三维竣工测量的研究与应用

卢丹丹，吴熙，王厚之，邓凌雯

(武汉市勘测设计研究院，湖北武汉 430022)

三维竣工测量的研究与应用

卢丹丹∗，吴熙，王厚之，邓凌雯

(武汉市勘测设计研究院，湖北武汉 430022)

竣工测量是建设项目规划审批的最终环节之一，本文在传统竣工测量基础上，提出三维竣工测量概念，详细介绍了其工作内容、流程、特点及关键技术，探讨了三维竣工测量的推广和应用。

三维竣工测量；三维城市模型(3DCM)；数据更新

1 概 述

1.1 基本概念

传统竣工测量是指准确测定建筑物的形状、平面位置及高度尺寸以及与周围建筑物和定界的关系，其目的是为了编制工程竣工图表、决算，对实际完成的各项工程进行的一次全面量测工作。目前，竣工测量工作内容主要包括:平面控制测量、高程控制测量、建筑物的面积量算、竣工图施测与成图。作为城市竣工测量来讲，它的任务是提供城市规划、城市建设和城市管理所需的基础地形图及相关信息。

三维竣工测量是在传统竣工测量基础之上，利用竣工测量能够对城市建筑的更新进行准确、及时和全面量测的特性，在固有竣工测量工作环节中增加三维量测和模型制作，实现三维竣工图的同步建立，以达到三维城市模型(Three－Dimension City Model，3DCM)实时、准确和动态更新的目的。根据竣工测量业务的需要，三维竣工测量的外延可以扩大为取代传统《竣工测量技术设计书》的测量成果模式，建立三维竣工验收系统，对竣工测量的成果数据进行三维集成、发布及应用。

1.2 基本特点

与传统竣工测量相比，三维竣工测量存在以下特点:

(1)表现效果好:通过制作三维竣工模型，结合周边现状模型数据，采用三维竣工图或三维竣工验收系统等方式进行成果表现，效果真实，具有三维沉浸感，同时减少竣工验收环节不同部门的专业限制；

(2)技术含量高:传统竣工测量只需测量平面数据和少量高程数据，制作二维竣工图，三维竣工测量还需要采集建筑物立面数据和高程数据，并制作三维模型，数据采集内容增多，制作周期增长，数据生产技术难度提高；

(3)成果数据应用范围广:相对传统竣工测量的成果数据，三维竣工测量成果数据的应用范围增大，不仅满足基础地理信息数据更新和3DCM的更新要求，而且可以进行扩展业务的推广，如:楼盘销售系统、小区物业管理系统等。

2 工作内容

2.1 工作流程

三维竣工测量工作涉及传统竣工测量的三个主要环节:资料收集、外业施测和内业成图，由于三维数据的加入使各工作环节需要增加相应工作内容，如图1所示。

图1 三维竣工测量工作流程

(1)资料收集:基本收集资料包括:1∶2 000地形图、建筑设计施工图和红线定位册；三维竣工测量新增测区航片采集、周边现状建筑资料调查(权属、位置)和测区规划路网数据的收集。

(2)外业施测:常规外业施测内容包括:控制测量、房屋面积量算和竣工图的施测；三维竣工测量新增建筑物外墙纹理的采集、建筑物高程数据采集、测区景观现状调查和周边环境调查。

(3)内业成图:传统内业成图主要指二维竣工图的制作；三维竣工测量新增各种三维模型数据的制作(建筑、景观、交通设施、地形等)。

2.2 测量成果

三维竣工测量成果的存储和归档采用光盘方式，成果数据交换采用网络或磁盘方式，除了传统竣工测量成果外，成果数据结构内容主要包括交换元数据、模型数据和属性数据，如图2所示。

图2 三维竣工测量数据成果内容

(1)交换元数据

主要内容包括:竣工项目元数据、模型文件元数据和属性数据元数据，用来说明竣工测量及各项成果的内容、质量、状况和其他有关特征的信息，并应满足下列要求:

①数据存储、建库的要求；

②数据的管理、转换的要求；

③数据查询、浏览、检索的要求；

④数据发布、共享的要求。

交换元数据应符合现行国家标准《地理信息元数据》GB/T 19710－2005的规定，并应包括下列内容:元数据实体集信息、标识信息、限制信息、数据质量信息、维护信息、空间表示信息、参考系信息、内容信息、分发信息、范围信息、引用和负责单位信息。

(2)模型数据

主要内容包括:模型文件和纹理文件，用于还原表现竣工项目的自身及周边三维概貌。

①模型文件:主要包括地形模型文件、建筑模型文件、景观模型文件、交通设施模型文件及其他模型文件。为了保证数据的通用性和扩展性，模型数据成果存储格式为3ds Max标准数据交换格式，即3DS或OBJ文件。

②纹理文件:主要包括地表影像信息、建筑顶面和立面影像信息、交通设施表面影像信息、景观表面影像信息和其他地物的表面影像信息。纹理数据图片尺寸应为2的n次幂，纹理数据格式应转换为通用交换格式(dds、tga、png、jpg等)。

(3)属性数据库

主要内容包括:竣工项目属性数据、竣工建筑属性数据、经济技术指标属性数据，用于记录竣工测量、基础地理信息及规划指标资料。

①竣工项目属性数据:批文号、项目名称、项目地址、建设单位、设计单位等。

②竣工建筑属性数据:建筑物栋号、结构层数、占地面积、建筑面积、未封闭阳台面积、地下室面积等。

③经济技术指标数据:规划审批的各类经济技术指标(容积率、建筑密度、停车位、绿化率等)。

3 关键性技术

3.1 建立统一的三维模型标准

3DCM数据生产制作流程和工艺方法多种多样，且应用领域广泛。但目前为止，3DCM数据缺乏统一的行业生产标准和规范，使得3DCM数据的更新、维护和共享较为困难。为了使三维竣工测量的数据成果更好地投入使用，扩大共享，三维模型数据的更新标准应与已有3DCM数据生产标准一致，且最大限度满足现有三维平台应用要求。

3DCM数据的标准内容主要体现在:坐标系及精度控制、纹理贴图的大小及格式、三维模型建立方式、贴图的映射方式、三维模型三角面片数、三维模型成果格式等。以武汉市为例，目前武汉市规划局已率先建立了《城市三维建模技术规范》，按照此标准，三维竣工测量对3DCM数据更新标准加以控制，满足三维竣工测量成果数据的共享和应用。

3.2 建立完善的质量控制体系

三维竣工测量作为一项服务于3DCM更新的实用性工作，除了满足传统竣工测量的质量控制外，有着自身的特点和要求。其质量控制主要体现在:数据情况说明、位置精度、属性精度、逻辑一致性、数据完整性、时间精度。这些数据质量误差来源于数据源误差和3DCM数据生产过程误差。

三维竣工测量的资料收集和外业施测的精度决定了DEM、DOM以及采集的几何数据的精度；三维竣工测量的三维数据生产流程决定了3DCM数据更新制作的精度，其三维数据生产的每个过程都或多或少地损失数据的精度。因此，必须选择合理数据采集方式和尽可能少的数据生产中间环节，以减少数据质量的误差来源。以武汉市为例，在几何数据采集和三维模型生产过程中，必须按照即将颁布的《城市三维建模技术规范》进行，确保三维竣工测量整个生产环节的质量控制。

3.3 建立快速实时的更新手段

传统竣工测量工作内容较少，周期较短，由于三维数据采集和制作的加入，使竣工测量的生产周期和成本有所提高，为了缩短生产周期和缓解成本压力，目前可在数据采集和制作两个阶段提高生产效率。数据采集阶段可通过激光扫描、近景摄影测量等先进技术手段取代原有测量和拍照方式，对建筑物外立面进行详尽的三维数据采集，同时辅以人机交互进行数据处理。数据制作阶段可采用现有成熟三维数据生产软件或平台，通过二次开发，定制出满足三维竣工测量的快速建模工具，以提高数据制作效率和质量。

4 推广及应用

4.1 为传统规划验收提供创新手段

传统竣工验收采用二维竣工图作为成果资料，不论从成果的表达方式和显示效果都较为专业，判读性差。三维竣工测量在规划验收领域的推广和应用，改变了传统竣工验收工作方式，有助于提高城市规划审批、监督管理与项目验收的科学水平和工作效率。三维竣工测量建立竣工建筑及周边现状建筑三维模型数据，通过三维竣工图或三维竣工验收系统为竣工验收部门提供验收服务及各类功能，如面积统计查询(图2)、批前批后指标核对、项目资料查询及图纸管理等，辅助规划验收部门的项目管理与审核(图3)，提高表现效果和工作效率。

4.2 为3DCM数据更新提供有效途径

随着城市建设的快速发展，城市面貌每天都在发生着变化，为了满足城市发展的需要，真实反映城市的变化，我们必须及时、准确的跟踪和掌握这些变化，将这些变化反映在3DCM建设和更新过程中。三维竣工测量是建筑规划审批的最终环节之一，能够快速、准确和完整的得到第一手城市建设变化资料，通过实时收集、测量和制作三维竣工模型，虽然增长了三维竣工测量的工作周期，但整体上实现了3DCM的高效和准确更新，解决了3DCM数据更新投入大、时间长的难题，成为3DCM数据更新的有效途径。

图3 面积统计查询

图4 建筑间距检查

4.3 为房地产营销增加宣传方式

随着房地产业竞争的加剧，传统的展示手段如平面图、表现图、沙盘和样板房等已经远远无法满足消费者的需要。如今，集影视广告、动画、多媒体、网络技术于一身的三维虚拟互动展示成为最新型房地产营销方式。三维竣工测量根据自身业务特点，能够第一时间提供房地产项目三维竣工模型，利用这些模型数据，我们可以开发出楼盘三维销售系统(图5)、样板房虚拟展示系统(图6)、户型选购系统、小区物业管理系统等各类子系统。通过这些三维互动展示系统，目标客户在三维虚拟展示中任意行走和观看，达到难以比拟的真实感和现场感，使他们更快更准地做出订购决定，加快房屋销售速度。

图5 三维楼盘销售

图6 样板房展示

5 结 语

随着计算机三维可视化技术的快速发展和三维数字城市建设的全面推动，笔者结合传统竣工测量的业务特点，提出了三维竣工测量的概念，在全面阐述三维竣工测量的特点、内容及工作流程的基础上，分析了关键性技术，提出推广和应用方向，为三维竣工测量的进一步研究和发展提供了参考和借鉴。

三维竣工测量工作的引入，对实现3DCM的高效更新、辅助规划验收、扩展测绘行业业务领域等方面都具有十分重要的意义。然而，三维竣工测量的研究和应用工作目前还处于起步阶段，其全面开展和应用仍受到生产成本、周期和技术等方面的制约，以武汉市为例，当前仅在重大工程建设项目中实施应用。

针对这些问题，今后我们可将研究重点放在以下几个方面:

(1)竣工建筑的三维自动重建；

(2)三维竣工测量成果中表现效果的提升；

(3)三维竣工验收系统的开发；

(4)市政工程三维竣工测量的应用。

随着我们对三维竣工测量技术的不断认识和研究，笔者相信，三维竣工测量终究会取代传统二维竣工测量，成为竣工验收的主要方式，更好地服务于城乡规划与建设。

[1] 朱庆，林珲.数码城市地理信息系统[M].武汉:武汉大学出版社，2004

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The Research and Application of Three－dimension completion surveying

Lu DanDan，Wu Xi，Wang HouZhi，Deng LingWen
(Survey and Design institute of Wuhan，Wuhan 430022，China)

Completion surveying is the final link in the town planning approval.Based on traditional completion surveying，this paper proposes the concept of three－dimension completion surveying and introduces the content、flow、features and key technology of this work.Finally，the promotion and application of three－dimension completion surveying is discussed.

three－dimension completion surveying；three－dimensional city model；data updating

1672－8262(2010)06－47－04

P208

B

2010—04—29

卢丹丹(1981—)，女，工程师，主要从事GIS应用与研究工作。