三维地理信息模型建立规范

三维地理信息模型建立规范---三维地理信息模型建立规范一、总则1.1目的与意义为统一和规范三维地理信息模型（以下简称“三维模型”）的建立过程，确保模型数据的质量、一致性、可用性与共享性，提高模型建设的效率和成果的应用价值，特制定本规范。本规范旨在为各类三维地理信息工程的规划、设计、实施和管理提供技术指导，适用于城市规划、工程建设、自然资源管理、智慧市政、应急响应等多个领域的三维模型构建工作。1.2适用范围本规范规定了三维模型建立过程中涉及的数据采集与处理、模型构建、属性与纹理定义、质量检查、数据组织与提交等环节的基本要求和技术指标。凡从事与三维地理信息模型建设相关的单位和个人，在开展模型设计、生产、质检及成果管理时，均应遵循本规范。对于有特殊要求的项目，可在本规范基础上制定补充规定或实施细则。1.3规范性引用文件本规范的制定引用了国家及行业现行的相关法律法规、技术标准和规范。凡注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本规范；凡不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。1.4基本原则三维地理信息模型的建立应遵循以下基本原则：1.需求导向原则：模型的精度、详细程度、内容取舍等应充分满足具体应用场景和项目需求。2.数据真实性原则：模型应客观反映地理实体的空间位置、几何形态、纹理特征及相关属性信息。3.标准化原则：数据采集、模型构建、属性编码、文件命名、数据格式等应符合相关标准和本规范要求。4.高效经济原则：在满足质量和需求的前提下，应选择经济可行、效率较高的技术方法和工艺流程。5.可扩展性与兼容性原则：模型数据应具有良好的结构，便于更新、维护、扩展，并能与主流的地理信息系统平台兼容。二、术语和定义2.1三维地理信息模型(3DGeographicInformationModel)通过计算机技术，对地球表面及地表上下一定范围内的自然地理实体和人工建（构）筑物等进行三维数字化表达，包含其空间位置、几何形态、纹理信息及专题属性的模型总和。2.2地形模型(TerrainModel)表征地球表面形态（地貌）的三维模型，通常通过栅格或不规则三角网等方式构建。2.3地物模型(FeatureModel)表征地表人工建（构）筑物、自然地物（如树木、水系等）的三维模型。2.4纹理(Texture)附加在三维模型表面，用于增强模型真实感的图像数据。2.5LOD(LevelofDetail)细节层次，指根据模型的重要性、观察距离或应用需求，对模型的几何复杂度和纹理精细度进行分级表达的技术。2.6空间参考系(SpatialReferenceSystem)用于定义地理实体在地球上位置的坐标系，包括平面坐标系和高程系。三、数据采集与处理3.1数据源类型三维地理信息模型的数据源应根据项目需求和现有条件综合选择，主要包括：1.影像数据：航空影像、卫星影像、倾斜摄影影像、近景摄影影像等。2.点云数据：激光雷达（LiDAR）点云、摄影测量密集匹配点云等。3.矢量数据：现有二维GIS矢量数据（如地形图数据、规划数据、地籍数据等）。4.高程数据：数字高程模型（DEM）、等高线数据、特征点高程数据等。5.属性数据：与地物相关的名称、类别、用途、建成年代、高度等专题信息。6.已有模型数据：符合精度要求的现有三维模型。3.2数据采集要求1.空间参考系：所有采集数据应采用统一的、符合国家或地方标准的空间参考系。若需转换，应保证转换精度。2.精度要求：数据采集精度（平面、高程）应满足项目对模型几何精度的要求，并进行必要的精度评估。3.完整性要求：数据源应覆盖建模区域，确保地物要素的完整性。4.时效性要求：数据源应尽可能反映当前地物的实际状况，对于变化较快的区域应及时更新。5.影像质量：影像数据应清晰、色彩均衡、无明显噪声和变形，确保纹理信息的可用性。6.点云质量：点云数据应具有足够的点密度和分布均匀性，噪声点少，分类信息准确（若有）。3.3数据预处理采集的原始数据在用于建模前需进行预处理，主要工作包括：1.影像预处理：畸变差校正、大气校正、几何精校正、影像配准、镶嵌、匀色等。2.点云预处理：坐标转换、去噪、滤波、分类、抽稀、拼接等。3.矢量数据处理：格式转换、坐标转换、拓扑检查与修复、属性整理等。4.数据融合：不同类型、不同时相数据间的配准与融合处理，确保数据一致性。四、三维模型构建4.1总体要求模型构建应遵循“先整体后局部，先框架后细节”的原则，确保模型的空间位置准确、几何形态合理、纹理真实清晰、属性信息完整。4.2地形模型构建1.模型类型：可采用不规则三角网（TIN）或栅格（如DEM）模型。TIN模型能更好地表达地形细节，DEM模型便于计算和分析。2.构建方法：基于高程点、等高线、点云数据等进行内插生成。对于复杂地形区域，应充分利用特征线（如山脊线、山谷线）数据。3.精度控制：地形模型的高程中误差应符合项目要求，与周边地物模型应自然衔接。4.细节表达：应能反映建模区域内主要的地貌特征，如山峰、谷地、坡坎等。4.3地物模型构建4.3.1一般规定1.分类编码：地物模型应进行分类，并采用统一的编码体系。分类宜参考相关国家标准或行业标准。2.LOD划分：根据模型的重要性、可见性及应用场景，合理划分LOD等级。不同LOD等级的模型在几何复杂度、纹理精度上应有明确差异。3.几何表达：模型应准确反映地物的外部轮廓和主要结构特征。对于有特殊要求的地物，还需表达内部结构。4.3.2不同类型地物建模要点1.建筑物：*应准确表达建筑物的平面位置、轮廓形状、高度、层数、坡屋顶形式、阳台、雨棚、门廊等主要结构和附属设施。*对于重要或标志性建筑物，应精细建模，反映其立面细节、材质特征。*建筑底部应与地形或地面模型正确衔接。2.道路与交通设施：*道路模型应表达道路中线、边线、车道线、隔离带、人行道、路缘石等。*桥梁、隧道、涵洞等应与道路模型平滑连接，并表达其基本结构。*交通标志、路灯等小型交通设施可根据LOD等级决定是否建模或采用Billboard等简化方式。3.水系模型：*河流、湖泊、水库等水系模型应表达其边界、水面形态。*可根据需要表达水底地形、堤坝、码头等附属设施。4.植被模型：*大面积植被可采用区域贴花或规则排列的简化模型表示。*重要区域或标志性树木宜采用精细模型或具有真实感的三维单体模型。*植被模型应与地形和周边环境协调。5.其他地物：如管线、电力线、围墙、栏杆等，应根据其重要性和项目需求进行建模，确保表达准确、合理。4.4模型LOD划分与应用1.LOD等级定义：应明确定义各LOD等级的几何精度、纹理分辨率、细节特征取舍标准。例如：*LOD0：可忽略或用简单几何体（如方块）示意。*LOD1：具有正确的平面位置和高度的块状模型，无细节结构。*LOD2：具有基本轮廓和主要结构（如阳台、门洞）的模型，纹理为简单颜色或分块纹理。*LOD3：具有详细几何结构和真实纹理的模型，能反映主要立面细节。*LOD4：高度精细的模型，包含内部结构、精细装饰等。2.LOD应用策略：根据可视化距离、场景复杂度、硬件性能等动态选择合适的LOD等级进行渲染，以平衡显示效果和性能。五、模型属性与纹理5.1属性定义与赋值1.基本属性：所有模型应包含唯一标识符、名称、类别、几何中心点坐标等基本属性。2.专题属性：根据应用需求，为模型赋予相应的专题属性，如建筑物的用途、层数、建筑面积、权属单位；道路的等级、宽度、材质等。3.属性数据结构：应设计合理的属性数据结构，确保数据的规范性和可扩展性。属性值应准确、完整。5.2纹理采集与制作1.纹理来源：优先采用实地拍摄的数码照片、倾斜摄影影像或具有真实感的航空影像。2.纹理要求：*真实性：纹理应能真实反映地物表面的颜色、材质和细节特征。*清晰度：纹理图像应清晰，无明显模糊、变形、噪声或色彩偏差。*光照一致性：同一地物或相邻地物的纹理光照方向应尽量一致，避免出现明显光影跳跃。*分辨率：纹理分辨率应与模型LOD等级相匹配，避免过度冗余或细节不足。3.纹理映射：*纹理应准确贴合模型表面，无拉伸、扭曲、错位现象。*纹理接缝应自然过渡，无明显拼接痕迹。*对于对称或重复的纹理，可采用纹理映射技巧提高效率。六、模型质量检查与验收6.1质量检查内容三维地理信息模型的质量检查应贯穿于建模的全过程，主要包括以下方面：1.几何精度检查：*模型平面位置、高程与实际地物的符合性。*模型与模型、模型与地形之间的空间关系正确性，有无重叠、裂缝、悬空等现象。2.几何完整性与规范性检查：*建模范围是否完整覆盖。*地物要素是否齐全，有无遗漏。*模型几何结构是否合理，有无冗余面、非流形几何等问题。*模型命名、分类编码是否符合规范。3.纹理质量检查：*纹理清晰度、色彩真实性、光照一致性。*纹理映射的准确性，有无拉伸、错位、接缝明显等问题。*纹理文件格式、大小是否符合要求。4.属性质量检查：*属性数据的完整性、准确性、一致性。*属性字段定义是否符合规范。5.性能检查：*模型文件大小、多边形数量等是否在合理范围，能否满足应用系统的加载、漫游、查询等性能要求。*LOD切换是否平滑自然。6.空间参考系检查：模型空间参考系是否正确、统一。6.2检查方法1.人工检查：对模型的几何形态、纹理效果、属性完整性等进行目视检查和抽样详查。2.计算机自动检查：利用专业软件或自定义脚本对模型的拓扑结构、属性逻辑、文件格式等进行批量检查。3.对比检查：将模型与原始数据源（如影像、点云、设计图纸）进行叠加对比，验证模型的准确性。4.实测检查：对重要地物或有疑问的模型，可采用实地测量数据进行精度验证。6.3验收标准与流程1.验收标准：应根据项目具体要求和本规范制定详细的验收指标和合格标准。2.验收流程：一般包括生产单位自检、监理单位（若有）抽检、建设单位组织验收等环节。验收通过后应签署验收文件。七、数据组织与成果提交7.1数据组织1.文件命名：模型文件、纹理文件、属性文件等应有统一、规范的命名规则，包含必要的信息如区域、类别、LOD等级等。2.目录结构：应设计清晰合理的目录结构，按数据类型、区域、LOD等级等对文件进行组织管理。3.元数据：应提供完整的元数据信息，包括项目基本信息、数据源信息、模型生产信息、质量信息、空间参考信息、数据更新信息等。7.2成果提交内容提交的三维地理信息模型成果应包括：1.三维模型数据：按规定格式存储的地形模型数据和地物模型数据。2.纹理数据：所有用于模型的纹理图像文件。3.属性数据：模型的属性数据表或关联的数据库文件。4.元数据文件：符合相关标准的元数据文档。5.质量检查报告：详细记录质量检查过程、结果及处理意见。6.技术文档：包括模型生产技术方案、数据处理说明、模型构建说明等。7.其他资料：如必要的原始数据源、