李南江 程良勇
关键词：3D GIS;三维;规划竣工;规划验收;图像识别;建设工程
中图分类号：P208;TU984 文献标识码：A 文章编号：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
传统的规划验收手段是通过具备竣工测量资质的单位进行测量后形成竣工验收测量报告，再由规划执法人员现场核实，最终判定是否通过规划验收，这种手段一是难以全覆盖建设项目的各个部位的验收;二是工作效率低下;三是项目资料存储和查阅困难;四是三维数字城市模型库更新周期长、工作量大、成本高。本文以天津市规划验收竣工测量工程为案例，提出规划验收竣工测量技术、作业方法和城市地理信息元数据更新等相关问题的一套全新解决方案。
1 研究的背景及内容
1.1 研究背景
地理信息元数据有助于人们对空间数据的理解、发现、定位、挖掘、评估和维护，目的在于实现地理信息的有效管理和合理共享，并有利于元数据的管理、维护、检索、传输交换。动态元数据是元数据的扩展，它不仅具备元数据的一般特征，还记录了数据集在变化和更新过程中所产生的信息。城市动态元数据的描述体系是人们在三维数字城市数据库更新维护过程中关心的内容，科学合理的元数据描述体系可以帮助人们了解数据产生过程、数据内容、成果质量、技术规格、现势性、历史性等多方面的内容，也方便了人们管理、应用、发布数据。我国现在的建筑工程验交阶段纰漏较多，档案资料管理困难，城市三维地理信息元数据更新困难。
1.2 研究内容
工程验收工作的第一步是进行工程测量，采用先进的激光雷达技术来采集三维空间数据，一是高精度特点保证了竣工工程测量数据的准确性，二是三维坐标数据与影像数据同时获取。结合专业的三维点云自动建模技术，快速构建竣工建筑的三维模型。组建三维时态型数据库，结合内业数据处理，生成动态的地理信息元数据，将整个城市及历史装进数据库。结合3D GIS的相关技术方法，来辅助城市规划验收部门科学严格地进行建设项目的规划验收。
2 技术方法
2.1 激光雷达采集与建模技术
用站式激光扫描仪对竣工建筑进行外立面高精度扫描，获取了整个建筑的三维点云数据，再通过点云融合技术，集成车载、机载和站式激光点云数据，使用精细度的三维模型构建技术，精度达到厘米级，建立竣工建筑方案的高精度三维数字档案模型库，如图1所示。
2.2 数据更新技术
随着建设工程竣工，通过规划验收后，直接将方案更新到现状数据库，自动将原现状中对应的方案部分数据追加到历史库中，实现高效率的城市三维地理信息数据库更新维护，如图2所示。
2.3 图像识别对比技术
在进行建筑外立面或者房顶等部位的对比审查的时候，需要对比规划方案与竣工方案中的差别到底有多大，这时需要从三维系统中分别截取规划方案与竣工方案在同一个角度下的图像，然后对两张图像运用Zernike矩和相似度准则的图像比对算法进行像素级别的对比分析，标记出不同像素，同时计算图像差别百分数，图像整体亮度偏差像素值，图片偏差部位数目等，如图3所示。
按照竣工实测方案和规划三维模型的外包为圈分多个投影面进行误差对比计算，确保每个部件无死角的采集到图像，每个面的对比采用图像对比分析方法进行，然后将现状三维模型信息和规划三维模型信息分别投影到这个固定的面上，对形成的图像进行图像像素F（u，v）对比分析通过像素重叠度计算偏差，透明部分直接过滤，不参与像素对比分析，首先需获得Δ（u，v），计算公式为Δ（u，v）=Fj（u，v）-Fg（u，v），其中Fj（u，v）为现状三维模型信息投影到固定面上的图像在u行v列的颜色值，Fg（u，v）为规划三维模型信息投影到固定面上的图像在u行v列的颜色值，Δ（u，v）为现状三维模型信息与规划三维模型信息在u行v列的偏差值;
本文提出的利用3D GIS技术，能快速获取高精度的竣工项目的空间数据，建立城市三维地理信息动态元数据的自动更新机制，能快速审查出建筑立面、屋顶结构、道路、绿化、出入口、停车位等审查要素是否一致，在承办人员现场查验无法全面查看或现场查验完毕后记忆不深刻的部分，可以直接进行确认查看，保证承办人员对建设项目验收的每一部分都清楚明了，没有疑点，降低承办人员仅根据二维图纸资料成果办件有所偏差的风险。这套全新的方法补充了传统规划验收工作的缺漏。建立的城市海量数据更新机制，能源源不断地为三维数字城市建设输入新鲜血液，保持其现势性，为智慧城市建设打下坚实基础。同时，随着海量数据的更新，日积月累，形成比较全面的历史数据库，整个城市的发展过程都将被记录下来，日后必将成为城市历史复原保护等的宝贵资源财富。
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作者简介：李南江（1985.08-），男，汉族，湖北大冶人，软件项目经理，工程师，本科，研究方向：地理信息系统、三维数字城市;程良勇（1981.05-），男，汉族，湖北鄂州人，事业部经理，高级工程师，硕士，研究方向：地理信息系统、三维数字城市。
