侯亞娟,葛中華(浙江省測繪質(zhì)量監(jiān)督檢驗站,浙江杭州 310012)

三維地理信息模型質(zhì)檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

侯亞娟?,葛中華
(浙江省測繪質(zhì)量監(jiān)督檢驗站,浙江杭州 310012)

摘 要:三維地理信息模型數(shù)據(jù)成果作為一種新型測繪成果,常規(guī)的檢驗方法存在諸多弊端,為提高三維地理信息模型數(shù)據(jù)質(zhì)檢效率,本文設(shè)計并實現(xiàn)了一款簡便實用的三維地理信息模型質(zhì)檢軟件。該系統(tǒng)成功實現(xiàn)了檢驗所需軟件環(huán)境的有效整合、自動化數(shù)學(xué)精度檢測和一鍵式樣本原始記錄冊的直接導(dǎo)出等功能。在實際工作中證明其能有效提高質(zhì)檢工作效率、維護(hù)檢驗過程的規(guī)范性。

關(guān)鍵詞:三維地理信息模型;質(zhì)量檢驗;系統(tǒng)設(shè)計;系統(tǒng)實現(xiàn)

1 引 言

鑒于其顯著的真實性、直觀性和可量測性等特點,三維地理信息模型產(chǎn)品在我國城市管理、規(guī)劃和公眾服務(wù)等多個方面的應(yīng)用越來越廣泛。以浙江省為例,近半數(shù)以上的地市和多個縣級市均在其“數(shù)字城市”項目建設(shè)中包含了覆蓋主城區(qū)或全市域的三維地理信息模型產(chǎn)品。正是由于該類測繪成果數(shù)量的不斷增多,必然引起人們對其成果質(zhì)量的重視。相應(yīng)地,各省級測繪質(zhì)量檢驗機(jī)構(gòu)近年來受檢的三維地理信息模型項目也呈現(xiàn)逐年上升趨勢,且項目檢驗難度不斷增大。當(dāng)前我國三維地理信息模型產(chǎn)品的質(zhì)量評價體系除包括常規(guī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、附件質(zhì)量等質(zhì)量元素外,還包括數(shù)學(xué)精度和模型質(zhì)量等多個元素[1][2];在檢驗方法上主要采用如何生產(chǎn)、如何檢驗的方式進(jìn)行,即在一定的軟件環(huán)境中進(jìn)行模型數(shù)學(xué)精度檢測,同時在場景運行環(huán)境下結(jié)合生產(chǎn)過程中拍攝的大量的實景照片進(jìn)行模型細(xì)節(jié)質(zhì)量的檢驗。在目前三維地理信息模型檢驗項目不斷增多的情況下,這種常規(guī)的“模型文件+場景文件”相組合進(jìn)行成果質(zhì)量評價的方式顯得笨拙和不便,且存在不少弊端,比如精度檢測完全依賴人工、檢查錯誤記錄不易回溯查看、樣本檢查記錄需人工匯總等等。因此,如何運用計算機(jī)三維可視化技術(shù)建立統(tǒng)一的檢驗工具平臺、減少在不同軟件環(huán)境中的切換,實現(xiàn)三維地理信息模型成果質(zhì)量的自動檢驗、自動匯總評價,規(guī)范和簡化檢驗過程,統(tǒng)一質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn),提高檢驗效率,是測繪地理信息質(zhì)檢技術(shù)人員面臨的、迫切需要解決的問題。

朱學(xué)明[3]等將三維技術(shù)應(yīng)用于地下管線數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗,設(shè)計并實現(xiàn)了智能化質(zhì)檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)將二維管線數(shù)據(jù)進(jìn)行三維可視化后輔助進(jìn)行質(zhì)量檢驗,該系統(tǒng)檢驗的數(shù)據(jù)對象依然為二維測繪成果。朱紫陽[4]、張凱[5]等均從三維地理信息模型成果的評價體系上進(jìn)行了論述和探討,未提及其具體的檢查方法和檢查手段。目前,國內(nèi)鮮有對三維模型質(zhì)檢軟件的研究和討論。因此,本文從源頭著手,針對當(dāng)前三維模型生產(chǎn)軟件多樣化、文件組織與格式不統(tǒng)一等現(xiàn)狀,按照三維地理信息模型質(zhì)檢要求,提出統(tǒng)一的質(zhì)檢數(shù)據(jù)提交規(guī)范;在此基礎(chǔ)上開展質(zhì)檢業(yè)務(wù)流程和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計,著重對各業(yè)務(wù)中的質(zhì)檢項目進(jìn)行了詳細(xì)的軟件設(shè)計,最終實現(xiàn)了三維地理信息模型質(zhì)檢系統(tǒng),輔助質(zhì)檢人員科學(xué)、高效地開展檢查驗收工作。

2 數(shù)據(jù)提交規(guī)范

當(dāng)前三維地理信息模型成果的展示平臺多種多樣,其成果格式也各不相同。因此,要建立統(tǒng)一的質(zhì)檢軟件平臺首先就需要對數(shù)據(jù)成果的提交格式或相關(guān)要求進(jìn)行規(guī)范,以適應(yīng)通用質(zhì)檢軟件的需要,進(jìn)而最大限度地實現(xiàn)檢驗工作的信息化和自動化。

三維地理信息模型成果通常包含多個組成部分,歸納起來主要有:三維模型原始文件(通常為3ds Max格式)、三維模型應(yīng)用系統(tǒng)(整合了各種模型數(shù)據(jù)和特定的軟件環(huán)境,是三維項目的最直接成果)、外業(yè)拍攝實景照片和其他附件成果等。另外,在檢驗過程中除需要生產(chǎn)單位提交完整的上述成果外,還需要檢查員就檢查驗收工作的需要開展外業(yè)實測或內(nèi)業(yè)從資料中采集部分精度檢測數(shù)據(jù),包括平面精度檢測點和高程精度檢測點。因此,建立三維地理信息模型數(shù)據(jù)提交規(guī)范就是要為數(shù)據(jù)成果確立目錄結(jié)構(gòu)和格式要求,從而為通用的質(zhì)檢平臺提供數(shù)據(jù)前提。

圖1　數(shù)據(jù)提交規(guī)范示意圖

3 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是從質(zhì)檢實際工作出發(fā),根據(jù)數(shù)字測繪成果檢驗流程和實驗室資質(zhì)認(rèn)定評審的要求,集成OA辦公自動化與三維GIS技術(shù),設(shè)計融測繪檢驗成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查、數(shù)學(xué)精度統(tǒng)計、成果錯漏扣分、原始記錄存檔、原始記錄冊和檢驗報告自動生成等功能于一體的三維地理信息模型質(zhì)檢軟件,實現(xiàn)二三維數(shù)數(shù)據(jù)交互、三維半自動化模型精度質(zhì)檢、質(zhì)量元素自動評分、一鍵式原始檢驗記錄冊及檢驗報告生成等功能。

3．2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)以常規(guī)檢驗業(yè)務(wù)流程為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計和組織,同時通過具體的功能設(shè)計對檢驗流程進(jìn)行了規(guī)范和約束,從流程上確保檢驗工作質(zhì)量。整合后的質(zhì)檢業(yè)務(wù)流程如圖2所示,主要分為4個步驟:①成果數(shù)據(jù)形式審查,主要檢查成果內(nèi)容的組織是否完備、格式是否符合數(shù)據(jù)提交規(guī)范;②質(zhì)檢參數(shù)設(shè)置,是指根據(jù)不同的項目,配置相應(yīng)的質(zhì)檢參數(shù)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),包括平面精度中誤差、高程精度中誤差、普通紋理像素比、影子紋理像素比等;③分類逐項質(zhì)檢,指分別根據(jù)所設(shè)置的質(zhì)檢參數(shù)要求,對模型紋理精度、高程精度、平面精度、模型貼面?zhèn)€數(shù)、建模細(xì)節(jié)等逐一遍歷巡檢;④質(zhì)量評價,指根據(jù)預(yù)設(shè)的檢測類型權(quán)重,結(jié)合不同質(zhì)檢功能的評價算法,自動對檢測項目評分、統(tǒng)計;⑤質(zhì)量報表報告生成,指自動匯集質(zhì)檢生成的結(jié)果,根據(jù)預(yù)設(shè)的成果模板生成原始檢驗記錄冊及檢驗報告。

圖2　系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

(1)工程參數(shù)配置模塊

工程配置模塊用以實現(xiàn)檢驗項目及樣本區(qū)檢驗參數(shù)的設(shè)置,是軟件運行的基礎(chǔ)。

(2)紋理精度質(zhì)檢

對數(shù)據(jù)成果中每個模型用到的紋理進(jìn)行精度檢測,并將結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計輸出。系統(tǒng)中對模型紋理的精度評價主要從兩個方面進(jìn)行,第一是紋理本身的大小,即用像素數(shù)量來衡量的長度和寬度;第二是紋理使用后的放大比例,用以評價各張紋理照片在經(jīng)拉伸并貼附后人眼的視覺感受。這兩個方面分別從圖片屬性和圖片尺寸與模型尺寸的比例關(guān)系來確定。

(3)高程精度質(zhì)檢

以筆者實際的工作為例。在2018年1月1日，A公司以十元每股的價格購買B公司的5萬股票，所需要支付的交易費用為5千元(0.5萬元)，A公司將這部分資產(chǎn)，納入到交易性金融資產(chǎn)。在2018年5月1日，B公司該股票收盤價為12元每股。在2018年10月1日，A公司以13元每股的價格，將B公司的5萬股票全部出售，可以獲得14.5萬元的投資收益，直觀的表現(xiàn)出本次投資的真實收益。

不同于常規(guī)的三維模型精度檢驗,系統(tǒng)不需要在3ds Max等模型編輯工具中對各檢測點提取模型上的坐標(biāo)值,而只要檢查員將外業(yè)或通過內(nèi)業(yè)獲取的檢測點導(dǎo)入檢測平臺,通過該功能進(jìn)行同名點的自動匹配實現(xiàn)高程精度檢測。該功能同時支持對同名點匹配情況的人工修正,并通過空間點間的自動連線輔助檢查員正確判定三維空間中點與點間的正確關(guān)系。在經(jīng)過人工修正和確認(rèn)后,該功能可實現(xiàn)三維模型高程精度的中誤差、粗差率、中誤差分布等統(tǒng)計信息的自動導(dǎo)出,省去以往人工計算的環(huán)節(jié),節(jié)約了時間,提高了檢驗效率,同時對提交計算結(jié)果的正確率也有積極意義。

(4)平面精度質(zhì)檢模塊

平面精度質(zhì)檢的功能設(shè)計與高程精度檢測相同,此處不再贅述。

(5)模型貼面質(zhì)檢模塊

對每個三維地理信息模型的幾何貼面數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計,并與項目提供的模型貼面上限進(jìn)行比較,統(tǒng)計檢測結(jié)果。

(6)建模細(xì)節(jié)質(zhì)檢模塊

目前的建模細(xì)節(jié)檢查方法都是根據(jù)外業(yè)拍攝的實景照片,檢查受檢模型的細(xì)部特征是否與實際相符、是否符合設(shè)計要求。檢查過程中通常需要同時用到三個軟件環(huán)境,首先是三維成果展示系統(tǒng),通過在系統(tǒng)中最終的效果展示來評定模型細(xì)節(jié),包括結(jié)構(gòu)特征和紋理表現(xiàn)的正確性;其次是圖片查看器,用來順序瀏覽實景照片;最后是截圖工具,用以記錄有問題的具體模型和相應(yīng)的錯誤描述。三者的切換紛繁復(fù)雜,檢查結(jié)果通常只是有標(biāo)識性文字的屏幕截圖,檢查意見尚且需要檢查員根據(jù)圖片進(jìn)行整理,無法實現(xiàn)錯誤記錄的回溯。

本系統(tǒng)提供自有的圖片查看器,方便質(zhì)檢人員通過漫游質(zhì)檢數(shù)據(jù),觀察、對比原始采集數(shù)據(jù)和建模數(shù)據(jù),對有建模錯誤的模型進(jìn)行人工分類、描述,軟件在截圖記錄的同時,支持檢查記錄空間索引,并將錯誤描述匯總形成文本記錄,為后續(xù)樣本原始記錄冊的生成和樣本質(zhì)量得分的計算提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(7)評價系統(tǒng)模塊

評價系統(tǒng)模塊匯集質(zhì)檢功能模塊生成的質(zhì)檢結(jié)果,支持各類檢驗結(jié)果信息的匯總與統(tǒng)計。評價系統(tǒng)支持錯誤模型的定位,可人工查看錯誤,有助于建模人員更好地找出問題,修改錯誤。

評價系統(tǒng)支持質(zhì)檢結(jié)果導(dǎo)出為Word、Excel格式,更加方便質(zhì)檢人員生成質(zhì)檢報告。同時,針對完成所有質(zhì)檢功能的數(shù)據(jù),評價系統(tǒng)會根據(jù)xml文件的檢測類型權(quán)重,結(jié)合不同質(zhì)檢功能的評價算法,自動對檢測項目評分、統(tǒng)計,得出最終的得分。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)與應(yīng)用

本系統(tǒng)選用杭州科瀾信息技術(shù)有限公司的三維GIS引擎3DVP?作為基礎(chǔ)組件開發(fā)完成。圖3為系統(tǒng)項目參數(shù)設(shè)置界面之一,圖4為精度檢測功能界面。

三維地理信息模型質(zhì)檢系統(tǒng)自投入生產(chǎn)以來,在浙江省測繪質(zhì)量監(jiān)督檢驗站實際檢驗工作中取得了突出成效,數(shù)據(jù)顯示實際工作效率提高25%以上,該系統(tǒng)的研究和實現(xiàn)具有很高的實用價值。

圖3　項目基本參數(shù)設(shè)置界面

圖4　平面精度檢測人工修正界面

5 結(jié)論與展望

綜上所述,三維地理信息模型質(zhì)檢系統(tǒng)的研發(fā)完成了檢驗過程中軟件環(huán)境的整合,半自動化地實現(xiàn)了數(shù)學(xué)精度的自動檢測,支持一鍵式樣本原始記錄冊的導(dǎo)出,對提高三維地理信息模型成果的質(zhì)檢工作效率具有積極意義。同時在實際應(yīng)用中我們也發(fā)現(xiàn)在數(shù)學(xué)精度檢測的正確率和人機(jī)交互界面的優(yōu)化等方面還需要進(jìn)一步提高和完善。

參考文獻(xiàn)

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[5] 張凱,呂志慧,張勇．三維測繪成果質(zhì)量檢查與評定方法研究[J]．測繪與空間地理信息,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

文章編號:1672-8262(2015)06-41-03中圖分類號:P208．2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

收稿日期:?2015—10—16

作者簡介:侯亞娟(1979—),女,高級工程師,主要從事測繪質(zhì)量檢查驗收工作。