地形模型由滿足本標(biāo)準(zhǔn)精度要求的DEM構(gòu)建三角網(wǎng)，再疊加滿足本標(biāo)準(zhǔn)精度要求的DOM作為紋理生成完整的地形模型。需要表現(xiàn)局部地區(qū)細(xì)節(jié)特征的，應(yīng)重新編輯DEM作精細(xì)化處理。

3.2 地物模型表達(dá)

地物模型的表達(dá)要求主要包括幾何精細(xì)度和紋理精細(xì)度兩方面，相比國家標(biāo)準(zhǔn)要求更高，對具體內(nèi)容也進(jìn)行了更加實(shí)用與合理的改進(jìn)。另外本標(biāo)準(zhǔn)還制定和完善了地物模型和紋理的編碼，以及對屬性要求做出總體規(guī)定。

1）幾何精細(xì)度。幾何精細(xì)度的總體要求主要指地物模型須滿足其在內(nèi)容、空間位置、計(jì)量單位、尺寸比例、面數(shù)等幾何方面的要求，且生產(chǎn)中應(yīng)建立通用模型庫來存放一些通用模型。

幾何精細(xì)度的表現(xiàn)方式分為細(xì)節(jié)建模表現(xiàn)、主體建模表現(xiàn)和通用模型表現(xiàn)，本標(biāo)準(zhǔn)中以“通用模型表現(xiàn)”替代了國家標(biāo)準(zhǔn)中的“符號表現(xiàn)”，因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)中需要建立通用模型庫，因此以“通用模型”來表述更為合理。

各類地物模型的幾何精細(xì)度的詳細(xì)要求，是結(jié)合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)規(guī)定了不同比例尺下各類地物模型的要素內(nèi)容、建模方式、取舍要求、細(xì)節(jié)表現(xiàn)的精細(xì)程度。

2）紋理精細(xì)度?！凹y理”這一術(shù)語沒有沿用國家現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的定義，而是重新定義為“用于反映要素對象表面紋路和色澤特征的影像”。

紋理精細(xì)度在總體上須滿足其在尺寸、分辨率、格式、處理、使用等方面的要求，并應(yīng)建立紋理庫來存放通用紋理。國家標(biāo)準(zhǔn)在不同精細(xì)度級別下對紋理處理的要求逐步降低，但本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須對所有紋理的變形、遮擋、接縫、眩光等進(jìn)行處理。

紋理的類型按照精細(xì)度分為三級：精細(xì)修飾紋理、一般修飾紋理和通用紋理，沒有沿用國家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于紋理的分級和概念，而是重新制定了精細(xì)修飾紋理和一般修飾紋理的定義，對紋理的精細(xì)度要求更高，且更能體現(xiàn)紋理精細(xì)度的分級。標(biāo)準(zhǔn)中對各類地物模型在不同比例尺下主要采用的紋理類型做出了規(guī)定。

3）模型與紋理編碼。不同于國家標(biāo)準(zhǔn)中的模型“命名”規(guī)則，本標(biāo)準(zhǔn)制定的是模型“編碼”規(guī)則。地物模型在分幅編號的基礎(chǔ)上進(jìn)行編碼，依次加入模型類型代碼、比例尺代碼和模型順序號。比例尺代碼采用的是GB/T 13989中規(guī)定的比例尺代碼[2]。紋理編碼方式與模型編碼方式類似，并且明確在同一分幅三維數(shù)字地圖制作過程中需要重復(fù)使用紋理時(shí)，不對其重新編碼。另外本標(biāo)準(zhǔn)中加入了對通用模型和紋理編碼的規(guī)定，由模型類型、制作日期和順序號組成。

3.3 三維數(shù)字地圖元數(shù)據(jù)

國家標(biāo)準(zhǔn)中對三維模型元數(shù)據(jù)制作僅強(qiáng)調(diào)應(yīng)參照GB/T 19710的要求[12]。本標(biāo)準(zhǔn)參考了二維數(shù)字地形圖的元數(shù)據(jù)要求，對三維數(shù)字地圖元數(shù)據(jù)的基本內(nèi)容做出了具體規(guī)定。三維數(shù)字地圖的元數(shù)據(jù)按照分幅進(jìn)行制作，其基本內(nèi)容應(yīng)包括分幅編號、項(xiàng)目名稱、所在區(qū)域的行政區(qū)劃、比例尺、最小外接矩形坐標(biāo)、平面坐標(biāo)系、高程基準(zhǔn)、坐標(biāo)單位、質(zhì)量說明、生產(chǎn)單位和生產(chǎn)日期等信息。

4 三維數(shù)字地圖的檢驗(yàn)

國家標(biāo)準(zhǔn)中的檢驗(yàn)內(nèi)容側(cè)重于總體要求，而本標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對三維數(shù)字地圖的檢驗(yàn)內(nèi)容、檢驗(yàn)方法及質(zhì)量評價(jià)都做了詳細(xì)的規(guī)定。三維數(shù)字地圖的檢驗(yàn)內(nèi)容分為質(zhì)量元素、質(zhì)量子元素和檢查項(xiàng)三級，質(zhì)量元素包括完整性與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、模型質(zhì)量及元數(shù)據(jù)與附件質(zhì)量，其中模型質(zhì)量又包括數(shù)學(xué)精度、幾何精細(xì)度、紋理精細(xì)度和模型編碼。規(guī)定了各項(xiàng)檢驗(yàn)內(nèi)容的具體檢查驗(yàn)收方法，各項(xiàng)檢查內(nèi)容都給出了質(zhì)量評價(jià)方式或評分公式，然后進(jìn)行單位樣本的評定，最后進(jìn)行批成果的質(zhì)量判定。

5 結(jié) 語

本標(biāo)準(zhǔn)的編制從立項(xiàng)之初，就提出了“三維數(shù)字地圖”這一概念。標(biāo)準(zhǔn)編制前期，針對“三維數(shù)字地圖”的含義和定位進(jìn)行了多次征詢、討論與修改。最終確定的三維數(shù)字地圖的含義，在內(nèi)容和精度等方面與二維基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)相銜接，并引入基本產(chǎn)品、比例尺和分幅等概念，上升到了“數(shù)字地圖”的層面。而且標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對三維模型的內(nèi)容和表達(dá)要求也做出了許多擴(kuò)充與完善。

標(biāo)準(zhǔn)通過對各比例尺三維數(shù)字地圖在內(nèi)容、精度、表達(dá)、檢驗(yàn)等方面做出詳細(xì)明確的規(guī)定，保證了數(shù)據(jù)要求的統(tǒng)一性。標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將提升三維數(shù)字地圖產(chǎn)品的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)優(yōu)勢，使其能夠更好地達(dá)到基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的要求，應(yīng)用于輔助政務(wù)管理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活等領(lǐng)域。同時(shí)對促進(jìn)三維數(shù)字地圖數(shù)據(jù)的共享應(yīng)用，推動(dòng)三維基礎(chǔ)地理信息建設(shè)也有著重要意義。隨著新技術(shù)和新需求的發(fā)展，本標(biāo)準(zhǔn)會(huì)進(jìn)一步研究、完善和補(bǔ)充，從而更好的指導(dǎo)三維數(shù)字地圖的建設(shè)。

[1] CJJ/T 157-2010.城市三維建模技術(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] 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].

[5] GB/T 2260-2007.中華人民共和國行政區(qū)劃代碼[S].

[6] GB 13989-2012.國家基本比例尺地形圖分幅和編號[S].

[7] CH/T 9008.3-2010.基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500、1∶1 000、1∶2 000 數(shù)字正射影像圖[S].

[8] CH/T 9009.3-2010.基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶5 000 、1∶10 000 、1∶25 000 、1∶50 000 、1∶100 000 數(shù)字正射影像圖[S].

[9] CH/T 9008.2-2010.基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500、1∶1 000、1∶2 000 數(shù)字高程模型[S].

[10] CH/T 9009.2-2010.基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶5 000、1∶10 000、1∶25 000、1∶50 000、1∶100 000 數(shù)字高程模型[S].

[11] DB33/T 522-2014.浙江省1∶500、 1∶1 000、 1∶2 000數(shù)字地形圖測繪規(guī)范[S].

[12] GB/T 19710-2005.地理信息元數(shù)據(jù)[S].

P297

B

1672-4623（2017）02-0038-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.02.012

2015-04-03。

王苑楠，碩士，工程師，研究方向?yàn)閿z影測量、激光掃描和三維仿真技術(shù)。