基于3DGIS技術(shù)輔助規(guī)劃驗收研究

李南江 程良勇

關(guān)鍵詞：3D GIS;三維;規(guī)劃竣工;規(guī)劃驗收;圖像識別;建設(shè)工程

中圖分類號：P208;TU984 ?文獻標識碼：A ? 文章編號：2096-4706（2019）06-0022-03

Abstract：This paper first puts forward a series of methods using 3D GIS high technology to assist in the planning and acceptance，including the method of using lidar technology to collect and quickly build the 3D model of completed construction project，the method of building the 3D database of urban temporal data，the method of the massive 3D data LOD scheduling，the method of split screen with virtual scene，the method of image recognition by optimization algorithm，etc.，they scientifically assist planning and law enforcement departments to carry out project planning and acceptance，successfully solve the above problems. Combined with the experiment of Tianjin Xiangnian square project，significant results have been achieved，and has been approved by the planning and law enforcement departments.

Keywords：3D GIS;three dimensions;planning completion;planning and acceptance;image recognition;construction engineering

0 ?引 ?言

傳統(tǒng)的規(guī)劃驗收手段是通過具備竣工測量資質(zhì)的單位進行測量后形成竣工驗收測量報告，再由規(guī)劃執(zhí)法人員現(xiàn)場核實，最終判定是否通過規(guī)劃驗收，這種手段一是難以全覆蓋建設(shè)項目的各個部位的驗收;二是工作效率低下;三是項目資料存儲和查閱困難;四是三維數(shù)字城市模型庫更新周期長、工作量大、成本高。本文以天津市規(guī)劃驗收竣工測量工程為案例，提出規(guī)劃驗收竣工測量技術(shù)、作業(yè)方法和城市地理信息元數(shù)據(jù)更新等相關(guān)問題的一套全新解決方案。

1 ?研究的背景及內(nèi)容

1.1 ?研究背景

地理信息元數(shù)據(jù)有助于人們對空間數(shù)據(jù)的理解、發(fā)現(xiàn)、定位、挖掘、評估和維護，目的在于實現(xiàn)地理信息的有效管理和合理共享，并有利于元數(shù)據(jù)的管理、維護、檢索、傳輸交換。動態(tài)元數(shù)據(jù)是元數(shù)據(jù)的擴展，它不僅具備元數(shù)據(jù)的一般特征，還記錄了數(shù)據(jù)集在變化和更新過程中所產(chǎn)生的信息。城市動態(tài)元數(shù)據(jù)的描述體系是人們在三維數(shù)字城市數(shù)據(jù)庫更新維護過程中關(guān)心的內(nèi)容，科學(xué)合理的元數(shù)據(jù)描述體系可以幫助人們了解數(shù)據(jù)產(chǎn)生過程、數(shù)據(jù)內(nèi)容、成果質(zhì)量、技術(shù)規(guī)格、現(xiàn)勢性、歷史性等多方面的內(nèi)容，也方便了人們管理、應(yīng)用、發(fā)布數(shù)據(jù)。我國現(xiàn)在的建筑工程驗交階段紕漏較多，檔案資料管理困難，城市三維地理信息元數(shù)據(jù)更新困難。

1.2 ?研究內(nèi)容

工程驗收工作的第一步是進行工程測量，采用先進的激光雷達技術(shù)來采集三維空間數(shù)據(jù)，一是高精度特點保證了竣工工程測量數(shù)據(jù)的準確性，二是三維坐標數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)同時獲取。結(jié)合專業(yè)的三維點云自動建模技術(shù)，快速構(gòu)建竣工建筑的三維模型。組建三維時態(tài)型數(shù)據(jù)庫，結(jié)合內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，生成動態(tài)的地理信息元數(shù)據(jù)，將整個城市及歷史裝進數(shù)據(jù)庫。結(jié)合3D GIS的相關(guān)技術(shù)方法，來輔助城市規(guī)劃驗收部門科學(xué)嚴格地進行建設(shè)項目的規(guī)劃驗收。

2 ?技術(shù)方法

2.1 ?激光雷達采集與建模技術(shù)

用站式激光掃描儀對竣工建筑進行外立面高精度掃描，獲取了整個建筑的三維點云數(shù)據(jù)，再通過點云融合技術(shù)，集成車載、機載和站式激光點云數(shù)據(jù)，使用精細度的三維模型構(gòu)建技術(shù)，精度達到厘米級，建立竣工建筑方案的高精度三維數(shù)字檔案模型庫，如圖1所示。

2.2 ?數(shù)據(jù)更新技術(shù)

隨著建設(shè)工程竣工，通過規(guī)劃驗收后，直接將方案更新到現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，自動將原現(xiàn)狀中對應(yīng)的方案部分數(shù)據(jù)追加到歷史庫中，實現(xiàn)高效率的城市三維地理信息數(shù)據(jù)庫更新維護，如圖2所示。

2.3 ?圖像識別對比技術(shù)

在進行建筑外立面或者房頂?shù)炔课坏膶Ρ葘彶榈臅r候，需要對比規(guī)劃方案與竣工方案中的差別到底有多大，這時需要從三維系統(tǒng)中分別截取規(guī)劃方案與竣工方案在同一個角度下的圖像，然后對兩張圖像運用Zernike矩和相似度準則的圖像比對算法進行像素級別的對比分析，標記出不同像素，同時計算圖像差別百分數(shù)，圖像整體亮度偏差像素值，圖片偏差部位數(shù)目等，如圖3所示。

按照竣工實測方案和規(guī)劃三維模型的外包為圈分多個投影面進行誤差對比計算，確保每個部件無死角的采集到圖像，每個面的對比采用圖像對比分析方法進行，然后將現(xiàn)狀三維模型信息和規(guī)劃三維模型信息分別投影到這個固定的面上，對形成的圖像進行圖像像素F（u，v）對比分析通過像素重疊度計算偏差，透明部分直接過濾，不參與像素對比分析，首先需獲得Δ（u，v），計算公式為Δ（u，v）=Fj（u，v）-Fg（u，v），其中Fj（u，v）為現(xiàn)狀三維模型信息投影到固定面上的圖像在u行v列的顏色值，F(xiàn)g（u，v）為規(guī)劃三維模型信息投影到固定面上的圖像在u行v列的顏色值，Δ（u，v）為現(xiàn)狀三維模型信息與規(guī)劃三維模型信息在u行v列的偏差值;

本文提出的利用3D GIS技術(shù)，能快速獲取高精度的竣工項目的空間數(shù)據(jù)，建立城市三維地理信息動態(tài)元數(shù)據(jù)的自動更新機制，能快速審查出建筑立面、屋頂結(jié)構(gòu)、道路、綠化、出入口、停車位等審查要素是否一致，在承辦人員現(xiàn)場查驗無法全面查看或現(xiàn)場查驗完畢后記憶不深刻的部分，可以直接進行確認查看，保證承辦人員對建設(shè)項目驗收的每一部分都清楚明了，沒有疑點，降低承辦人員僅根據(jù)二維圖紙資料成果辦件有所偏差的風險。這套全新的方法補充了傳統(tǒng)規(guī)劃驗收工作的缺漏。建立的城市海量數(shù)據(jù)更新機制，能源源不斷地為三維數(shù)字城市建設(shè)輸入新鮮血液，保持其現(xiàn)勢性，為智慧城市建設(shè)打下堅實基礎(chǔ)。同時，隨著海量數(shù)據(jù)的更新，日積月累，形成比較全面的歷史數(shù)據(jù)庫，整個城市的發(fā)展過程都將被記錄下來，日后必將成為城市歷史復(fù)原保護等的寶貴資源財富。

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作者簡介：李南江（1985.08-），男，漢族，湖北大冶人，軟件項目經(jīng)理，工程師，本科，研究方向：地理信息系統(tǒng)、三維數(shù)字城市;程良勇（1981.05-），男，漢族，湖北鄂州人，事業(yè)部經(jīng)理，高級工程師，碩士，研究方向：地理信息系統(tǒng)、三維數(shù)字城市。