基于规划核实的三维地图更新

赵自力，杨庆海

(郑州市规划勘测设计研究院，河南郑州 450052)

1 前言

传统的规划核实包含放线、基础竣工和工程竣工核实。在具体实践中，主要工作内容为对建筑工程实施放线、基础竣工测量、工程竣工测量后，及时向城乡规划主管部门提供最新的城市规划、建设和管理动态信息，并在城市信息化、电子政务和政务资源整合、共享等方面都有明确的要求和规定。以GIS技术为主要手段，以地理空间信息数据为索引，整合城市面向建设、规划、招商、服务和管理等方面的数据，实现各业务部门的资源整合和共享，已经成为公认的解决方案［1］。

当前，以智慧城市为标志的城市信息化浪潮正在全国范围内迅速展开，对城市规划、建设和管理的智慧化提出了前所未有的创新和挑战，比如快速感知城市中变化要素的位置、三维形态、时态信息、变化速度等多维空间信息，单纯的二维GIS已经无法准确表达多维空间信息的变化［2，3］。同时，以三维数字地图为载体搭载多维空间信息的多维GIS展现在人们面前，使人们对城市可以直接得到感性的认知，城市规划、建设、决策和调整可以在一个全新的环境下进行，从而使城市规划、建设和管理的调控更为直观化、现代化、科学化;但是，如何高效管理、及时更新庞大的多维城市空间信息，对智慧城市的建设和实现提出了更高的要求，本文以规划核实为突破口，探索三维数字地图数据管理和更新的新方法。

2 规划核实资料分析

可用于GIS数据更新的资料主要有:建筑工程竣工图(Extend Geography Platform of Sunway(EPS)地理信息工作站数据)、建筑高程点信息、竣工测绘地形图(EPS地理信息工作站数据)、工程建设时间等资料，如图1、图2所示。

图1 建筑工程竣工图(EPS地理信息工作站数据)

图2 竣工测绘地形图(EPS地理信息工作站数据)

3 二三维一体化管理

基于EPS地理信息工作站从地理信息角度构建数据模型，以数据库为核心，构建图形与属性共存的框架，融图形与属性于一体，通过信息映射机制与数据转换技术，如图3所示，实现对象级自由映射，更能够实现对象内部细节信息无需编程即可直接映射到目标系统，无缝接轨、无损转换(目前可与国内外常用数据格式双向转换)，从数据生产源头实现数字化到信息化的转变，实现工业化的GIS数据生产，在统一的坐标系下，可做到随时用随时取，随时生产随时存。

图3 信息映射与数据转换技术

EPS地理信息工作站以通用数据库为基础，开放、安全、海量、查询标准化、访问速度快，与以文件为基础的系统相比，有本质的飞跃;图形、属性一体化的模式，而不是图形文件加属性库的挂接，使一体化应用成为可能，不仅实现了GIS与CAD在数据层面上的统一;同时，实现二三维一体化的综合服务系统支持三维模型场景、三维地形场景、多维GIS数据整合，进行服务的发布和调用，具备多数据源管理功能。通过二维数据库扩展快速生成三维建筑、道路、绿化、管线等，根据影像和二维房屋面快速生成三维模型、二维地名地址数据三维化建库或扩充、二三维联动更新，通过二维高效管理三维数据，如图4所示。

二三维数据库的互联互通，实现三维与二维管理平台无缝融合，将二维地理信息空间数据和三维场景中的空间位置相对应，并通过交互时的事件触发机制保持其变化时的同步，实现二维矢量、影像和三维场景的联动操作。采用跨系统技术接口，无缝集成二维和三维数据，满足与相关系统融合需求，达到二三维场景互联互通，如图5所示。

图4 二三维一体化管理

图5 二三维数据库互联互通

4 历史数据管理

由于数据采集制作的原因，模型和地形影像的历史数据库有不同管理方式。地形和影像是以时间点的形式存储在数据库中，满足能抽查不同时间点的地形影像数据的需求。而模型(比如建筑)是以建筑本身的建设时间、拆除时间有关，所以是以时间段的形式进行存储，如图6所示。

图6 时间设计

4.1 DEM与影像数据的更新与维护

DEM和遥感影像数据采用分块(幅)管理方式，因此DEM数据的更新可以采用以下几种方式:整体更新和分块(幅)更新两种方式。同时，三维数字平台支持对DEM数据进行实时的高度调整，从而实现高程修改及实际应用的需要。

如果某一块(幅)或几块数据进行了重新测绘，可以对变化数据进行分块(幅)更新;如果得到新的版本全部数据，又可以进行整体更新替换，如图7所示。

图7 分幅(分块)数据更新

4.2 模型数据的更新与维护

为保证数据的现势性，模型数据的维护、更新较频繁，由于模型数据和属性数据的生产基本以人工为主，因此这类数据的维护更新主要以人工为主，手动修改模型或属性数据。数据的每次修改都以任务的形式进行，并进行必要的版本控制，实现增量更新，其修改流程为:任务生成、维护修改、提交、检查入库、更新，如图8所示。

图8 统一更新维护

5 基于规划核实的更新工作流程

基于规划核实的三维数字地图更新主要有3个环节:资料收集、外业施测和内业成图，具体工作内容如图9所示。

(1)资料收集:规划核实资料整理(整理测区规划核实“竣工测绘地形图”和“建筑工程竣工图”资料)、1∶1 000地形图(用于调查测区周边建筑、地形、小品、交通设施等信息是否发生变化)、DOM影像图(直观展示测区及周边建筑情况，为外业施测提供参考资料)、测区周边路网数据(用于三维地形接边)、可用于三维室内场景制作的建筑设计资料。

图9 基于规划核实的三维地图更新工作流程

(2)外业施测:建筑物外墙纹理采集、测区景观现状调查(地形、绿化、景观、小品等信息采集)、三维数据接边调查(测区与周边已有三维数字地图数据是否存在接边问题，若有进行调查)、若需要进行室内场景照片采集。

(3)内业成图:完成各种三维模型数据的制作(利用外业采集资料，基于“竣工测绘地形图”与“建筑工程竣工图”资料完成建筑、景观、交通实施、地形等三维建模)、三维数字地图接边［4］，对于竣工图中修测的建筑需要进行综合取舍，应精确反映建筑的外立面、屋顶结构形式及各类附属设施等细节。

6 更新成果

基于规划核实对三维数字地图更新成果数据结构主要包括:交换元数据、三维模型数据和属性数据等，如图10所示。

图10 更新成果分类

(1)交换元数据:

主要用来达到实现三维地理空间信息的有效管理和合理共享的双重目的。对于数据生产者，一方面通过提供空间元数据，及时发布有效的地理空间数据，最大限度地发挥已有地理空间信息的价值，另一方面根据空间元数据的内容有效地管理和维护已有地理空间数据［5］。

(2)模型数据和属性数据:

模型文件用来真实反映建筑、地形和交通等实物的外观细节，在三维地图中沿模型漫游时，能清晰观察到模型的每一个细节，模型观感与原物体保持一致;且能反映建模物体长、宽、高等任意维度变化大于 0.5 m的细节(个别标志性古建反映维度变化 0.2 m的细节)。例如建筑的外观转角变化、阳台、门窗框架样式、屋檐造型等;模型三角面数多数控制在1500以内［6］。

纹理文件能反映出材质的实际图案、颜色、透明度等，能区别出砖、木头、玻璃、金属、石头等不同材质，贴图中不可含有建模物体以外的物体，纹理中 0.5 m的细节应清晰可辨(个别标志性古建纹理中 0.2 m的细节应清晰可辨)。建筑各个面贴图采用烘焙技术以及多重纹理贴图制作，顶部贴图使用影像图中的建筑顶面贴图，同时顶部贴图修改精美。纹理单张分辨率要求最大不超过 2 047×2 047［7］。

属性信息应包含描述模型类型、用途和特征等的基本属性信息和规划核实项目相关信息，如:核实项目经济技术指标、建设工程竣工测绘通知单、城市工程测量产品质量检查审核等信息，便于规划核实信息的保存和应用，并且可根据实际应用需要进行扩充。

7 总结

探索二三维一体化管理、更新机制，以标准先行、建立统一的数据中心，以三维地图为载体融合多维空间信息搭建三维地理信息共享服务平台，进而实现多业务应用的建设顺序，未来最终实现“以一套数据为基础，3D GIS为核心，云GIS为依托，多类应用为方向”的智慧城市。

［1］李成名，刘晓丽，印洁等．数字城市到智慧城市的思考与探索［J］．测绘通报，2013(3):1～3．

［2］辜胜阻，杨建武，刘江日．当前我国智慧城市建设中的问题与对策［J］．中国软科学，2013(1):6～12．

［3］朱庆，林珲．数码城市地理信息系统——虚拟城市环境中的三维城市模型初探［M］．武汉:武汉大学出版社，2004．

［4］卢丹丹，吴熙，王厚之等．三维竣工测量的研究与应用［J］．城市勘测，2010(6):47～50．

［5］CJJ/T 157－2010．城市三维建模技术规范［S］．

［6］吕翠华，陈秀萍，张东明．基于三维激光扫描技术的建筑物三维建模方法［J］．科学技术与工程，2012，12(10):2410～2414．

［7］GB/Z24357－2009．地理信息元数据XML模式实现［S］．