浙江省地方标准《三维数字地图技术规范》的研究

2017-03-02王苑楠井发明

地理空间信息 2017年2期

关键词：数字地图纹理高程

王苑楠，井发明，廖佳

（1.宁波市测绘设计研究院，浙江宁波 315042）

浙江省地方标准《三维数字地图技术规范》的研究

王苑楠1，井发明1，廖佳1

（1.宁波市测绘设计研究院，浙江宁波 315042）

对浙江省新发布的地方标准《三维数字地图技术规范》进行研究，对所提出的全新三维数字地图的含义和内容深入剖析，说明了三维数字地图、三维模型与基础地理信息要素的关系。并对三维数字地图的精度、表达、检验等具体标准内容的逻辑思路和理论依据进行详细梳理，在国家已有三维标准的基础上进行改进和完善，对新标准的实施具有重要意义。

三维数字地图；三维模型；基本产品；精度；表达；精细度

近年来，国内各城市开展了三维数字城市建设，制作了丰富多样的三维模型数据，并且广泛应用于辅助政务管理和社会经济生活等领域。国家住建部、测绘地理信息局也先后发布了一系列相关标准规范，对三维模型做出了详细要求。

为了充分结合浙江省实际生产需求，规范三维数字产品的质量，浙江省测绘与地理信息局也组织有关部门和单位编写了浙江省地方标准《三维数字地图技术规范》（编号DB 33/T 934-2014），该标准于2014年9月正式发布实施。不同于国家已有的几项标准，该标准提出了全新的“三维数字地图”的概念，其并不是一般意义上的三维模型，而是上升到了“数字地图”的层面，从基础地理信息数据的规范化要求出发，在内容、精度、表达、检验等方面做出规范[1-3]。

1 三维数字地图的含义和内容

1.1 提出了三维数字地图的概念和含义

本标准提出了全新的“三维数字地图”的概念，具体定义描述为“以地形模型和地物模型相结合的方式表达水系、居民地及设施、交通、管线、地貌、植被与土质6大类要素的数字地图”。

三维数字地图并不是一般意义上的三维模型。如图1所示，三维数字地图的含义主要是其与三维模型和基础地理信息要素的关系。传统的二维数字地图是通过点、线、面方式对基础地理信息要素进行表达，而三维数字地图是利用各类三维模型对DB33/T 817中规定的水系、居民地及设施、交通、管线、地貌、植被与土质六大类基础地理信息要素进行表达[4]，也是对传统的二维数字地图的延伸。但其中的管线类要素仅包括地面以上的管线要素；且目前无法用恰当的三维模型类型来表达定位基础和境界与政区两类要素，因此本标准暂未作要求，有待其研究与应用进一步成熟后再予以修订。

图1 三维数字地图的含义

1.2 三维模型分类和定义的扩展完善

为了更准确完整地表达各类基础地理信息要素，本标准结合实际生产经验对三维模型的分类和定义做出了扩展与完善。

1）三维模型分类的扩展。本标准中将三维模型分为地形模型和地物模型两大类，其中地物模型又进一步分为建筑要素模型、交通要素模型、水系要素模型、植被要素模型、场地模型、管线要素模型和其他要素模型，如图2所示。

2）地形模型与地物模型的区分。本标准通过重新定义，将地形模型与地物模型从基本构成的角度进行了区分。地形模型的定义没有沿用国家标准中的定义，而是重新定义为“以DEM为几何框架，以DOM为框架表面的贴图影像，表现地形地貌的三维模型”。

地物模型是本标准中提出的新术语，定义为“以轮廓矢量为几何框架，以表面纹理为框架表面的贴图影像，表现地物要素的三维模型”。

建筑要素模型、交通要素模型、水系要素模型、植被要素模型、场地模型的定义沿用了CH/T 9015-2012中的描述。管线要素模型是本标准中提出的新术语，也给出了它的具体定义。

1.3 三维数字地图基本产品、比例尺及分幅

本标准提出了三维数字地图基本产品的表述，且作为数字地图也需具备比例尺，因此三维数字地图基本产品按照比例尺划分为1∶500、1∶1 000、1∶2 000、1∶10 000 4种类型，标准中对各比例尺下的内容、精度和表达要求做出了规定。同时考虑到各地三维数字地图的制作手段、条件、需求及应用方面的情况不同，指出非基本产品的要求可参照执行。

本标准将“分幅”也引入三维数字地图的要求中。对于三维数字地图来说，传统的二维标准分幅会造成部分区域合并不便以及三维模型的跨图幅，所以一般宜采用非标准分幅。非标准分幅在依据设区市级、县级、乡级行政区界线逐级划分的基础上，再结合社区、村界线、自然河流、道路等实现管理单元划分，相邻分幅在内容上应做到无缝衔接。分幅编号由各级行政区的编码和管理单元划分的编码组成，其中市、县级编码执行现行国家标准GB/T 2260的规定[5]，以便于与国家编码体系建立联系。另外标准建议小于或等于1∶1 000比例尺的三维数字地图也可采用标准分幅，直接按照GB/T 13989的规定执行[6]。

1.4 三维数字地图的总体内容体系

三维数字地图的总体内容体系如图3所示，这也是本标准的核心逻辑体系。标准规定了各类基础地理信息要素在不同比例尺三维数字地图中采用何类三维模型进行表达，以不同的模型类型代码表示，进一步规定了不同比例尺表达时采用的各类三维模型需满足的精度和表达要求。

图3 三维数字地图的总体内容体系

2 三维数字地图的精度

三维数字地图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。与国家标准相比，本标准对具体精度要求做出了一系列细化和提升。

2.1 地形模型平面精度

本标准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误差决定，主要参照了现行标准CH/T 9008.3和CH/T 9009.3中的规定[7-8]。

2.2 地形模型高程精度

地形模型的高程精度由DEM的精度决定，按照现行标准CH/T 9008.2和CH/T 9009.2中关于DEM格网间距和内插点高程中误差的指标[9-10]。总体沿用了国家标准的规定，但根据DEM数据源不同，各比例尺下又细分为一、二、三级。

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实测基础数字地形图和航测成图两种技术手段，因此平面位置精度的制定也进行了分类细化，并且精度要求高于国家标准。

标准要求地物模型应主要基于相应比例尺数字地形图进行制作，使三维数字地图的精度与已有二维基础地理信息数据匹配，保证三维数字地图基本产品在精度上的统一性。目前浙江省内1∶500、1∶1 000和1∶2 000比例尺地形图基本能满足三维数字地图制作要求，规定1∶500、1∶1 000和1∶2 000比例尺建筑要素模型基底明显角点的平面点位中误差须满足DB33/T 552中的二类地物点的平面点位中误差要求[11]，其他地物模型特征点的平面点位中误差须满足DB33/T 552中三类地物点的平面点位中误差要求。而1∶10 000比例尺则直接参照相应的航测精度要求。

如果实际生产中采用航测方法进行制作的，1∶500、 1∶1 000、 1∶2 000比例尺中应满足DB33/ T 552中航测成图地物点相对邻近控制点的平面点位中误差，1∶10 000比例尺参照相应的航测精度要求。

2.4 地物模型高程精度

与国家标准中的“高度精度”不同，本标准提出了地物模型的“高程精度”，从实际生产和检验的需求来看，定义其高程精度更加合理。考虑到目前大规模三维数字地图建设中的高程获取仍然以航测手段为主，因此建筑要素模型顶部特征点的高程中误差在1∶500、1∶1 000、1∶2 000、1∶10 000比例尺中依次为0.5 m、0.7 m、1.2 m、2.5 m，参考了各比例尺航测的山地一级高程精度。其他地物模型特征点的高程要求与实际地物相匹配，具体的精度指标暂不作具体规定。并且要求地物模型基底明显特征点应与地形模型表面实现点面贴合，通过地形模型的高程精度来控制地物模型底部的高程精度。

3 三维数字地图的表达

3.1 地形模型表达

地形模型由满足本标准精度要求的DEM构建三角网，再叠加满足本标准精度要求的DOM作为纹理生成完整的地形模型。需要表现局部地区细节特征的，应重新编辑DEM作精细化处理。

3.2 地物模型表达

地物模型的表达要求主要包括几何精细度和纹理精细度两方面，相比国家标准要求更高，对具体内容也进行了更加实用与合理的改进。另外本标准还制定和完善了地物模型和纹理的编码，以及对属性要求做出总体规定。

1）几何精细度。几何精细度的总体要求主要指地物模型须满足其在内容、空间位置、计量单位、尺寸比例、面数等几何方面的要求，且生产中应建立通用模型库来存放一些通用模型。

几何精细度的表现方式分为细节建模表现、主体建模表现和通用模型表现，本标准中以“通用模型表现”替代了国家标准中的“符号表现”，因为在实际生产中需要建立通用模型库，因此以“通用模型”来表述更为合理。

各类地物模型的几何精细度的详细要求，是结合国家相关标准要求和实际生产经验，详细规定了不同比例尺下各类地物模型的要素内容、建模方式、取舍要求、细节表现的精细程度。

2）纹理精细度。“纹理”这一术语没有沿用国家现有标准中的定义，而是重新定义为“用于反映要素对象表面纹路和色泽特征的影像”。

纹理精细度在总体上须满足其在尺寸、分辨率、格式、处理、使用等方面的要求，并应建立纹理库来存放通用纹理。国家标准在不同精细度级别下对纹理处理的要求逐步降低，但本标准规定必须对所有纹理的变形、遮挡、接缝、眩光等进行处理。

纹理的类型按照精细度分为三级：精细修饰纹理、一般修饰纹理和通用纹理，没有沿用国家标准中关于纹理的分级和概念，而是重新制定了精细修饰纹理和一般修饰纹理的定义，对纹理的精细度要求更高，且更能体现纹理精细度的分级。标准中对各类地物模型在不同比例尺下主要采用的纹理类型做出了规定。

3）模型与纹理编码。不同于国家标准中的模型“命名”规则，本标准制定的是模型“编码”规则。地物模型在分幅编号的基础上进行编码，依次加入模型类型代码、比例尺代码和模型顺序号。比例尺代码采用的是GB/T 13989中规定的比例尺代码[2]。纹理编码方式与模型编码方式类似，并且明确在同一分幅三维数字地图制作过程中需要重复使用纹理时，不对其重新编码。另外本标准中加入了对通用模型和纹理编码的规定，由模型类型、制作日期和顺序号组成。

3.3 三维数字地图元数据

国家标准中对三维模型元数据制作仅强调应参照GB/T 19710的要求[12]。本标准参考了二维数字地形图的元数据要求，对三维数字地图元数据的基本内容做出了具体规定。三维数字地图的元数据按照分幅进行制作，其基本内容应包括分幅编号、项目名称、所在区域的行政区划、比例尺、最小外接矩形坐标、平面坐标系、高程基准、坐标单位、质量说明、生产单位和生产日期等信息。

4 三维数字地图的检验

国家标准中的检验内容侧重于总体要求，而本标准结合实际工作经验，对三维数字地图的检验内容、检验方法及质量评价都做了详细的规定。三维数字地图的检验内容分为质量元素、质量子元素和检查项三级，质量元素包括完整性与数学基础、模型质量及元数据与附件质量，其中模型质量又包括数学精度、几何精细度、纹理精细度和模型编码。规定了各项检验内容的具体检查验收方法，各项检查内容都给出了质量评价方式或评分公式，然后进行单位样本的评定，最后进行批成果的质量判定。

5 结语

本标准的编制从立项之初，就提出了“三维数字地图”这一概念。标准编制前期，针对“三维数字地图”的含义和定位进行了多次征询、讨论与修改。最终确定的三维数字地图的含义，在内容和精度等方面与二维基础地理信息数据相衔接，并引入基本产品、比例尺和分幅等概念，上升到了“数字地图”的层面。而且标准结合实际生产经验，对三维模型的内容和表达要求也做出了许多扩充与完善。

标准通过对各比例尺三维数字地图在内容、精度、表达、检验等方面做出详细明确的规定，保证了数据要求的统一性。标准的实施将提升三维数字地图产品的规范化和标准化，充分发挥其数据优势，使其能够更好地达到基础地理信息数据的要求，应用于辅助政务管理和社会经济生活等领域。同时对促进三维数字地图数据的共享应用，推动三维基础地理信息建设也有着重要意义。随着新技术和新需求的发展，本标准会进一步研究、完善和补充，从而更好的指导三维数字地图的建设。

[1] CJJ/T 157-2010.城市三维建模技术规范[S].

[2] CH/T 9015-2012.三维地理信息模型数据产品规范[S].

[3] CH/T 9016-2012.三维地理信息模型生产规范[S].

[4] DB33/T 817-2010.浙江省基础地理信息要素分类与图形表达代码[S].

[5] GB/T 2260-2007.中华人民共和国行政区划代码[S].

[6] GB 13989-2012.国家基本比例尺地形图分幅和编号[S].

[7] CH/T 9008.3-2010.基础地理信息数字成果1∶500、1∶1 000、1∶2 000 数字正射影像图[S].

[8] CH/T 9009.3-2010.基础地理信息数字成果1∶5 000 、1∶10 000 、1∶25 000 、1∶50 000 、1∶100 000 数字正射影像图[S].

[9] CH/T 9008.2-2010.基础地理信息数字成果1∶500、1∶1 000、1∶2 000 数字高程模型[S].

[10] CH/T 9009.2-2010.基础地理信息数字成果1∶5 000、1∶10 000、1∶25 000、1∶50 000、1∶100 000 数字高程模型[S].

[11] DB33/T 522-2014.浙江省1∶500、 1∶1 000、 1∶2 000数字地形图测绘规范[S].

[12] GB/T 19710-2005.地理信息元数据[S].