李南江 程良勇

關(guān)鍵詞：3D GIS;三維;規(guī)劃竣工;規(guī)劃驗(yàn)收;圖像識(shí)別;建設(shè)工程

中圖分類號(hào)：P208;TU984 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：2096-4706（2019）06-0022-03

Abstract：This paper first puts forward a series of methods using 3D GIS high technology to assist in the planning and acceptance，including the method of using lidar technology to collect and quickly build the 3D model of completed construction project，the method of building the 3D database of urban temporal data，the method of the massive 3D data LOD scheduling，the method of split screen with virtual scene，the method of image recognition by optimization algorithm，etc.，they scientifically assist planning and law enforcement departments to carry out project planning and acceptance，successfully solve the above problems. Combined with the experiment of Tianjin Xiangnian square project，significant results have been achieved，and has been approved by the planning and law enforcement departments.

Keywords：3D GIS;three dimensions;planning completion;planning and acceptance;image recognition;construction engineering

0 ?引 ?言

傳統(tǒng)的規(guī)劃驗(yàn)收手段是通過具備竣工測(cè)量資質(zhì)的單位進(jìn)行測(cè)量后形成竣工驗(yàn)收測(cè)量報(bào)告，再由規(guī)劃執(zhí)法人員現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，最終判定是否通過規(guī)劃驗(yàn)收，這種手段一是難以全覆蓋建設(shè)項(xiàng)目的各個(gè)部位的驗(yàn)收;二是工作效率低下;三是項(xiàng)目資料存儲(chǔ)和查閱困難;四是三維數(shù)字城市模型庫更新周期長、工作量大、成本高。本文以天津市規(guī)劃驗(yàn)收竣工測(cè)量工程為案例，提出規(guī)劃驗(yàn)收竣工測(cè)量技術(shù)、作業(yè)方法和城市地理信息元數(shù)據(jù)更新等相關(guān)問題的一套全新解決方案。

1 ?研究的背景及內(nèi)容

1.1 ?研究背景

地理信息元數(shù)據(jù)有助于人們對(duì)空間數(shù)據(jù)的理解、發(fā)現(xiàn)、定位、挖掘、評(píng)估和維護(hù)，目的在于實(shí)現(xiàn)地理信息的有效管理和合理共享，并有利于元數(shù)據(jù)的管理、維護(hù)、檢索、傳輸交換。動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)是元數(shù)據(jù)的擴(kuò)展，它不僅具備元數(shù)據(jù)的一般特征，還記錄了數(shù)據(jù)集在變化和更新過程中所產(chǎn)生的信息。城市動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)的描述體系是人們?cè)谌S數(shù)字城市數(shù)據(jù)庫更新維護(hù)過程中關(guān)心的內(nèi)容，科學(xué)合理的元數(shù)據(jù)描述體系可以幫助人們了解數(shù)據(jù)產(chǎn)生過程、數(shù)據(jù)內(nèi)容、成果質(zhì)量、技術(shù)規(guī)格、現(xiàn)勢(shì)性、歷史性等多方面的內(nèi)容，也方便了人們管理、應(yīng)用、發(fā)布數(shù)據(jù)。我國現(xiàn)在的建筑工程驗(yàn)交階段紕漏較多，檔案資料管理困難，城市三維地理信息元數(shù)據(jù)更新困難。

1.2 ?研究內(nèi)容

工程驗(yàn)收工作的第一步是進(jìn)行工程測(cè)量，采用先進(jìn)的激光雷達(dá)技術(shù)來采集三維空間數(shù)據(jù)，一是高精度特點(diǎn)保證了竣工工程測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，二是三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)同時(shí)獲取。結(jié)合專業(yè)的三維點(diǎn)云自動(dòng)建模技術(shù)，快速構(gòu)建竣工建筑的三維模型。組建三維時(shí)態(tài)型數(shù)據(jù)庫，結(jié)合內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，生成動(dòng)態(tài)的地理信息元數(shù)據(jù)，將整個(gè)城市及歷史裝進(jìn)數(shù)據(jù)庫。結(jié)合3D GIS的相關(guān)技術(shù)方法，來輔助城市規(guī)劃驗(yàn)收部門科學(xué)嚴(yán)格地進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃驗(yàn)收。

2 ?技術(shù)方法

2.1 ?激光雷達(dá)采集與建模技術(shù)

用站式激光掃描儀對(duì)竣工建筑進(jìn)行外立面高精度掃描，獲取了整個(gè)建筑的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再通過點(diǎn)云融合技術(shù)，集成車載、機(jī)載和站式激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使用精細(xì)度的三維模型構(gòu)建技術(shù)，精度達(dá)到厘米級(jí)，建立竣工建筑方案的高精度三維數(shù)字檔案模型庫，如圖1所示。

2.2 ?數(shù)據(jù)更新技術(shù)

隨著建設(shè)工程竣工，通過規(guī)劃驗(yàn)收后，直接將方案更新到現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，自動(dòng)將原現(xiàn)狀中對(duì)應(yīng)的方案部分?jǐn)?shù)據(jù)追加到歷史庫中，實(shí)現(xiàn)高效率的城市三維地理信息數(shù)據(jù)庫更新維護(hù)，如圖2所示。

2.3 ?圖像識(shí)別對(duì)比技術(shù)

在進(jìn)行建筑外立面或者房頂?shù)炔课坏膶?duì)比審查的時(shí)候，需要對(duì)比規(guī)劃方案與竣工方案中的差別到底有多大，這時(shí)需要從三維系統(tǒng)中分別截取規(guī)劃方案與竣工方案在同一個(gè)角度下的圖像，然后對(duì)兩張圖像運(yùn)用Zernike矩和相似度準(zhǔn)則的圖像比對(duì)算法進(jìn)行像素級(jí)別的對(duì)比分析，標(biāo)記出不同像素，同時(shí)計(jì)算圖像差別百分?jǐn)?shù)，圖像整體亮度偏差像素值，圖片偏差部位數(shù)目等，如圖3所示。

按照竣工實(shí)測(cè)方案和規(guī)劃三維模型的外包為圈分多個(gè)投影面進(jìn)行誤差對(duì)比計(jì)算，確保每個(gè)部件無死角的采集到圖像，每個(gè)面的對(duì)比采用圖像對(duì)比分析方法進(jìn)行，然后將現(xiàn)狀三維模型信息和規(guī)劃三維模型信息分別投影到這個(gè)固定的面上，對(duì)形成的圖像進(jìn)行圖像像素F（u，v）對(duì)比分析通過像素重疊度計(jì)算偏差，透明部分直接過濾，不參與像素對(duì)比分析，首先需獲得Δ（u，v），計(jì)算公式為Δ（u，v）=Fj（u，v）-Fg（u，v），其中Fj（u，v）為現(xiàn)狀三維模型信息投影到固定面上的圖像在u行v列的顏色值，F(xiàn)g（u，v）為規(guī)劃三維模型信息投影到固定面上的圖像在u行v列的顏色值，Δ（u，v）為現(xiàn)狀三維模型信息與規(guī)劃三維模型信息在u行v列的偏差值;

本文提出的利用3D GIS技術(shù)，能快速獲取高精度的竣工項(xiàng)目的空間數(shù)據(jù)，建立城市三維地理信息動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)的自動(dòng)更新機(jī)制，能快速審查出建筑立面、屋頂結(jié)構(gòu)、道路、綠化、出入口、停車位等審查要素是否一致，在承辦人員現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)無法全面查看或現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)完畢后記憶不深刻的部分，可以直接進(jìn)行確認(rèn)查看，保證承辦人員對(duì)建設(shè)項(xiàng)目驗(yàn)收的每一部分都清楚明了，沒有疑點(diǎn)，降低承辦人員僅根據(jù)二維圖紙資料成果辦件有所偏差的風(fēng)險(xiǎn)。這套全新的方法補(bǔ)充了傳統(tǒng)規(guī)劃驗(yàn)收工作的缺漏。建立的城市海量數(shù)據(jù)更新機(jī)制，能源源不斷地為三維數(shù)字城市建設(shè)輸入新鮮血液，保持其現(xiàn)勢(shì)性，為智慧城市建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，隨著海量數(shù)據(jù)的更新，日積月累，形成比較全面的歷史數(shù)據(jù)庫，整個(gè)城市的發(fā)展過程都將被記錄下來，日后必將成為城市歷史復(fù)原保護(hù)等的寶貴資源財(cái)富。

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作者簡介：李南江（1985.08-），男，漢族，湖北大冶人，軟件項(xiàng)目經(jīng)理，工程師，本科，研究方向：地理信息系統(tǒng)、三維數(shù)字城市;程良勇（1981.05-），男，漢族，湖北鄂州人，事業(yè)部經(jīng)理，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：地理信息系統(tǒng)、三維數(shù)字城市。