【学术】面向当前技术形势的实景三维建模测绘工程质检思考

#01

背景及现状

1.1 三维建模的技术进步

近些年来，倾斜摄影、自动化三维建模、超融合计算等软硬件技术不断发展和成熟，同时自然资源管理、新型智慧城市建设、新基建、新城建等也对大规模三维建设提出了强烈的需求，正如李德仁院士所说“实景三维产业已经具备充分的技术条件，且市场需求强烈，具备推进实景三维中国建设这类大型国家级工程的基础”，目前国内实景三维建设如火如荼，相关建设项目大量涌现。

传统三维建模技术的核心是“手工构建模型框架+拍照贴图”，其数据获取、生产过程以人工为主，例如建模用的基本比例尺地形图，其生产过程人工环节参与比例大，存在根据地物重要等级进行选择性测绘和人为综合取舍的情况；而纹理拍照也存在拍摄不全面，角度、光线差异大，以及相似纹理复用等问题。因此，传统三维建模成果质量的影响因素主要来自于人，不同人的作业水平、作业状态以及对建模工作的认知都会对成果产生较强的影响。

而目前的实景三维建模以“倾斜摄影快速统一获取数据+自动化三维建模”为主，源数据获取的时间、环境、参数指标统一，建模自动化程度高，部分环节之间还具备一定的相互检核性，虽然模型修整等工作还需要大量的人工参与，但是整体来看人工环节大幅减少、自动化程度较高。因此，新型三维建模技术路线“高自动化、低人工干预、高精度”的特点对成果质检方式、效率也提出了新的要求。

1.2 三维模型数据质检标准

针对实景三维模型的质检，国家层面仅有《三维地理信息模型数据产品质量检查与验收》（CH/T 9024-2014）进行了顶层设计。分析该标准，不难发现其对产品的单位成果定义、抽样方式、质量元素、检查方法等仍然是传统测绘成果质检模式在传统三维模型中的一次适应性设计，质量检查的关注点仍然是如何控制并检查传统测绘“以人为主”的作业模式产生的问题，对实景三维“高自动化、低人工干预、高精度”的新特点并没有很好的呼应。另一方面，在实践层面，虽然开展了大量的实景三维建设项目，但是对实景三维的质检也仍未产生统一的认识。笔者通过调研文献（详见附录），发现各城市的实景三维模型质检工作，不管是质量元素体系建设，还是数学精度的抽样质检等，均差别较大。

综上所述，三维建模技术的进步和质量检查方法之间存在着不小的差异，地方层面也尚未对实景三维模型质检形成统一的认识，实景三维的质量控制要素、质量评定仍然处在百花齐放、百家争鸣的状态。 

#02

实景三维模型质量检查思考

2.1 核心思想

通过以上分析，可以将实景三维模型的质量检查工作要点概括为：质检环节精准定位，质量因素精准控制、人工影响精准消除。

（1）质量环节精准定位

“二级检查、一级验收”不同环节应该有不同的定位，过程检查侧重对实景三维生产各工序成果的质量把控，而最终检查和验收则侧重对最终成果的质量评定。

（2）质量因素精准控制

不像传统测绘那样，多个环节都会对同一质量元素产生影响，实景三维的质量元素影响因素一般是集中在某个独立环节上。例如数学精度主要决定于自动建模阶段成果，而模型的表现精度则更多的受制于模型单体化阶段的生产过程。因此，针对工序质量把控的过程检查应该在不同阶段设置不同的质量控制要点，通过多环节不同质量元素的控制实现对最终成果整体质量的完整控制。

（3）人工影响精准消除

影响实景三维模型成果质量的因素主要在人工作业环节，例如像控测量、模型单体化、场景修整等。因此，质检的重点应该放在这些环节的工序成果上，对诸如像控数学精度、模型表现精度、场景表现效果、人工单体化质量等加强质检，以确保最终成果质量。

2.2 对于相关质检规定的思考

（1）单位成果

“单位成果”的定义是为实施检查与验收而划分的基本单位。不像传统测绘那样以“幅”“点”“景”作为单位成果定义，考虑实景三维建设的技术路线过程以及成果的应用场景，可考虑以空三分区或固定比例尺图幅作为单位成果的单位。

（2）过程检查

根据前述思考，过程检查侧重对各工序成果的质量控制，可以考虑将实景三维过程检查的基本要求规定为：对航空摄影、像控测量、空三加密、模型重建、模型修整、模型实体化、附件成果等工序成果的质量控制。工序可根据项目成果要求和技术路线的不同而有所区别。

（3）验收

根据实景三维模型的技术路线、成果特点，可将验收抽样规定调整为：按不同获取方式、不同场景复杂度、不同重要程度对模型进行分层，根据样本量，在各层内分别按各层在批成果中所占比例确定各层中应抽取的单位成果数量，并使用简单随机抽样法抽取样本。其中，获取方式可包括倾斜摄影、机载激光点云、地面扫描等；场景复杂度可根据测区情况分为：高层建筑物密集城市地区、一般建筑物城市地区、乡村地区、自然地貌地区；不同重要策划高难度可根据技术设计分为：重要地区、一般地区。

（4）抽样比例

抽样主要是针对涉及外业的检查项，以及验收对象。根据前述思考，对3个标准规范的涉及外业检查项及验收对象的抽样规定作出一定程度的修改，修改可按照如下原则进行：

◎针对倾斜摄影自动建模产品及由其导出的其他产品，考虑到人工干预比例低，生产过程呈现较强的自动化特点，故抽样比例可以设置的较小；

◎对于激光点云、像控、DEM、DOM（常规下视模式）等常规测绘产品，人工存在一定干预比例，故数学精度抽样比例设置的较大，例如过程检查针对像控点的数学精度可按10%抽样进行外业精度检查，最终检查和验收按3个标准规范中的样本量确定表执行；

◎对于mesh模型结构合理性、实体化模型结构精度、模型表现精度等人工干预比例较大的质量元素，可考虑将抽样比例设置为更大的比例，例如过程检查50%，最终检查30%，验收按3个标准规范的样本量确定表执行；

◎其他检查项均按全数检查执行。

#03

总结

通过对比分析传统三维建模技术和以倾斜摄影自动化建模为代表的实景三维建模技术之间的本质差异，对新型技术背景下实景三维质量框架的核心思想进行了深入的探讨。后续将根据以上思考，对实景三维过程检查、最终检查和验收的质量元素及权重、抽样比例、质量评定指标及方法进行探索实践。

#04

附录

[1]张桂英.倾斜摄影实景三维模型的检查验收方案探索.[J]经纬天地,2020.2：79-82.[2]汪雅婕.倾斜摄影实景三维模型成果质量检查与验收方法研究.[J]现代测绘,2020,43(4):15-18.[3]刘增良,陈思,陈品祥.城市倾斜摄影实景三维模型数据质量检查方法研究与实践.[J]测绘通报,2019.2:108-112.[4]赵雷,杨贵梅,袁翔东等.城市实景三维模型数据质量检查验收方法.[J]地矿测绘,2017,33(4)：17-21.[5]岳国栋,郑春雨,赵敏等.《测绘地理信息成果质量检查与验收第 4 部分:实景三维模型》中的关键技术.[J]测绘与空间地理信息,2019,42(11).248-252.[6]房丽秀.浅谈倾斜摄影和实景三维模型制作的检查.[J]测绘与空间地理信息,2018,41（3）:175-177.[7]段文华,许庆领.倾斜摄影实景三维模型的质量控制分析.[J]地理空间信息,2017.15(11):93-95.[8]张号,王炜,邓强等.倾斜摄影实景三维模型质量评价.[J]北京测绘,2020,34(1):56-60.[9]宫岩.实景三维模型数据质量检查验收方法.[J]电子政务电子商务,2020.1:43-47.[10]王丙涛,王继.基于倾斜摄影技术的三维建模生产与质量分析.[J]城市勘测,2015,5:80-82,85.[11]谭金石,黄正忠.基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估.[J]现代测绘,2015,38(5):21-24.[12]武娟,侯俊,郭昕.实景三维模型数据制作及精度评价.[J]新疆有色金属,2018,3:63-64,66.

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撰稿人：乔新 来源：青岛市海陆地理信息重点实验室 

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