三维模型到三维数字地图的突破-解读浙江省《三维数字地图技术规范》

       1 引言

       三维建模技术已广泛应用到数字（智慧）城市的建设中。国家住房和城乡建设部颁布了CJJ/T157-2010《城市三维建模技术规范》行业标准，目的是统一城市三维建模技术要求，及时、准确地为城市规划、建设、运营、管理以及数字城市建设提供城市三维建模技术支持、数据共享和应用服务，主要内容包括建模单元划分、模型命名、数据采集与处理、三维模型制作等，适用于城市三维模型的数据采集、处理、集成、管理、更新、维护与服务。紧接着国家测绘地理信息局颁布了CH/T 9015-2012《三维地理信息模型数据产品规范》、CH/T 9016-2012《三维地理信息模型生产规范》和CH/T 9017-2012《三维地理信息模型数据库规范》系列行业标准，对三维地理信息模型的数据获取、加工处理、生产建库、产品的内容、分类、分级以及可视化表达等提出了具体技术要求。

       行业标准的颁布，进一步丰富了测绘数字产品的内容，已成为基础地理信息重要组成部分，因其数据的准确性、直观性，日益被广大用户所接受。然而，目前的三维数字产品，从成果的内容、基本比例尺、数学基础、分幅与编号、精度以及要素表达等方面看，还没有达到地图的要求，为此，研究和制定三维数字地图技术标准很有必要。

       为保证三维数字产品的质量，实现三维数据的标准化，促进三维数字地图数据的共享，浙江省测绘与地理信息局组织编制了地方标准《三维数字地图技术规范》，浙江省质量技术监督局已批准发布。笔者通过对该标准的学习和研究后认为，该标准实现了从三维模型到三维地图的跨越，在诸多方面有所创新。

       2 浙江省三维数字地图技术规范的主要内容

       三维数字地图是以地形模型和地物模型相结合的方式表达水系、居民地及设施、交通、管线、地貌、植被与土质六大类要素的数字地图。本标准正文共9章，包括范围、规范性引用文件、术语和定义、缩略语、内容、基本要求、精度、表达、检验；附录2个：1个规范性附录和1个资料性附录。

       三维数字地图的主要内容如下：

       范围：标准规定了三维数字地图基本产品的内容、精度、表达及检验要求。适用于三维数字地图基本产品的生产及检验，非基本产品的要求可参照执行；

       内容：基本产品按照比例尺划分为1:500、1:1000、1:2000、1:10000四种类型；

       基本要求：（1）数学基础：三维数字地图基本产品应统一采用CGCS2000坐标系和1985国家高程基准，非基本产品如采用地方坐标系时，应建立与统一坐标系的转换关系；（2）分幅与编号：三维数字地图宜采用非标准分幅，也可采用标准分幅；

       精度：地形模型和地物模型的平面精度，按照浙江省地方标准DB33/T522执行；地形模型和地物模型的高程精度，按照国家行业标准CH/T 9015-2012执行；

       模型表达：地形模型和地物模型的表达，按照浙江省地方标准DB33/T 817—2010执行；

       检验：内容包括：总体要求、检验内容、检验方法和质量评价；

       附录：（1）附录A（规范性附录）要素内容及表达类型；（2）附录B（资料性附录）：元数据基本内容。

       3 与国家行业标准的关系及创新点

       3.1全新的三维数字地图概念和内容

       （１）三维数字地图是一种数字地图

       三维数字地图的定义描述为“以地形模型和地物模型相结合的方式表达水系、居民地及设施、交通、管线、地貌、植被与土质六大类要素的数字地图”。其核心含义是利用三维模型对传统二维数字地图里的各类基础地理信息要素进行表达，是对传统的二维数字地图的延伸，不是一般的三维模型。

       （２）三维数字地图的分幅

       三维数字地图规范提出了“一般宜采用非标准分幅”的原则和其相应分幅编号方法，同时也对标准分幅编号方法作出了规定。

       （３）三维数字地图对产品的分类

       三维数字地图产品分基本产品和非基本产品两类。对基本产品的精度、内容和表达要求作出了详细规定；非基本产品宜根据制作手段、需求及应用方面的情况不同，可参照执行。

       （４）三维数字地图的数学基础

       三维数字地图基本产品统一采用CGCS2000坐标系和1985国家高程基准。非基本产品可采用地方坐标系，但应建立与统一坐标系的转换关系。

       （５）三维数字地图的比例尺

       三维数字地图基本产品按照比例尺划分为1:500、1:1000、1:2000、1:10000四种类型，对各比例尺的内容、精度和表达要求作出了规定。

       （６）规定了模型和纹理的编码规则

       国家行业标准中仅对模型和纹理的“命名”规则作出了规定，三维数字地图规范对模型和纹理的“命名”和“编码” 规则进行了修定。模型的编码由分幅编号加入模型类型代码、比例尺代码和模型顺序号组成，规定了纹理编码规则。

       (７)地物模型高程精度

       三维数字地图规范地物模型的“高程精度”，是依据实际生产和检验的需求定义的，较CH/T 9015-2012给出的“高度精度”合理。

       (８)增加了元数据基本内容

       国家行业标准中，对三维模型元数据制作仅强调应参照GB/T 19710的要求执行，三维数字地图规范对元数据的基本内容作出了具体规定。

       3.2 完善和拓展了三维模型表达内容及分类

       关于三维模型，在国家行业标准中已有描述，三维数字地图根据技术的发展和浙江省实际需求，对三维模型的表达内容和分类作了以下完善和拓展。

       ３.２.１三维模型分类体系

       将三维模型分为地形模型和地物模型两大类，其中地物模型包括建筑要素模型、交通要素模型、水系要素模型、植被要素模型、场地模型、管线要素模型和其他要素模型。

       ３.２.２完善和拓展了原有的术语定义

       三维地理信息模型（简称“三维模型”）这一概念仍然沿用CH/T 9015-2012《三维地理信息模型数据产品规范》中的描述。三维数字地图规范把“地形模型”重新定义为：“以DEM为几何框架，以DOM为框架表面的贴图影像，表现地形地貌的三维模型”； “纹理”重新定义为：“用于反映要素对象表面纹路和色泽特征的影像”；增加了术语“地物模型”和“管线要素模型”等，“ 地物模型”定义为：“以轮廓矢量为几何框架，以表面纹理为框架表面的贴图影像，表现地物要素的三维模型”，从基本构成的角度与地形模型进行了区分。

       ３.２.３三维模型表达内容与基础地理信息要素的一致性

       在三维数字地图规范中，三维模型表达要素内容按照DB33/T 817—2010《浙江省基础地理信息要素分类与图形表达代码》执行，确保了三维模型表达内容与基础地理信息要素的一致性。

       ３.２.４完善了模型表达的要求

       （1）几何精细度要求

       模型的表达分为几何精细度和纹理精细度。模型几何精细度的表现方式分为主体建模表现、细节建模表现和通用模型表现，“通用模型表现”替代了国家标准中的“符号表现”，主要考虑到建立通用模型库的需要，且“通用模型”这一表述更加清晰。

       各类地物模型在不同比例尺的几何精细度表达，结合国家相关标准要求和生产经验，规定了不同级别不同要素的表现形式。

       （2）纹理精细度要求

       纹理的分类包括精细修饰纹理、一般修饰纹理和通用纹理三种，没有沿用国家标准中“修饰真实纹理”、“不修饰真实纹理”和“示意纹理”的概念。调整后的纹理分类更能体现纹理精细度的分级，规范了不同纹理精细度级别对纹理变形、遮挡、接缝、眩光等处理的要求。

       3.3 细化了模型精度指标

       ３.３.１地物模型精度指标

       平面精度：地物模型平面位置精度的制定从实际应用角度出发，与现有二维基础地理信息数据的生产技术相适应，主要考虑了实测基础数字地形图和航测成图两种技术手段，同时也考虑了激光扫描等新技术应用。在制定具体指标时按制作技术手段不同分别进行表述，进行了分类细化，精度指标高于国家相关标准。

高程精度：地物模型顶部的高程精度指标是按照航测高程精度指标确定的，地物模型底部应与地形模型表面实现点面贴合。

       ３.３.２地形模型精度指标

       平面精度：增加了对地形模型平面精度指标，主要是DOM平面位置中误差的要求。

       高程精度：地形模型的高程精度总体沿用CH/T 9015-2012中的规定，但是考虑DEM数据源的不同，在各比例尺下又细分为一、二、三级。

       4 实施中应注意的问题

       4.1平面精度的选择

       三维数字地图规范在确定地物模型平面精度时，要求1:500、1:1000和1:2000比例尺的地物模型的平面精度应与对应的基础数字地形图一致，其主要目的是确保三维数字地图的基本精度与已有的二维数字地图精度的匹配，并确保三维数字地图基本产品在精度上的统一性。对于没有大比例尺地形图或者地形图基本精度无法达到上述要求的区域，可以酌情降低平面精度要求，或按照非基本产品要求执行。

       4.2三维数字地图的定义

       “数字侧视地图”和“全景影像地图”等数字地图可否纳入到三维数字地图的范畴？这个问题值得商榷。从产品体系上看，三维数字地图是对传统二维数字地图的拓展，其产品本身的生产、加工具有一定的特殊性，而“数字侧视地图”和“全景影像地图”分别是三维数字地图的再加工产品和可视地图产品的表现形式，与三维数字地图的关联性不强，不宜直接归为三维数字地图。

       4.3对场景质量的要求

       三维数字地图规范对场景质量的要求未作详细规定，场景质量一般为定性的要求，如：阴影、光照等各类渲染效果的统一协调性，项目实施时可在方案设计中加以明确。

       4.4标准的适宜性

       三维数字地图规范作为推荐性标准。制作基本产品时，应满足其规定的数学精度、内容和表达要求，实现三维数字地图产品的规范化和标准化；未对采集与制作手段进行具体规定，在实际生产中既要考虑满足精度和表达内容的要求，也应考虑现有技术手段的引入和充分发挥，鼓励其它各类先进技术如激光扫描、近景摄影测量等技术的应用；随着先进技术的应用，必然会带来新的需求，提出新的产品要求，要避免抑制创新，在实施过程中，应密切注意科技发展和应用需求变化，从而对标准进行不断的完善与改进。

       5 结束语

       浙江省《三维数字地图技术规范》实现了从三维模型到三维数字地图的跨越，具有一定的创新性。她的发布，将进一步实现三维数据的标准化，提高三维数字地图质量，促进三维数字地图数据的共享奠定基础，通过实现数据共享，有效整合资源，节省信息获取和查询的成本。三维地理信息的应用，将推动地理信息相关领域的发展，产生显著的社会经济效益。

       在实施浙江省《三维数字地图技术规范》时，宜结合实际，选择产品的类型，制定相应的技术指标。应充分利用先进的技术手段采集数据，提高数据的精度，确保三维数字地图的质量。

       城镇化的快速发展，对三维数字地图产品的需求更加迫切，随着新技术的应用，会产生新的产品。我们应密切注视科技发展和应用需求的变化，勇于创新，适时制定和完善技术标准，更好地服务于经济社会。