摘要:近年來,三維實景建模技術應用廣泛,推動了新型基礎測繪快速發(fā)展。為了進一步提高三維實景建模的質(zhì)量與精度,對三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量的成因、內(nèi)容、影響因素進行了深入的研究,結(jié)合三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量和設計規(guī)范相關標準制定檢查規(guī)則,并創(chuàng)建了三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的規(guī)則庫,研究如何結(jié)合不同類型數(shù)據(jù)特點,通過三維模型質(zhì)檢平臺軟件對三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品進行相關的質(zhì)量控制和精度分析。通過該實景三維模型質(zhì)檢平臺技術,可以有效地提高三維實景建模的質(zhì)量以及精度。
關鍵詞:三維模型質(zhì)檢平臺;三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品;自動精度檢查;質(zhì)量評定
一、前言
2015年6月國務院批復同意的《全國基礎測繪中長期規(guī)劃綱要(2015-20230年)》中提出“到2030年新型基礎測繪體系全面建成”的要求。截至2022年3月,自然資源部已陸續(xù)設立了上海、武漢、西安、寧夏等10個省市作為“新型基礎測繪”國家級試點,其中上海試點已經(jīng)于2020年9月完成城市級實景三維成果驗收,武漢試點也已完成預驗收,寧夏(地形級)、西安(城市級)等試點方案也已通過評審,進入實施階段?;A測繪的轉(zhuǎn)型升級已經(jīng)成為各省地理信息產(chǎn)業(yè)人員需迫切面對的重大課題。
三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品作為生產(chǎn)建設地理實體的前置,也是建設實景三維及新型基礎測繪的組成部分。相比目前已經(jīng)成熟的影像、矢量等數(shù)據(jù)成果的質(zhì)檢,三維模型的質(zhì)檢處于尚需完善階段,在實際生產(chǎn)中缺少能夠?qū)θS模型成果進行較全面、高水平、自動化質(zhì)檢的平臺軟件。
二、研究前景
對三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量的成因、內(nèi)容、影響因素進行了深入的研究,結(jié)合三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量和設計規(guī)范相關標準制定檢查規(guī)則,并創(chuàng)建了三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的規(guī)則庫,結(jié)合不同類型數(shù)據(jù)特點實現(xiàn)相應的檢查算法。通過試驗探索研究適合實景三維模型質(zhì)檢的質(zhì)檢方案和質(zhì)檢軟件平臺的開發(fā)研究,并建立一套完整的三維模型質(zhì)量評價標準體系。
該軟件平臺應具備以下特點:
(一)抽樣人員選定抽樣范圍后,質(zhì)檢軟件根據(jù)抽樣范圍提取抽檢樣本數(shù)據(jù);
(二)質(zhì)檢軟件應盡量提高自動化檢查水平,如實現(xiàn)模型精度檢查、幾何檢查等方面的自動化檢查;
(三)該平臺具有兼容所有符合國家標準的成果數(shù)據(jù)格式類型,同時質(zhì)檢軟件的質(zhì)檢標簽記錄也應能夠正確導入生產(chǎn)單位的軟件中;
(四)具備單機質(zhì)檢和網(wǎng)絡質(zhì)檢兩種模式。
項目完成后,對三維模型質(zhì)檢與評價產(chǎn)生積極影響。
三、軟硬件工作環(huán)境與特點
(一)軟硬件環(huán)境
為滿足大數(shù)據(jù)量的三維模型成果數(shù)據(jù)的質(zhì)檢驗收需求,三維模型的質(zhì)檢軟件需安裝在具備強大的數(shù)據(jù)吞吐與并行計算能力,多核心CPU與通用計算圖形處理器的工作站中。推薦軟硬件環(huán)境如表1。
(二)軟件兼容性
“三維模型質(zhì)檢軟件”在系統(tǒng)開發(fā)設計時,考慮兼容符合國家規(guī)定的各類數(shù)據(jù)成果格式,保證軟件的普適性。
(三)關鍵技術
三維模型質(zhì)檢應基于國家已經(jīng)發(fā)布的標準、規(guī)程、規(guī)定、大綱等技術文件,實現(xiàn)對符合技術設計的三維Mesh模型、單體化模型的質(zhì)檢(后續(xù)簡稱為三維模型)。
1.三維模型質(zhì)檢技術路線
根據(jù)抽樣范圍提取抽檢樣本數(shù)據(jù);在有條件的情況下應盡量提高自動化檢查,避免人工檢查出現(xiàn)錯漏;成果應該是符合技術設計的格式,常見數(shù)據(jù)格式類型(如OSGB、OBJ、MAX等)。技術路線如圖1。
2.樣本抽查與提取
按照檢查與驗收規(guī)定,從同一技術設計書指導下生產(chǎn)的同級別、同規(guī)格成果數(shù)據(jù)組成的檢驗批中抽取不少于5%的樣本量進行詳查[1]。
抽樣人員根據(jù)影像與格網(wǎng),隨機標記抽樣范圍后,質(zhì)檢軟件應根據(jù)抽樣范圍提取抽檢樣本數(shù)據(jù)[2]。
3.自動化及人機交互檢查
為了提升質(zhì)檢效率, 減少人機交互檢查工作量, 有條件的情況下應盡量通過質(zhì)檢軟件或生產(chǎn)軟件的質(zhì)檢功能進行自動化檢查。
通過提前導入基于進行mesh網(wǎng)格的特征學習和分類的數(shù)據(jù)庫,在人工質(zhì)檢之前,提前使用質(zhì)檢軟件的自動檢查功能完成:①部分模型精度檢查與幾何檢查工作; ②實現(xiàn)對懸浮物、孔洞邊界檢測;③多層三維數(shù)據(jù)檢測部分幾何問題的自動檢查。
(1)自動化精度檢查及幾何檢查
因三維模型數(shù)據(jù)體量較大,為滿足質(zhì)檢需求,通過導入不同地物邊界作為約束條件,不同地物根據(jù)標準設定精度范圍,研究計算檢查點與Mesh模型或單體模型距離方法,統(tǒng)計分析檢查區(qū)域數(shù)據(jù)粗差率,判斷模型精度是否滿足要求[3]。
在三維模型生產(chǎn)過程中,由于設備或者原始數(shù)據(jù)原因,我們獲取的三維模型并不完整,通常存在水面、玻璃幕墻孔洞,空三斷層,懸浮物等各種問題,這類三維數(shù)據(jù)對后續(xù)模型分析會造成影響,通過研究懸浮物檢測、孔洞邊界檢測,多層三維數(shù)據(jù)檢測方法,實現(xiàn)對部分幾何問題的自動檢查,提高質(zhì)檢效率[4]。
(2)人機交互檢查
根據(jù)具體項目的質(zhì)檢需求,可參照國家標準規(guī)范和其他省份地方規(guī)范標準,使用標準化的質(zhì)檢錯誤標簽,也可導入定制化調(diào)整過的質(zhì)檢標簽,以此減少檢查過程中質(zhì)檢人員的重復工作量。
標簽類別結(jié)合三維模型特性一般可分為:嚴重錯漏(A類問題,如坐標系統(tǒng)、高程系統(tǒng)或投影參數(shù)錯誤)、次嚴重的錯漏(B類問題,如重要地物平面精度、高程精度或模型間距等超限)、一般錯漏(C類問題,一般性的錯漏或與設計要求不一致)。
4.質(zhì)檢成果
(1)質(zhì)檢標簽
突破傳統(tǒng)“截圖式”報告質(zhì)檢方式,質(zhì)檢人員在檢查三維模型時采用質(zhì)檢標簽對數(shù)據(jù)問題進行標記,質(zhì)檢標簽記錄內(nèi)容包括坐標、截圖、錯誤類型、質(zhì)檢人員、記錄時間、標簽狀態(tài)等。質(zhì)檢標簽可實現(xiàn)在作業(yè)端快速定位錯誤坐標及方位,修改完的標簽可流轉(zhuǎn)至質(zhì)檢端進行復查工作。
質(zhì)檢工作結(jié)束后,標簽可作為有效的回溯手段,可追溯至當前項目的質(zhì)檢時間、人員等相關信息,為質(zhì)檢溯源與質(zhì)量責任到人提供支持。
該平臺質(zhì)檢標簽可與不同生產(chǎn)軟件的質(zhì)檢標簽相互兼容,既方便質(zhì)檢站對生產(chǎn)單位的檢查數(shù)據(jù)進行直接定位核查,又利于生產(chǎn)單位對質(zhì)檢站的質(zhì)檢標簽進行核實改正。
(2)質(zhì)檢記錄
質(zhì)檢軟件可一鍵生成檢查記錄表,可自定義設定。檢查記錄表主要對質(zhì)量檢查過程中發(fā)現(xiàn)的錯誤情況進行描述與統(tǒng)計,并可選擇對錯誤區(qū)域截圖、對具體的錯誤坐標進行記錄。
5.網(wǎng)絡環(huán)境下面向三維模型的質(zhì)檢體系
為了提升大規(guī)模三維模型成果的質(zhì)檢效率,方便質(zhì)檢過程數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn),減少生產(chǎn)和質(zhì)檢人員的溝通成本,同時為了適應不同單位的質(zhì)檢作業(yè)模式,利用分布式存儲和計算以及微服務技術,設計面向網(wǎng)絡環(huán)境下的質(zhì)檢工藝。
通過采用圖形化的任務分配和監(jiān)控,設計分級管理模塊,對不同級別用戶設置權限,在注冊賬號時給予區(qū)分,不同級別用戶進入系統(tǒng)后的顯示界面、內(nèi)容不同,可有效對存在質(zhì)檢爭議的區(qū)域進行多級審核;同時兼容對存量數(shù)據(jù)的解析,實現(xiàn)質(zhì)檢總?cè)蝿者M度實時監(jiān)控和全生命周期統(tǒng)計與分析,提高質(zhì)檢資料集中管理與共享利用水平。對現(xiàn)有的三維模型質(zhì)檢流程進行改造優(yōu)化,達到質(zhì)檢協(xié)同的目的,如圖2。
6.評價方法
依據(jù)《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量檢查規(guī)范》CH/T 9024-2014要求[5],同批成果中應隨機抽取不小于任務區(qū)總面積5%的區(qū)域作為樣本進行詳查。三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量元素:
①空間參考系;
②位置精度;
③表達精細度;
④邏輯一致性;
⑤屬性精度;
⑥時間精度;
⑦場景效果;
⑧附件質(zhì)量。
最終整個任務區(qū)的評價水準與樣本整體機檢報錯量值(包含錯誤個數(shù)與等級)、樣本要素復雜程度(或要素個數(shù))等均有一定關系,評價等級(優(yōu)秀、良好、合格、不合格)應能較客觀地反映三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品的整體質(zhì)量。
四、結(jié)語
綜上所述,三維實景建模技術雖然得到了廣泛的應用,也發(fā)揮出了巨大的作用,但是其質(zhì)量和精度控制仍然是當前的研究熱點,其同時也是影響后期測繪技術發(fā)展的重要因素。文中分析了三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量的成因、內(nèi)容以及影響因素,同時結(jié)合相關研究構建出了三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的規(guī)則庫,并且設計出了實景三維模型質(zhì)檢平臺技術,通過該技術能夠確保三維實景建模的質(zhì)量以及精度,為三模實景建模技術的進一步推廣和應用提供了支持。
參考文獻
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[2]陸元晶,張春敏,薛賽紅.關于常州市城市三維模型數(shù)據(jù)標準制定的探討[C]//江蘇省測繪學會,江蘇省測繪學會航測與遙感專業(yè)委員會.江蘇省測繪學會2011年學術年會論文集.《現(xiàn)代測繪》編輯部,2011:193-195.
[3]陳彥林,林源,鄧博文.三維模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)的研究與實踐[J].火箭推進,2018,44(02):88-94.
[4]柴震.三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查技術研究[D].北京理工大學,2015.
[5]國家測繪地理信息局.三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量檢查與驗收:CH/T 9024-2014[S].北京:測繪出版社,2015.