三維仿真技術(shù)在竣工測(cè)量中的應(yīng)用

廖 佳，張苗亞，汪小楠

(寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院,浙江 寧波 315042)

三維仿真技術(shù)在竣工測(cè)量中的應(yīng)用

廖 佳，張苗亞，汪小楠

(寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院,浙江 寧波 315042)

傳統(tǒng)竣工測(cè)量成果表達(dá)方式的不直觀和判讀性差等問(wèn)題，已不能滿足城鄉(xiāng)規(guī)劃批后管理的要求。針對(duì)這一現(xiàn)狀，探討三維仿真技術(shù)在竣工測(cè)量中的應(yīng)用，分析三維竣工測(cè)量的特點(diǎn)，提出三維竣工測(cè)量的具體實(shí)施步驟。通過(guò)在寧波市推行三維竣工測(cè)量，使建設(shè)工程規(guī)劃批后管理的科學(xué)性得到提高。

三維仿真；竣工測(cè)量；三維數(shù)字地圖

竣工測(cè)量是指建設(shè)工程竣工后所實(shí)施的測(cè)量工作，它包括竣工區(qū)域地形測(cè)量、地下管線跟蹤測(cè)量和規(guī)劃復(fù)核測(cè)量。其目的是對(duì)實(shí)際完成的各項(xiàng)工程進(jìn)行一次全面的量測(cè)工作，作為城市竣工測(cè)量來(lái)講, 它的任務(wù)是提供城鄉(xiāng)規(guī)劃、城市建設(shè)和城市管理所需的基礎(chǔ)地形圖及相關(guān)信息。

目前，傳統(tǒng)的竣工測(cè)量仍采用二維竣工圖作為成果資料，不論是成果的表達(dá)方式還是顯示效果都不直觀，判讀性差。隨著計(jì)算機(jī)三維可視化技術(shù)的快速發(fā)展，城鄉(xiāng)規(guī)劃行政審批效率及規(guī)劃管理精細(xì)化要求的不斷提高，傳統(tǒng)竣工測(cè)量已不能滿足城鄉(xiāng)規(guī)劃批后管理的要求。三維竣工測(cè)量做為一種新興的技術(shù)手段，在傳統(tǒng)竣工測(cè)量的基礎(chǔ)上，利用三維仿真技術(shù)，進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集﹑模型紋理制作﹑建立三維可視化模型，有利于提高表現(xiàn)效果、技術(shù)水平和工作效率，為城鄉(xiāng)規(guī)劃審批﹑監(jiān)督管理與項(xiàng)目竣工驗(yàn)收提供更為科學(xué)的服務(wù)。

1 三維竣工測(cè)量的技術(shù)路線

三維竣工測(cè)量是指建設(shè)工程竣工后所實(shí)施的測(cè)量工作，它包括竣工區(qū)域地形測(cè)量、地下管線跟蹤測(cè)量、三維數(shù)字地圖測(cè)量和規(guī)劃復(fù)核測(cè)量。

三維數(shù)字地圖測(cè)量是指通過(guò)工程測(cè)量、攝影測(cè)量、計(jì)算機(jī)輔助等手段測(cè)制竣工區(qū)域三維數(shù)字地圖，建立三維數(shù)字地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

三維數(shù)字地圖測(cè)量?jī)?nèi)容包括測(cè)區(qū)高程模型測(cè)量、表面攝影測(cè)量、三維數(shù)字地圖編制3部分。圖1為三維竣工測(cè)量流程圖。

圖1 三維竣工測(cè)量流程

2 三維竣工測(cè)量的方法和要求

2.1 高程模型測(cè)量

根據(jù)竣工區(qū)域地形測(cè)量和規(guī)劃復(fù)核測(cè)量成果，提取地物、地貌三維位置信息數(shù)據(jù)，借助3ds Max、SketchUp等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，制作三維幾何體。按高程模型成圖的要求，將已有的測(cè)量、調(diào)查資料輸入計(jì)算機(jī)生成數(shù)據(jù)文件，再對(duì)該數(shù)據(jù)文件進(jìn)行精處理，生成高程模型信息數(shù)據(jù)文件。最終利用高程模型信息數(shù)據(jù)文件制作高程模型，并使得模型的輪廓與現(xiàn)狀地理要素一致。

1)建筑物高程模型應(yīng)以二維基礎(chǔ)地形圖、各層的平面圖和立面圖為基礎(chǔ)，結(jié)合建筑物標(biāo)高數(shù)據(jù)和細(xì)部點(diǎn)的三維坐標(biāo)成果繪制。

2)建筑物高程模型應(yīng)由建筑的主體、特征和附屬物3部分組成。

主體部分：表達(dá)建筑物的主體輪廓，主體部分包括建筑外墻、地下室、檐廊、水箱間、陽(yáng)臺(tái)等起結(jié)構(gòu)作用的部分。

特征部分：表達(dá)建筑表面細(xì)節(jié)部分，特征部分包括勒腳、附墻柱、裝飾性幕墻等起裝飾作用的部分。

建筑附屬設(shè)施部分：表達(dá)不屬于建筑物，但依附建筑而存在的部分，附屬設(shè)施包括空氣調(diào)節(jié)設(shè)備、房頂?shù)奶炀€、衛(wèi)星接收器、墻壁的懸掛物等。

3)建筑物高程模型繪制時(shí)按精細(xì)建筑物高程模型要求制作，高程模型的表達(dá)應(yīng)符合表1規(guī)定。

2.2 表面攝影測(cè)量

采用近景攝影測(cè)量方法對(duì)地物、地貌表面進(jìn)行攝影和量測(cè)，并通過(guò)獲取的影像對(duì)拍攝對(duì)象的位置、形狀、大小、性質(zhì)等進(jìn)行量測(cè)和解譯，然后將表面影像繪制成正攝影像圖，并正確反映地物、地貌表面的主要結(jié)構(gòu)和特征。正攝影像圖采用JPG文件格式進(jìn)行保存。

表1 不同級(jí)別的建筑物高程模型的表達(dá)要求

1)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)采集地物的表面影像，記錄地物各表面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；

2)應(yīng)選擇采集測(cè)區(qū)的概要影像，記錄區(qū)域的整體情況和地物的相對(duì)關(guān)系等；

3)三維數(shù)字地圖的地理要素表面攝影可設(shè)單站或多站拍攝，單個(gè)地理要素表面攝影宜采用單站拍攝，對(duì)于長(zhǎng)條形目標(biāo)、圓柱形目標(biāo)、曲面目標(biāo)等復(fù)雜表面可采用多站拍攝；

4) 多站拍攝時(shí)應(yīng)使多重像片對(duì)被攝物體多次覆蓋，多張像片間重疊率應(yīng)不小于30%；

5)三維數(shù)字地圖的地理要素各表面均宜采用正射攝影方式攝影，也可采用等傾攝影方式攝影，但相機(jī)視角與拍攝面的夾角不應(yīng)小于50°；

6)應(yīng)測(cè)繪建(構(gòu))筑物各立面的正攝影像，以表現(xiàn)各立面的門、窗、結(jié)構(gòu)裝飾條等立面結(jié)構(gòu)的特征，正攝影像通過(guò)對(duì)實(shí)地拍攝影像進(jìn)行糾正、裁切、拼接等手段處理后形成。

2.3 三維數(shù)字地圖編制

三維數(shù)字地圖編制是采用ArcGIS、Photoshop、3dsMax等計(jì)算機(jī)軟件，將正攝影像圖賦予高程模型的每個(gè)可見(jiàn)的對(duì)應(yīng)表面，制作三維數(shù)字地圖。

1)模型的所有表面均應(yīng)賦予對(duì)應(yīng)的正攝影像；

2) 必須保持模型各表面及正攝影像的可編輯性，不得進(jìn)行塌陷、烘焙等不可逆操作；

3)模型測(cè)量應(yīng)完整覆蓋測(cè)量區(qū)域，模型各表面結(jié)合要緊密，并做好與相鄰區(qū)域的接邊工作；

4)模型文件、正攝影像文件應(yīng)有唯一的命名或者編號(hào)。

2.4 成果資料

三維竣工測(cè)量成果一般應(yīng)包括下列內(nèi)容：

1)原始資料：平面定位資料(區(qū)域地形圖或總平面圖)、高程定位資料、外業(yè)觀測(cè)記錄和計(jì)算文件、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字影像；

2)成果文件：三維竣工測(cè)量報(bào)告、高程模型數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的正攝影像、區(qū)域概要影像、元數(shù)據(jù)等。

上述成果應(yīng)提交和歸檔電子數(shù)據(jù)。

2.5 質(zhì)量控制

三維竣工測(cè)量成果實(shí)行二級(jí)檢查一級(jí)驗(yàn)收的質(zhì)量控制措施，各級(jí)檢驗(yàn)工作應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行，不應(yīng)省略或代替。

主要檢查內(nèi)容如下：

1)三維模型所采用的坐標(biāo)框架的正確性、一致性；

2)模型與各種制圖資料提取的地圖要素是否保持其位置的準(zhǔn)確性、一致性；

3)成果種類、內(nèi)容和范圍是否完整，是否存在多余或遺漏的內(nèi)容；

4)模型外觀特征、體量大小、貼圖制作和顯示情況的正確性、合理性。各種命名、數(shù)據(jù)格式的正確性等；

5)模型形狀、外表紋理、色彩等的仿真程度是否符合要求；

6)各類附件的完整性、準(zhǔn)確性。

3 三維竣工測(cè)量應(yīng)用實(shí)例

寧波市從2009年開始實(shí)施三維竣工測(cè)量，到目前為止已完成項(xiàng)目500余個(gè)。傳統(tǒng)竣工驗(yàn)收采用二維竣工圖作為成果資料, 不論從成果的表達(dá)方式和顯示效果都較為專業(yè), 判讀性差。三維竣工測(cè)量在規(guī)劃驗(yàn)收領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用, 改變了傳統(tǒng)竣工驗(yàn)收工作方式, 有助于提高城市規(guī)劃審批、監(jiān)督管理與項(xiàng)目驗(yàn)收的科學(xué)水平和工作效率。三維竣工測(cè)量通過(guò)三維竣工圖和三維地理信息系統(tǒng)為竣工驗(yàn)收部門提供驗(yàn)收服務(wù)及各類功能, 如面積統(tǒng)計(jì)查詢、批前批后指標(biāo)核對(duì)、項(xiàng)目資料查詢及圖紙管理等，輔助規(guī)劃驗(yàn)收部門的項(xiàng)目管理與審核，大大提高了表現(xiàn)效果和工作效率。圖2為傳統(tǒng)二維竣工圖和三維竣工圖對(duì)比。

圖2 傳統(tǒng)竣工總平面圖與三維頂視圖

三維鳥瞰圖(見(jiàn)圖3)和三維透視圖(見(jiàn)圖4)能較好地表現(xiàn)建筑和道路之間立體空間關(guān)系，為城鄉(xiāng)規(guī)劃管理者提供多視角、多方位的查看方式，更好地為規(guī)劃審批服務(wù)。

圖3 三維鳥瞰圖(建筑竣工)

圖4 三維透視圖(道路竣工)

三維立面圖(見(jiàn)圖5)能夠完整表現(xiàn)建筑的立面特征，包括樓房層數(shù)、陽(yáng)臺(tái)、窗戶、屋頂結(jié)構(gòu)等，并能在各個(gè)位置準(zhǔn)確標(biāo)注高程信息，為竣工驗(yàn)收提供更為準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料。

4 結(jié)束語(yǔ)

竣工測(cè)量是建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃審批的最終環(huán)節(jié)之一，隨著計(jì)算機(jī)三維可視化技術(shù)的快速發(fā)展和三維數(shù)字城市建設(shè)的全面推動(dòng)，本文結(jié)合傳統(tǒng)竣工測(cè)量的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，提出了三維竣工測(cè)量的概念，詳細(xì)介紹其特點(diǎn)、工作流程及作業(yè)方法，為三維竣工測(cè)量的進(jìn)一步研究和發(fā)展提供參考和借鑒。

圖5 三維立面圖(m)

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[責(zé)任編輯：張德福]

Applicationofthree-dimensionalsimulationtechnologytocompletionsurvey

LIAO Jia，ZHANG Miao-ya，WANG Xiao-nan

(Ningbo Design Institute of Surveying and Mapping，Ningbo 315042, China)

Because of nonintuitive and poor interpretation of the results,traditional final surveying method can’t meet the requirements of after-plan-approval administration. For this situation,discussion is made on the application and characteristics of three-dimensional simulation technology in completion surveying,and proposed the specific implementation steps of three-dimensional surveying. The scientific nature of the project after-plan-approval administration is improved through the practice in Ningbo.

three-dimensional simulation; completion survey; three-dimensional digital map

2013-06-14

廖 佳(1980-)，男，高級(jí)工程師.

TP391

：A

：1006-7949(2014)01-0053-04