侯亚娟,葛中华(浙江省测绘质量监督检验站,浙江杭州 310012)

三维地理信息模型质检系统的设计与实现

侯亚娟∗,葛中华
(浙江省测绘质量监督检验站,浙江杭州 310012)

摘 要:三维地理信息模型数据成果作为一种新型测绘成果,常规的检验方法存在诸多弊端,为提高三维地理信息模型数据质检效率,本文设计并实现了一款简便实用的三维地理信息模型质检软件。该系统成功实现了检验所需软件环境的有效整合、自动化数学精度检测和一键式样本原始记录册的直接导出等功能。在实际工作中证明其能有效提高质检工作效率、维护检验过程的规范性。

关键词:三维地理信息模型;质量检验;系统设计;系统实现

1 引 言

鉴于其显著的真实性、直观性和可量测性等特点,三维地理信息模型产品在我国城市管理、规划和公众服务等多个方面的应用越来越广泛。以浙江省为例,近半数以上的地市和多个县级市均在其“数字城市”项目建设中包含了覆盖主城区或全市域的三维地理信息模型产品。正是由于该类测绘成果数量的不断增多,必然引起人们对其成果质量的重视。相应地,各省级测绘质量检验机构近年来受检的三维地理信息模型项目也呈现逐年上升趋势,且项目检验难度不断增大。当前我国三维地理信息模型产品的质量评价体系除包括常规的数学基础、附件质量等质量元素外,还包括数学精度和模型质量等多个元素[1][2];在检验方法上主要采用如何生产、如何检验的方式进行,即在一定的软件环境中进行模型数学精度检测,同时在场景运行环境下结合生产过程中拍摄的大量的实景照片进行模型细节质量的检验。在目前三维地理信息模型检验项目不断增多的情况下,这种常规的“模型文件+场景文件”相组合进行成果质量评价的方式显得笨拙和不便,且存在不少弊端,比如精度检测完全依赖人工、检查错误记录不易回溯查看、样本检查记录需人工汇总等等。因此,如何运用计算机三维可视化技术建立统一的检验工具平台、减少在不同软件环境中的切换,实现三维地理信息模型成果质量的自动检验、自动汇总评价,规范和简化检验过程,统一质量评价标准,提高检验效率,是测绘地理信息质检技术人员面临的、迫切需要解决的问题。

朱学明[3]等将三维技术应用于地下管线数据质量检验,设计并实现了智能化质检系统。该系统将二维管线数据进行三维可视化后辅助进行质量检验,该系统检验的数据对象依然为二维测绘成果。朱紫阳[4]、张凯[5]等均从三维地理信息模型成果的评价体系上进行了论述和探讨,未提及其具体的检查方法和检查手段。目前,国内鲜有对三维模型质检软件的研究和讨论。因此,本文从源头着手,针对当前三维模型生产软件多样化、文件组织与格式不统一等现状,按照三维地理信息模型质检要求,提出统一的质检数据提交规范;在此基础上开展质检业务流程和系统结构设计,着重对各业务中的质检项目进行了详细的软件设计,最终实现了三维地理信息模型质检系统,辅助质检人员科学、高效地开展检查验收工作。

2 数据提交规范

当前三维地理信息模型成果的展示平台多种多样,其成果格式也各不相同。因此,要建立统一的质检软件平台首先就需要对数据成果的提交格式或相关要求进行规范,以适应通用质检软件的需要,进而最大限度地实现检验工作的信息化和自动化。

三维地理信息模型成果通常包含多个组成部分,归纳起来主要有:三维模型原始文件(通常为3ds Max格式)、三维模型应用系统(整合了各种模型数据和特定的软件环境,是三维项目的最直接成果)、外业拍摄实景照片和其他附件成果等。另外,在检验过程中除需要生产单位提交完整的上述成果外,还需要检查员就检查验收工作的需要开展外业实测或内业从资料中采集部分精度检测数据,包括平面精度检测点和高程精度检测点。因此,建立三维地理信息模型数据提交规范就是要为数据成果确立目录结构和格式要求,从而为通用的质检平台提供数据前提。

图1　数据提交规范示意图

3 系统设计

本系统的建设目标是从质检实际工作出发,根据数字测绘成果检验流程和实验室资质认定评审的要求,集成OA办公自动化与三维GIS技术,设计融测绘检验成果数据质量检查、数学精度统计、成果错漏扣分、原始记录存档、原始记录册和检验报告自动生成等功能于一体的三维地理信息模型质检软件,实现二三维数数据交互、三维半自动化模型精度质检、质量元素自动评分、一键式原始检验记录册及检验报告生成等功能。

3．2系统结构

整个系统的功能结构以常规检验业务流程为基础进行设计和组织,同时通过具体的功能设计对检验流程进行了规范和约束,从流程上确保检验工作质量。整合后的质检业务流程如图2所示,主要分为4个步骤:①成果数据形式审查,主要检查成果内容的组织是否完备、格式是否符合数据提交规范;②质检参数设置,是指根据不同的项目,配置相应的质检参数和质量标准,包括平面精度中误差、高程精度中误差、普通纹理像素比、影子纹理像素比等;③分类逐项质检,指分别根据所设置的质检参数要求,对模型纹理精度、高程精度、平面精度、模型贴面个数、建模细节等逐一遍历巡检;④质量评价,指根据预设的检测类型权重,结合不同质检功能的评价算法,自动对检测项目评分、统计;⑤质量报表报告生成,指自动汇集质检生成的结果,根据预设的成果模板生成原始检验记录册及检验报告。

图2　系统功能结构图

(1)工程参数配置模块

工程配置模块用以实现检验项目及样本区检验参数的设置,是软件运行的基础。

(2)纹理精度质检

对数据成果中每个模型用到的纹理进行精度检测,并将结果进行统计输出。系统中对模型纹理的精度评价主要从两个方面进行,第一是纹理本身的大小,即用像素数量来衡量的长度和宽度;第二是纹理使用后的放大比例,用以评价各张纹理照片在经拉伸并贴附后人眼的视觉感受。这两个方面分别从图片属性和图片尺寸与模型尺寸的比例关系来确定。

(3)高程精度质检

以笔者实际的工作为例。在2018年1月1日，A公司以十元每股的价格购买B公司的5万股票，所需要支付的交易费用为5千元(0.5万元)，A公司将这部分资产，纳入到交易性金融资产。在2018年5月1日，B公司该股票收盘价为12元每股。在2018年10月1日，A公司以13元每股的价格，将B公司的5万股票全部出售，可以获得14.5万元的投资收益，直观的表现出本次投资的真实收益。

不同于常规的三维模型精度检验,系统不需要在3ds Max等模型编辑工具中对各检测点提取模型上的坐标值,而只要检查员将外业或通过内业获取的检测点导入检测平台,通过该功能进行同名点的自动匹配实现高程精度检测。该功能同时支持对同名点匹配情况的人工修正,并通过空间点间的自动连线辅助检查员正确判定三维空间中点与点间的正确关系。在经过人工修正和确认后,该功能可实现三维模型高程精度的中误差、粗差率、中误差分布等统计信息的自动导出,省去以往人工计算的环节,节约了时间,提高了检验效率,同时对提交计算结果的正确率也有积极意义。

(4)平面精度质检模块

平面精度质检的功能设计与高程精度检测相同,此处不再赘述。

(5)模型贴面质检模块

对每个三维地理信息模型的几何贴面数进行统计,并与项目提供的模型贴面上限进行比较,统计检测结果。

(6)建模细节质检模块

目前的建模细节检查方法都是根据外业拍摄的实景照片,检查受检模型的细部特征是否与实际相符、是否符合设计要求。检查过程中通常需要同时用到三个软件环境,首先是三维成果展示系统,通过在系统中最终的效果展示来评定模型细节,包括结构特征和纹理表现的正确性;其次是图片查看器,用来顺序浏览实景照片;最后是截图工具,用以记录有问题的具体模型和相应的错误描述。三者的切换纷繁复杂,检查结果通常只是有标识性文字的屏幕截图,检查意见尚且需要检查员根据图片进行整理,无法实现错误记录的回溯。

本系统提供自有的图片查看器,方便质检人员通过漫游质检数据,观察、对比原始采集数据和建模数据,对有建模错误的模型进行人工分类、描述,软件在截图记录的同时,支持检查记录空间索引,并将错误描述汇总形成文本记录,为后续样本原始记录册的生成和样本质量得分的计算提供数据基础。

(7)评价系统模块

评价系统模块汇集质检功能模块生成的质检结果,支持各类检验结果信息的汇总与统计。评价系统支持错误模型的定位,可人工查看错误,有助于建模人员更好地找出问题,修改错误。

评价系统支持质检结果导出为Word、Excel格式,更加方便质检人员生成质检报告。同时,针对完成所有质检功能的数据,评价系统会根据xml文件的检测类型权重,结合不同质检功能的评价算法,自动对检测项目评分、统计,得出最终的得分。

4 系统实现与应用

本系统选用杭州科澜信息技术有限公司的三维GIS引擎3DVP®作为基础组件开发完成。图3为系统项目参数设置界面之一,图4为精度检测功能界面。

三维地理信息模型质检系统自投入生产以来,在浙江省测绘质量监督检验站实际检验工作中取得了突出成效,数据显示实际工作效率提高25%以上,该系统的研究和实现具有很高的实用价值。

图3　项目基本参数设置界面

图4　平面精度检测人工修正界面

5 结论与展望

综上所述,三维地理信息模型质检系统的研发完成了检验过程中软件环境的整合,半自动化地实现了数学精度的自动检测,支持一键式样本原始记录册的导出,对提高三维地理信息模型成果的质检工作效率具有积极意义。同时在实际应用中我们也发现在数学精度检测的正确率和人机交互界面的优化等方面还需要进一步提高和完善。

参考文献

[1] CH/ T 9024-2014．三维地理信息模型数据产品质量检查与验收[S]．

[2] DB33/ T 934-2014．浙江省三维地理信息数据成果质检标准[S]．

[3] 朱学明,曹峰,宋志勇．基于三维技术的地下管线数据智能化质检系统设计与实现[J]．现代测绘,2013,36(5)．

[4] 紫阳,许耿然,王炎城等．建筑物三维景观模型的质量检查及评价方法探讨[J]．城市勘测,2010(1)．

[5] 张凯,吕志慧,张勇．三维测绘成果质量检查与评定方法研究[J]．测绘与空间地理信息,2013(36)．

The Design and Implementation of Quality Inspection System of 3D Model

Hou Yajuan,Ge Zhonghua
(Zhejiang Institute of Quality Inspection of Surveying and Mapping Achievements,Hangzhou 310012,China)

Abstract:As a new type of Surveying and mapping achievements,there are many disadvantages about the traditional inspecting method to 3D model on geographic information．In order to improve the efficiency of quality inspection about 3D model,this paper designs and implements a simple and efficiency software about the quality inspection of 3D model which has successfully realized the effective integration of the software environments,automatic accuracy detection,and the direct export of inspection records of samples．In practice,it is proved that it can effectively improve the efficiency of quality inspection,maintain the standard-ability of the inspection process．

Key words:3D model;quality inspection;system design;system implementation

文章编号:1672-8262(2015)06-41-03中图分类号:P208．2

文献标识码:A

收稿日期:∗2015—10—16

作者简介:侯亚娟(1979—),女,高级工程师,主要从事测绘质量检查验收工作。