盧丹丹，吳熙，王厚之，鄧凌雯

(武漢市勘測設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢 430022)

三維竣工測量的研究與應(yīng)用

盧丹丹?，吳熙，王厚之，鄧凌雯

(武漢市勘測設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢 430022)

竣工測量是建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃審批的最終環(huán)節(jié)之一，本文在傳統(tǒng)竣工測量基礎(chǔ)上，提出三維竣工測量概念，詳細(xì)介紹了其工作內(nèi)容、流程、特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)，探討了三維竣工測量的推廣和應(yīng)用。

三維竣工測量；三維城市模型(3DCM)；數(shù)據(jù)更新

1 概 述

1.1 基本概念

傳統(tǒng)竣工測量是指準(zhǔn)確測定建筑物的形狀、平面位置及高度尺寸以及與周圍建筑物和定界的關(guān)系，其目的是為了編制工程竣工圖表、決算，對實(shí)際完成的各項(xiàng)工程進(jìn)行的一次全面量測工作。目前，竣工測量工作內(nèi)容主要包括:平面控制測量、高程控制測量、建筑物的面積量算、竣工圖施測與成圖。作為城市竣工測量來講，它的任務(wù)是提供城市規(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。

三維竣工測量是在傳統(tǒng)竣工測量基礎(chǔ)之上，利用竣工測量能夠?qū)Τ鞘薪ㄖ母逻M(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)和全面量測的特性，在固有竣工測量工作環(huán)節(jié)中增加三維量測和模型制作，實(shí)現(xiàn)三維竣工圖的同步建立，以達(dá)到三維城市模型(Three－Dimension City Model，3DCM)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和動(dòng)態(tài)更新的目的。根據(jù)竣工測量業(yè)務(wù)的需要，三維竣工測量的外延可以擴(kuò)大為取代傳統(tǒng)《竣工測量技術(shù)設(shè)計(jì)書》的測量成果模式，建立三維竣工驗(yàn)收系統(tǒng)，對竣工測量的成果數(shù)據(jù)進(jìn)行三維集成、發(fā)布及應(yīng)用。

1.2 基本特點(diǎn)

與傳統(tǒng)竣工測量相比，三維竣工測量存在以下特點(diǎn):

(1)表現(xiàn)效果好:通過制作三維竣工模型，結(jié)合周邊現(xiàn)狀模型數(shù)據(jù)，采用三維竣工圖或三維竣工驗(yàn)收系統(tǒng)等方式進(jìn)行成果表現(xiàn)，效果真實(shí)，具有三維沉浸感，同時(shí)減少竣工驗(yàn)收環(huán)節(jié)不同部門的專業(yè)限制；

(2)技術(shù)含量高:傳統(tǒng)竣工測量只需測量平面數(shù)據(jù)和少量高程數(shù)據(jù)，制作二維竣工圖，三維竣工測量還需要采集建筑物立面數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)，并制作三維模型，數(shù)據(jù)采集內(nèi)容增多，制作周期增長，數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)難度提高；

(3)成果數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍廣:相對傳統(tǒng)竣工測量的成果數(shù)據(jù)，三維竣工測量成果數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍增大，不僅滿足基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新和3DCM的更新要求，而且可以進(jìn)行擴(kuò)展業(yè)務(wù)的推廣，如:樓盤銷售系統(tǒng)、小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)等。

2 工作內(nèi)容

2.1 工作流程

三維竣工測量工作涉及傳統(tǒng)竣工測量的三個(gè)主要環(huán)節(jié):資料收集、外業(yè)施測和內(nèi)業(yè)成圖，由于三維數(shù)據(jù)的加入使各工作環(huán)節(jié)需要增加相應(yīng)工作內(nèi)容，如圖1所示。

圖1 三維竣工測量工作流程

(1)資料收集:基本收集資料包括:1∶2 000地形圖、建筑設(shè)計(jì)施工圖和紅線定位冊；三維竣工測量新增測區(qū)航片采集、周邊現(xiàn)狀建筑資料調(diào)查(權(quán)屬、位置)和測區(qū)規(guī)劃路網(wǎng)數(shù)據(jù)的收集。

(2)外業(yè)施測:常規(guī)外業(yè)施測內(nèi)容包括:控制測量、房屋面積量算和竣工圖的施測；三維竣工測量新增建筑物外墻紋理的采集、建筑物高程數(shù)據(jù)采集、測區(qū)景觀現(xiàn)狀調(diào)查和周邊環(huán)境調(diào)查。

(3)內(nèi)業(yè)成圖:傳統(tǒng)內(nèi)業(yè)成圖主要指二維竣工圖的制作；三維竣工測量新增各種三維模型數(shù)據(jù)的制作(建筑、景觀、交通設(shè)施、地形等)。

2.2 測量成果

三維竣工測量成果的存儲(chǔ)和歸檔采用光盤方式，成果數(shù)據(jù)交換采用網(wǎng)絡(luò)或磁盤方式，除了傳統(tǒng)竣工測量成果外，成果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容主要包括交換元數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 三維竣工測量數(shù)據(jù)成果內(nèi)容

(1)交換元數(shù)據(jù)

主要內(nèi)容包括:竣工項(xiàng)目元數(shù)據(jù)、模型文件元數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)，用來說明竣工測量及各項(xiàng)成果的內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其他有關(guān)特征的信息，并應(yīng)滿足下列要求:

①數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、建庫的要求；

②數(shù)據(jù)的管理、轉(zhuǎn)換的要求；

③數(shù)據(jù)查詢、瀏覽、檢索的要求；

④數(shù)據(jù)發(fā)布、共享的要求。

交換元數(shù)據(jù)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《地理信息元數(shù)據(jù)》GB/T 19710－2005的規(guī)定，并應(yīng)包括下列內(nèi)容:元數(shù)據(jù)實(shí)體集信息、標(biāo)識(shí)信息、限制信息、數(shù)據(jù)質(zhì)量信息、維護(hù)信息、空間表示信息、參考系信息、內(nèi)容信息、分發(fā)信息、范圍信息、引用和負(fù)責(zé)單位信息。

(2)模型數(shù)據(jù)

主要內(nèi)容包括:模型文件和紋理文件，用于還原表現(xiàn)竣工項(xiàng)目的自身及周邊三維概貌。

①模型文件:主要包括地形模型文件、建筑模型文件、景觀模型文件、交通設(shè)施模型文件及其他模型文件。為了保證數(shù)據(jù)的通用性和擴(kuò)展性，模型數(shù)據(jù)成果存儲(chǔ)格式為3ds Max標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式，即3DS或OBJ文件。

②紋理文件:主要包括地表影像信息、建筑頂面和立面影像信息、交通設(shè)施表面影像信息、景觀表面影像信息和其他地物的表面影像信息。紋理數(shù)據(jù)圖片尺寸應(yīng)為2的n次冪，紋理數(shù)據(jù)格式應(yīng)轉(zhuǎn)換為通用交換格式(dds、tga、png、jpg等)。

(3)屬性數(shù)據(jù)庫

主要內(nèi)容包括:竣工項(xiàng)目屬性數(shù)據(jù)、竣工建筑屬性數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)屬性數(shù)據(jù)，用于記錄竣工測量、基礎(chǔ)地理信息及規(guī)劃指標(biāo)資料。

①竣工項(xiàng)目屬性數(shù)據(jù):批文號(hào)、項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目地址、建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位等。

②竣工建筑屬性數(shù)據(jù):建筑物棟號(hào)、結(jié)構(gòu)層數(shù)、占地面積、建筑面積、未封閉陽臺(tái)面積、地下室面積等。

③經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù):規(guī)劃審批的各類經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)(容積率、建筑密度、停車位、綠化率等)。

3 關(guān)鍵性技術(shù)

3.1 建立統(tǒng)一的三維模型標(biāo)準(zhǔn)

3DCM數(shù)據(jù)生產(chǎn)制作流程和工藝方法多種多樣，且應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。但目前為止，3DCM數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一的行業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使得3DCM數(shù)據(jù)的更新、維護(hù)和共享較為困難。為了使三維竣工測量的數(shù)據(jù)成果更好地投入使用，擴(kuò)大共享，三維模型數(shù)據(jù)的更新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與已有3DCM數(shù)據(jù)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)一致，且最大限度滿足現(xiàn)有三維平臺(tái)應(yīng)用要求。

3DCM數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容主要體現(xiàn)在:坐標(biāo)系及精度控制、紋理貼圖的大小及格式、三維模型建立方式、貼圖的映射方式、三維模型三角面片數(shù)、三維模型成果格式等。以武漢市為例，目前武漢市規(guī)劃局已率先建立了《城市三維建模技術(shù)規(guī)范》，按照此標(biāo)準(zhǔn)，三維竣工測量對3DCM數(shù)據(jù)更新標(biāo)準(zhǔn)加以控制，滿足三維竣工測量成果數(shù)據(jù)的共享和應(yīng)用。

3.2 建立完善的質(zhì)量控制體系

三維竣工測量作為一項(xiàng)服務(wù)于3DCM更新的實(shí)用性工作，除了滿足傳統(tǒng)竣工測量的質(zhì)量控制外，有著自身的特點(diǎn)和要求。其質(zhì)量控制主要體現(xiàn)在:數(shù)據(jù)情況說明、位置精度、屬性精度、邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、時(shí)間精度。這些數(shù)據(jù)質(zhì)量誤差來源于數(shù)據(jù)源誤差和3DCM數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程誤差。

三維竣工測量的資料收集和外業(yè)施測的精度決定了DEM、DOM以及采集的幾何數(shù)據(jù)的精度；三維竣工測量的三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程決定了3DCM數(shù)據(jù)更新制作的精度，其三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)的每個(gè)過程都或多或少地?fù)p失數(shù)據(jù)的精度。因此，必須選擇合理數(shù)據(jù)采集方式和盡可能少的數(shù)據(jù)生產(chǎn)中間環(huán)節(jié)，以減少數(shù)據(jù)質(zhì)量的誤差來源。以武漢市為例，在幾何數(shù)據(jù)采集和三維模型生產(chǎn)過程中，必須按照即將頒布的《城市三維建模技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行，確保三維竣工測量整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。

3.3 建立快速實(shí)時(shí)的更新手段

傳統(tǒng)竣工測量工作內(nèi)容較少，周期較短，由于三維數(shù)據(jù)采集和制作的加入，使竣工測量的生產(chǎn)周期和成本有所提高，為了縮短生產(chǎn)周期和緩解成本壓力，目前可在數(shù)據(jù)采集和制作兩個(gè)階段提高生產(chǎn)效率。數(shù)據(jù)采集階段可通過激光掃描、近景攝影測量等先進(jìn)技術(shù)手段取代原有測量和拍照方式，對建筑物外立面進(jìn)行詳盡的三維數(shù)據(jù)采集，同時(shí)輔以人機(jī)交互進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)制作階段可采用現(xiàn)有成熟三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)軟件或平臺(tái)，通過二次開發(fā)，定制出滿足三維竣工測量的快速建模工具，以提高數(shù)據(jù)制作效率和質(zhì)量。

4 推廣及應(yīng)用

4.1 為傳統(tǒng)規(guī)劃驗(yàn)收提供創(chuàng)新手段

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。三維竣工測量建立竣工建筑及周邊現(xiàn)狀建筑三維模型數(shù)據(jù)，通過三維竣工圖或三維竣工驗(yàn)收系統(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(圖2)、批前批后指標(biāo)核對、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(圖3)，提高表現(xiàn)效果和工作效率。

4.2 為3DCM數(shù)據(jù)更新提供有效途徑

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市面貌每天都在發(fā)生著變化，為了滿足城市發(fā)展的需要，真實(shí)反映城市的變化，我們必須及時(shí)、準(zhǔn)確的跟蹤和掌握這些變化，將這些變化反映在3DCM建設(shè)和更新過程中。三維竣工測量是建筑規(guī)劃審批的最終環(huán)節(jié)之一，能夠快速、準(zhǔn)確和完整的得到第一手城市建設(shè)變化資料，通過實(shí)時(shí)收集、測量和制作三維竣工模型，雖然增長了三維竣工測量的工作周期，但整體上實(shí)現(xiàn)了3DCM的高效和準(zhǔn)確更新，解決了3DCM數(shù)據(jù)更新投入大、時(shí)間長的難題，成為3DCM數(shù)據(jù)更新的有效途徑。

圖3 面積統(tǒng)計(jì)查詢

圖4 建筑間距檢查

4.3 為房地產(chǎn)營銷增加宣傳方式

隨著房地產(chǎn)業(yè)競爭的加劇，傳統(tǒng)的展示手段如平面圖、表現(xiàn)圖、沙盤和樣板房等已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足消費(fèi)者的需要。如今，集影視廣告、動(dòng)畫、多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身的三維虛擬互動(dòng)展示成為最新型房地產(chǎn)營銷方式。三維竣工測量根據(jù)自身業(yè)務(wù)特點(diǎn)，能夠第一時(shí)間提供房地產(chǎn)項(xiàng)目三維竣工模型，利用這些模型數(shù)據(jù)，我們可以開發(fā)出樓盤三維銷售系統(tǒng)(圖5)、樣板房虛擬展示系統(tǒng)(圖6)、戶型選購系統(tǒng)、小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)等各類子系統(tǒng)。通過這些三維互動(dòng)展示系統(tǒng)，目標(biāo)客戶在三維虛擬展示中任意行走和觀看，達(dá)到難以比擬的真實(shí)感和現(xiàn)場感，使他們更快更準(zhǔn)地做出訂購決定，加快房屋銷售速度。

圖5 三維樓盤銷售

圖6 樣板房展示

5 結(jié) 語

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)，筆者結(jié)合傳統(tǒng)竣工測量的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，提出了三維竣工測量的概念，在全面闡述三維竣工測量的特點(diǎn)、內(nèi)容及工作流程的基礎(chǔ)上，分析了關(guān)鍵性技術(shù)，提出推廣和應(yīng)用方向，為三維竣工測量的進(jìn)一步研究和發(fā)展提供了參考和借鑒。

三維竣工測量工作的引入，對實(shí)現(xiàn)3DCM的高效更新、輔助規(guī)劃驗(yàn)收、擴(kuò)展測繪行業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域等方面都具有十分重要的意義。然而，三維竣工測量的研究和應(yīng)用工作目前還處于起步階段，其全面開展和應(yīng)用仍受到生產(chǎn)成本、周期和技術(shù)等方面的制約，以武漢市為例，當(dāng)前僅在重大工程建設(shè)項(xiàng)目中實(shí)施應(yīng)用。

針對這些問題，今后我們可將研究重點(diǎn)放在以下幾個(gè)方面:

(1)竣工建筑的三維自動(dòng)重建；

(2)三維竣工測量成果中表現(xiàn)效果的提升；

(3)三維竣工驗(yàn)收系統(tǒng)的開發(fā)；

(4)市政工程三維竣工測量的應(yīng)用。

隨著我們對三維竣工測量技術(shù)的不斷認(rèn)識(shí)和研究，筆者相信，三維竣工測量終究會(huì)取代傳統(tǒng)二維竣工測量，成為竣工驗(yàn)收的主要方式，更好地服務(wù)于城鄉(xiāng)規(guī)劃與建設(shè)。

[1] 朱慶，林琿.數(shù)碼城市地理信息系統(tǒng)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社，2004

[2] 黃鐸.三維城市模型的數(shù)據(jù)內(nèi)容[D].攝影測量與遙感，博士論文.武漢大學(xué):2004

[3] 李華瑋，朱宜萱，朱慶.三維城市模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)的全面質(zhì)量控制[J].測繪通報(bào)，2004(2):57～59

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[6] GB/T 19710－2005.地理信息元數(shù)據(jù)[S].

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

盧丹丹(1981—)，女，工程師，主要從事GIS應(yīng)用與研究工作。