摘要：近年來(lái)，三維實(shí)景建模技術(shù)應(yīng)用廣泛，推動(dòng)了新型基礎(chǔ)測(cè)繪快速發(fā)展。為了進(jìn)一步提高三維實(shí)景建模的質(zhì)量與精度，對(duì)三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量的成因、內(nèi)容、影響因素進(jìn)行了深入的研究，結(jié)合三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量和設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定檢查規(guī)則，并創(chuàng)建了三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的規(guī)則庫(kù)，研究如何結(jié)合不同類型數(shù)據(jù)特點(diǎn)，通過(guò)三維模型質(zhì)檢平臺(tái)軟件對(duì)三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的質(zhì)量控制和精度分析。通過(guò)該實(shí)景三維模型質(zhì)檢平臺(tái)技術(shù)，可以有效地提高三維實(shí)景建模的質(zhì)量以及精度。

關(guān)鍵詞：三維模型質(zhì)檢平臺(tái)；三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品；自動(dòng)精度檢查；質(zhì)量評(píng)定

一、前言

2015年6月國(guó)務(wù)院批復(fù)同意的《全國(guó)基礎(chǔ)測(cè)繪中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要（2015-20230年）》中提出“到2030年新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系全面建成”的要求。截至2022年3月，自然資源部已陸續(xù)設(shè)立了上海、武漢、西安、寧夏等10個(gè)省市作為“新型基礎(chǔ)測(cè)繪”國(guó)家級(jí)試點(diǎn)，其中上海試點(diǎn)已經(jīng)于2020年9月完成城市級(jí)實(shí)景三維成果驗(yàn)收，武漢試點(diǎn)也已完成預(yù)驗(yàn)收，寧夏（地形級(jí)）、西安（城市級(jí)）等試點(diǎn)方案也已通過(guò)評(píng)審，進(jìn)入實(shí)施階段?；A(chǔ)測(cè)繪的轉(zhuǎn)型升級(jí)已經(jīng)成為各省地理信息產(chǎn)業(yè)人員需迫切面對(duì)的重大課題。

三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品作為生產(chǎn)建設(shè)地理實(shí)體的前置，也是建設(shè)實(shí)景三維及新型基礎(chǔ)測(cè)繪的組成部分。相比目前已經(jīng)成熟的影像、矢量等數(shù)據(jù)成果的質(zhì)檢，三維模型的質(zhì)檢處于尚需完善階段，在實(shí)際生產(chǎn)中缺少能夠?qū)θS模型成果進(jìn)行較全面、高水平、自動(dòng)化質(zhì)檢的平臺(tái)軟件。

二、研究前景

對(duì)三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量的成因、內(nèi)容、影響因素進(jìn)行了深入的研究，結(jié)合三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量和設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定檢查規(guī)則，并創(chuàng)建了三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的規(guī)則庫(kù)，結(jié)合不同類型數(shù)據(jù)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的檢查算法。通過(guò)試驗(yàn)探索研究適合實(shí)景三維模型質(zhì)檢的質(zhì)檢方案和質(zhì)檢軟件平臺(tái)的開(kāi)發(fā)研究，并建立一套完整的三維模型質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系。

該軟件平臺(tái)應(yīng)具備以下特點(diǎn)：

（一）抽樣人員選定抽樣范圍后，質(zhì)檢軟件根據(jù)抽樣范圍提取抽檢樣本數(shù)據(jù)；

（二）質(zhì)檢軟件應(yīng)盡量提高自動(dòng)化檢查水平，如實(shí)現(xiàn)模型精度檢查、幾何檢查等方面的自動(dòng)化檢查；

（三）該平臺(tái)具有兼容所有符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的成果數(shù)據(jù)格式類型，同時(shí)質(zhì)檢軟件的質(zhì)檢標(biāo)簽記錄也應(yīng)能夠正確導(dǎo)入生產(chǎn)單位的軟件中；

（四）具備單機(jī)質(zhì)檢和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)檢兩種模式。

項(xiàng)目完成后，對(duì)三維模型質(zhì)檢與評(píng)價(jià)產(chǎn)生積極影響。

三、軟硬件工作環(huán)境與特點(diǎn)

（一）軟硬件環(huán)境

為滿足大數(shù)據(jù)量的三維模型成果數(shù)據(jù)的質(zhì)檢驗(yàn)收需求，三維模型的質(zhì)檢軟件需安裝在具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)吞吐與并行計(jì)算能力，多核心CPU與通用計(jì)算圖形處理器的工作站中。推薦軟硬件環(huán)境如表1。

（二）軟件兼容性

“三維模型質(zhì)檢軟件”在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮兼容符合國(guó)家規(guī)定的各類數(shù)據(jù)成果格式，保證軟件的普適性。

（三）關(guān)鍵技術(shù)

三維模型質(zhì)檢應(yīng)基于國(guó)家已經(jīng)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)定、大綱等技術(shù)文件，實(shí)現(xiàn)對(duì)符合技術(shù)設(shè)計(jì)的三維Mesh模型、單體化模型的質(zhì)檢（后續(xù)簡(jiǎn)稱為三維模型）。

1.三維模型質(zhì)檢技術(shù)路線

根據(jù)抽樣范圍提取抽檢樣本數(shù)據(jù)；在有條件的情況下應(yīng)盡量提高自動(dòng)化檢查，避免人工檢查出現(xiàn)錯(cuò)漏；成果應(yīng)該是符合技術(shù)設(shè)計(jì)的格式，常見(jiàn)數(shù)據(jù)格式類型（如OSGB、OBJ、MAX等）。技術(shù)路線如圖1。

2.樣本抽查與提取

按照檢查與驗(yàn)收規(guī)定，從同一技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)指導(dǎo)下生產(chǎn)的同級(jí)別、同規(guī)格成果數(shù)據(jù)組成的檢驗(yàn)批中抽取不少于5%的樣本量進(jìn)行詳查[1]。

抽樣人員根據(jù)影像與格網(wǎng)，隨機(jī)標(biāo)記抽樣范圍后，質(zhì)檢軟件應(yīng)根據(jù)抽樣范圍提取抽檢樣本數(shù)據(jù)[2]。

3.自動(dòng)化及人機(jī)交互檢查

為了提升質(zhì)檢效率， 減少人機(jī)交互檢查工作量， 有條件的情況下應(yīng)盡量通過(guò)質(zhì)檢軟件或生產(chǎn)軟件的質(zhì)檢功能進(jìn)行自動(dòng)化檢查。

通過(guò)提前導(dǎo)入基于進(jìn)行mesh網(wǎng)格的特征學(xué)習(xí)和分類的數(shù)據(jù)庫(kù)，在人工質(zhì)檢之前，提前使用質(zhì)檢軟件的自動(dòng)檢查功能完成：①部分模型精度檢查與幾何檢查工作； ②實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮物、孔洞邊界檢測(cè)；③多層三維數(shù)據(jù)檢測(cè)部分幾何問(wèn)題的自動(dòng)檢查。

（1）自動(dòng)化精度檢查及幾何檢查

因三維模型數(shù)據(jù)體量較大，為滿足質(zhì)檢需求，通過(guò)導(dǎo)入不同地物邊界作為約束條件，不同地物根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定精度范圍，研究計(jì)算檢查點(diǎn)與Mesh模型或單體模型距離方法，統(tǒng)計(jì)分析檢查區(qū)域數(shù)據(jù)粗差率，判斷模型精度是否滿足要求[3]。

在三維模型生產(chǎn)過(guò)程中，由于設(shè)備或者原始數(shù)據(jù)原因，我們獲取的三維模型并不完整，通常存在水面、玻璃幕墻孔洞，空三斷層，懸浮物等各種問(wèn)題，這類三維數(shù)據(jù)對(duì)后續(xù)模型分析會(huì)造成影響，通過(guò)研究懸浮物檢測(cè)、孔洞邊界檢測(cè)，多層三維數(shù)據(jù)檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)部分幾何問(wèn)題的自動(dòng)檢查，提高質(zhì)檢效率[4]。

（2）人機(jī)交互檢查

根據(jù)具體項(xiàng)目的質(zhì)檢需求，可參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和其他省份地方規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，使用標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)檢錯(cuò)誤標(biāo)簽，也可導(dǎo)入定制化調(diào)整過(guò)的質(zhì)檢標(biāo)簽，以此減少檢查過(guò)程中質(zhì)檢人員的重復(fù)工作量。

標(biāo)簽類別結(jié)合三維模型特性一般可分為：嚴(yán)重錯(cuò)漏（A類問(wèn)題，如坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)或投影參數(shù)錯(cuò)誤）、次嚴(yán)重的錯(cuò)漏（B類問(wèn)題，如重要地物平面精度、高程精度或模型間距等超限）、一般錯(cuò)漏（C類問(wèn)題，一般性的錯(cuò)漏或與設(shè)計(jì)要求不一致）。

4.質(zhì)檢成果

（1）質(zhì)檢標(biāo)簽

突破傳統(tǒng)“截圖式”報(bào)告質(zhì)檢方式，質(zhì)檢人員在檢查三維模型時(shí)采用質(zhì)檢標(biāo)簽對(duì)數(shù)據(jù)問(wèn)題進(jìn)行標(biāo)記，質(zhì)檢標(biāo)簽記錄內(nèi)容包括坐標(biāo)、截圖、錯(cuò)誤類型、質(zhì)檢人員、記錄時(shí)間、標(biāo)簽狀態(tài)等。質(zhì)檢標(biāo)簽可實(shí)現(xiàn)在作業(yè)端快速定位錯(cuò)誤坐標(biāo)及方位，修改完的標(biāo)簽可流轉(zhuǎn)至質(zhì)檢端進(jìn)行復(fù)查工作。

質(zhì)檢工作結(jié)束后，標(biāo)簽可作為有效的回溯手段，可追溯至當(dāng)前項(xiàng)目的質(zhì)檢時(shí)間、人員等相關(guān)信息，為質(zhì)檢溯源與質(zhì)量責(zé)任到人提供支持。

該平臺(tái)質(zhì)檢標(biāo)簽可與不同生產(chǎn)軟件的質(zhì)檢標(biāo)簽相互兼容，既方便質(zhì)檢站對(duì)生產(chǎn)單位的檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行直接定位核查，又利于生產(chǎn)單位對(duì)質(zhì)檢站的質(zhì)檢標(biāo)簽進(jìn)行核實(shí)改正。

（2）質(zhì)檢記錄

質(zhì)檢軟件可一鍵生成檢查記錄表，可自定義設(shè)定。檢查記錄表主要對(duì)質(zhì)量檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤情況進(jìn)行描述與統(tǒng)計(jì)，并可選擇對(duì)錯(cuò)誤區(qū)域截圖、對(duì)具體的錯(cuò)誤坐標(biāo)進(jìn)行記錄。

5.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下面向三維模型的質(zhì)檢體系

為了提升大規(guī)模三維模型成果的質(zhì)檢效率，方便質(zhì)檢過(guò)程數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)，減少生產(chǎn)和質(zhì)檢人員的溝通成本，同時(shí)為了適應(yīng)不同單位的質(zhì)檢作業(yè)模式，利用分布式存儲(chǔ)和計(jì)算以及微服務(wù)技術(shù)，設(shè)計(jì)面向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的質(zhì)檢工藝。

通過(guò)采用圖形化的任務(wù)分配和監(jiān)控，設(shè)計(jì)分級(jí)管理模塊，對(duì)不同級(jí)別用戶設(shè)置權(quán)限，在注冊(cè)賬號(hào)時(shí)給予區(qū)分，不同級(jí)別用戶進(jìn)入系統(tǒng)后的顯示界面、內(nèi)容不同，可有效對(duì)存在質(zhì)檢爭(zhēng)議的區(qū)域進(jìn)行多級(jí)審核；同時(shí)兼容對(duì)存量數(shù)據(jù)的解析，實(shí)現(xiàn)質(zhì)檢總?cè)蝿?wù)進(jìn)度實(shí)時(shí)監(jiān)控和全生命周期統(tǒng)計(jì)與分析，提高質(zhì)檢資料集中管理與共享利用水平。對(duì)現(xiàn)有的三維模型質(zhì)檢流程進(jìn)行改造優(yōu)化，達(dá)到質(zhì)檢協(xié)同的目的，如圖2。

6.評(píng)價(jià)方法

依據(jù)《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量檢查規(guī)范》CH/T 9024-2014要求[5]，同批成果中應(yīng)隨機(jī)抽取不小于任務(wù)區(qū)總面積5%的區(qū)域作為樣本進(jìn)行詳查。三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量元素：

①空間參考系；

②位置精度；

③表達(dá)精細(xì)度；

④邏輯一致性；

⑤屬性精度；

⑥時(shí)間精度；

⑦場(chǎng)景效果；

⑧附件質(zhì)量。

最終整個(gè)任務(wù)區(qū)的評(píng)價(jià)水準(zhǔn)與樣本整體機(jī)檢報(bào)錯(cuò)量值（包含錯(cuò)誤個(gè)數(shù)與等級(jí)）、樣本要素復(fù)雜程度（或要素個(gè)數(shù)）等均有一定關(guān)系，評(píng)價(jià)等級(jí)（優(yōu)秀、良好、合格、不合格）應(yīng)能較客觀地反映三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，三維實(shí)景建模技術(shù)雖然得到了廣泛的應(yīng)用，也發(fā)揮出了巨大的作用，但是其質(zhì)量和精度控制仍然是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，其同時(shí)也是影響后期測(cè)繪技術(shù)發(fā)展的重要因素。文中分析了三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量的成因、內(nèi)容以及影響因素，同時(shí)結(jié)合相關(guān)研究構(gòu)建出了三維模型數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的規(guī)則庫(kù)，并且設(shè)計(jì)出了實(shí)景三維模型質(zhì)檢平臺(tái)技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)能夠確保三維實(shí)景建模的質(zhì)量以及精度，為三模實(shí)景建模技術(shù)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用提供了支持。

參考文獻(xiàn)

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