醴陵市三维仿真及规划辅助决策系统三维建模计划书0905.docx
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醴陵市三维仿真及规划辅助决策系统三维建模计划书0905
醴陵市三维仿真及规划辅助决策系统
三维建模计划书
湖南省第一测绘院
2014.9
目录
1.概述1
1.1.建设背景1
1.2.醴陵市情1
1.3.项目建设内容4
2.支撑环境建设4
2.1.已有计算机硬件4
2.2.已有网络设备4
2.3.已有软件资源5
3.三维服务平台与规划辅助决策应用系统5
3.1.国内外常见三维地理信息系统平台5
3.2.选择三维平台时考虑的因素6
3.3.三维平台与规划辅助决策应用系统的功能要求6
4.三维建模7
4.1.三维建模工作内容7
4.2.已有测绘成果资料8
4.3.技术路线9
4.4.先进技术的辅助应用10
4.5.三维模型制作建议12
4.5.1.严格按标准规范生产三维模型数据12
4.5.2.三维模型数据合理分层分组13
4.5.3.统一三维模型数据的编码规则13
4.5.4.三维模型数据的其他约定14
4.5.5.统一划分建模单元14
4.5.6.统一命名规则15
4.5.7.统一文件存储16
4.6.三维平台对模型数据的要求16
4.6.1.三维模型数据的一般要求17
4.6.2.多平台集成对海量数据支持要求18
4.6.3.多平台集成对模型贴图的要求19
5.人员与设备21
5.1.管理人员与技术人员计划21
5.2.拟投入本项目主要仪器设备一览表22
6.三维模型数据检查与验收23
6.1.质量目标24
6.2.数据质量控制24
6.2.1.底图数据的比对及处理24
6.2.2.模型制作及贴图质量控制25
6.2.3.地形数据质量控制25
6.2.4.地形模型质量25
6.2.5.后期处理26
6.3.验收要求26
6.4.验收依据26
6.5.成果验收标准27
6.5.1.文档验收标准27
6.5.2.三维模型数据验收标准27
6.5.3.纹理数据验收标准29
7.上交资料33
8.项目工期33
9.经费预算35
9.1.经费预算分项列表35
9.2.经费预算说明36
9.2.1.数据基础设施36
9.2.2.三维服务平台与规划辅助决策应用系统38
9.2.3.支撑环境软硬件设施38
9.2.4.系统设计与集成38
醴陵市三维仿真及规划辅助决策系统
三维建模计划书
1.概述
1.1.建设背景
随着地理信息技术的不断发展，各地城市规划部门相继建立了一些基于二维地理信息技术的城市规划审批和辅助决策系统，这些二维规划管理信息系统为规划审批和政府决策起到了良好的促进作用。
但二维地理信息技术只能在一个平面的维度用简单的点、线、面符号来表现城市要素，是对现实世界的抽象化表达，用户体验欠佳，普通人识图困难，影响用户的使用和决策支持，在信息完整性、视觉直观性上具有较大的局限性。
近几年三维虚拟现实技术和3DGIS的发展走向成熟，为城市规划工作的三维立体化应用提供了坚实的技术支撑。
近年来，在一些三维规划软件公司和各地规划局的研究实践中，逐渐发展成熟了城市三维仿真及城市规划辅助决策系统。
城市三维仿真及城市规划辅助决策系统是借助于三维GIS、遥感等信息技术，通过建立空间数据库，将城市赖以生存和发展的各种基础设施以数字化、网络化的形式进行综合集成管理，从而实现城市规划过程中的三维可视化管理等功能的信息系统。
随着城市规划三维可视化需求的日益增加，建设醴陵市城市三维仿真及城市规划辅助决策系统，对改变传统城市规划模式，促进城市合理规划，实现城市可持续性发展具有重要的意义。
1.2.醴陵市情
醴陵市是湖南省县级市，属株洲市管辖。
醴陵位于湖南省东部，东为江西省萍乡市湘东区、上栗县，北靠湖南省内浏阳市，西接株洲市区以及株洲县，南为攸县。
醴陵市辖26个乡镇、4个街道办事处、1个经济开发区，总面积2157平方公里，总人口105万。
截至2013年底，醴陵市辖4个街道、18个镇、8个乡、1个经济开发区、1个示范区：
阳三街道、西山街道、黄泥坳街道、来龙门街道、南桥镇、富里镇、白兔潭镇、浦口镇、王坊镇、王仙镇、东富镇、泗汾镇、沈潭镇、船湾镇、大障镇、贺家桥镇、栗山坝镇、神福港镇、均楚镇、石亭镇、仙霞镇、黄獭嘴镇、东堡乡、孙家湾乡、清水江乡、嘉树乡、板杉乡、新阳乡、官庄乡、枫林市乡、醴陵经济技术开发区、长庆示范区。
2012年，醴陵县域经济基本竞争力位列中国第94位，稳居全省四强。
醴陵市实现GDP395.3亿元，增长12.6%；完成财政总收入36.3亿元，增长27.7%，其中地方财政收入26亿元，增长32.1%；城镇居民人均可支配收入、农民人均纯收入达24771元、13347元，分别增长13.6%、17.1%。
醴陵盛产陶瓷、花炮，是世界釉下五彩瓷原产地、中国“国瓷”、“红官窑”所在地和花炮祖师李畋故里，是“中国陶瓷历史文化名城”和“中国花炮之都”之一。
综合实力位居湖南省县域前五强。
醴陵市境内有浙赣铁路横贯东西，醴茶铁路连通南北，距江南最大的货运编组站株洲北站仅40公里，在建中的沪昆高速铁路在境内设有醴陵北站。
醴陵市境内的重要公路干线有上瑞（沪昆）高速公路、平汝高速公路、106国道、320国道等。
醴陵市区距长沙黄花国际机场约90公里。
醴陵市位于湖南东部，罗霄山脉北段西沿，湘江支流渌水流域，紧邻长沙、株洲、湘潭“金三角”经济区。
地貌以山地、丘陵和岗地为主，平原占16%，水域占5%。
境内江河交织，均属湘江水系。
主要河流有渌水、昭陵河和涧江，水利资源蕴藏量为87462千瓦，地下水量16.3亿立方米。
市内共有大中小型水库193座。
醴陵市境属亚热带季风气候。
年均气温18℃左右，年平均无霜期288天左右，年平均日照1500至1910小时，年平均降水量在1300至1600毫米之间。
植物资源丰富，具备粮食作物、经济作物和林木生长的良好自然条件。
瓷土、陶土、耐火泥、石灰石、沙石等非金属矿产和铅、锌等金属矿产蕴藏丰富。
已发现的矿种有铀、金、银、铁、锰、铅、锌、煤、石灰石、瓷泥等23种，矿产地117处，其中大型矿床1处，中型矿床6处。
醴陵拥有渌江书院、渌江桥、宋名臣祠、醴泉井、状元洲、文笔峰及日本佛教曹洞宗发源地云岩寺等人文古迹。
还有仙岳山、西山、官庄水库、醴泉井、寨子岭等自然景观。
渌江书院，位于湖南株洲醴陵市，始建于宋淳熙二年（1175），它三面环山，面向渌水，占地近7000平方米，渌江书院早年从东正街青云山下迁至西山，宋明皆为学宫，清乾隆十八年（1753年）正式命名渌江书院。
李立三、程潜、陈明仁、左权等都曾在这里求学。
渌江桥，建桥至今已有800多年的历史，为交通要津。
渌江桥仍以其独特的地理位置成为醴陵城南北交通的咽喉。
渌江桥建于南宋乾道年间早中期。
此后的800年间，毁于水14次，毁于火5次，毁于兵4次；宋修2次，元修1次，明修7次，清修13次，民国时修1次。
渌江桥作为一座古桥具有三大特色：
其一，桥的跨度大，是湖南省境内保存最好、跨度最大的石拱桥；其二，有保存完整的名人所题桥名桥碑；其三，文字史料详实，从明代至民国的《渌江桥记》就有十一种之多。
1996年，湖南省人民政府将其公布为省级文物保护单位。
2012年，醴陵市申请专利789件，其中发明专利74件；授权专利594件。
科技计划项目立项申请34项，科学技术本级支出3590万元。
年末拥有高新技术企业32家，实现高新技术产品产值62.17亿元。
截止到2011年，醴陵市共有中学55所，小学190所。
醴陵没有大学，醴陵市陶瓷烟花职业技术学校是唯一一所公办职业学校，中学以醴陵一中知名度最高，醴陵二中以淳朴的学风，踏实的办学特色备受瞩目，醴陵四中以艺体特长生闻名于醴，一、二、四中均为湖南省示范性高级中学。
1.3.项目建设内容
城市三维仿真及规划辅助决策系统，是基于面向服务的现代网络架构，以三维地理信息系统为基础，支撑城市或规划局各个部门的应用而建立的大型空间数据交换与共享平台。
项目的建设内容主要包括三块内容：
1、支撑环境建设；
2、三维地理信息服务平台与规划辅助决策应用系统；
3、数据基础设施：
本次数据基础设施的重点是城市三维模型，先建成城区50平方公里的三维模型。
2.支撑环境建设
支撑环境指系统运行必要的计算机系统硬件、软件、网络和环境等。
为了有效支撑三维地理信息数据交换和共享平台，需要开展机房、软硬件设备、网络以及数据安全等方面的建设，如配置操作系统、GIS软件、数据库管理软件、防病毒软件、数据及网络安全设备、图形工作站、服务器、绘图仪等设备，同时也需要建立标准的网络机房以及与之相配套的高效网络配置。
支撑环境建设宜充分利用现有网络和硬件设施。
2.1.已有计算机硬件
收集分析现有桌面计算机、服务器、存储设备数量和配置情况。
2.2.已有网络设备
收集分析当前已有政务网络、办公网络的连通、速率情况。
一个典型的政务网络结构示例如下：
2.3.已有软件资源
包括现有操作系统、GIS软件、数据库管理软件、其它相关管理软件等。
3.三维服务平台与规划辅助决策应用系统
3.1.国内外常见三维地理信息系统平台
目前常用的三维平台国外的主要有SKYLINE、GoogleEarth、ERSIArcGloble、NASAWorldWind、OpenScales、VirtualEarth等，国内的主要有伟景行CityMaker、超图SuperMapGIS7C、国遥新天地EV-Globe、武大吉奥GeoGlobe、杭州阿拉丁AlaGIS、北京灵图VRMap等。
3.2.选择三维平台时考虑的因素
1、节约
能充分利用现有计算机软硬设备，合理化的使用现有各种网络资源。
2、可靠
选用成熟可靠的技术，选择可靠性与稳定性高的基础平台，确保系统具有较高的性能指标，充分实现海量城市三维数据的调度、管理与实时渲染、支持城市三维场景数据的通用数据库管理、同时支持政务内网和互联网访问等等这些核心功能，达到国内技术领先的水平。
3、易用
系统易操作、易理解、易控制。
人机界面简单、统一、友好；指令简单、准确、无异议。
结果直观，便于专业人员使用，能够提高系统平台管理工作的效率。
4、开放
系统采用的信息分类编码、网络通信协议和数据接口标准必须严格执行国家相关标准和行业相关标准。
系统在处理能力、数据存储容量、网络技术和数据接口等方面具有良好的互操作性和可扩展性，保证数据的可持续利用和应用功能的可持续发展。
5、安全
基础地理数据和规划数据都属于国家保密数据，必须保证数据的安全和系统的安全。
对软件各个功能的数据备份和授权体系要有稳妥的设计，保证城市数据的安全。
建立分级用户权限管理，充分保证系统的安全性与保密性。
6、易扩展
系统的软硬件应具有扩充升级的余地，能够适应网络及计算机技术的迅猛发展和需求的不断变化，使系统中的信息资源具有长期维护使用能力。
易扩展性同时保证二次开发，并且可以保证系统管理员或技术人员能及时便捷地改善系统的功能。
3.3.三维平台与规划辅助决策应用系统的功能要求
三维服务平台在服务器端集中管理三维空间数据服务，包括地形、影像、城市三维模型、二维矢量模型以及基于空间位置的信息数据。
提供数据源、数据服务多层级管理，支持数据源及数据服务的用户权限管理。
规划辅助决策应用系统实现在三维环境下的规划管理。
主要功能如下：
1、三维场景浏览；
2、面积、距离量算；
3、规划项目管理；
4、辅助规划审批功能；
5、规划方案调整、多个方案的比较；
6、日照模拟；
7、通视分析；
8、效果图输出等。
另需要软件模块进行三维数据的导入导出和更新维护。
4.三维建模
4.1.三维建模工作内容
三维模型数据是三维仿真规划辅助决策系统的基础，三维建模工作内容为制作城市现状三维模型，制作范围参照醴陵市二调城区范围，面积约50平方公里。
4.2.已有测绘成果资料
数据名称
比例尺级别/种类
面积/数量/生产时间
小比例尺
1:
10000数字线划图
1:
10000数字正射影像图
1:
10000数字高程模型
大比例尺
1：
2000数字线划图
1：
1000数字线划图
1：
500数字线划图
0.2米分辨率数字正射影像图
航测影像、空三成果资料
1：
500~1：
2000数字高程模型
其他数据
地名地址兴趣点数据
行政区划数据
以上资料为1980西安坐标系，中央子午线为，1985国家高程基准。
应用分析：
1：
500数字线划图可以用来确定建筑物、构筑物的基底位置和形状。
大比例尺航测影像、空三成果可以用来构建立体模型进行三维矢量采集，提取屋顶纹理等。
0.2米分辨率数字正射影像图也可用来提取屋顶纹理，结合1：
500~1：
2000数字高程模型可以生成建模区域的地形模型。
1:
10000数字正射影像图和1:
10000数字高程模型可以用来生成建模区域外的三维场景地形模型。
地名地址兴趣点数据可以用来在三维场景中标注地名和兴趣点名称。
行政区划数据可以用来划分行政区位置、统计分析参考边界等。
4.3.技术路线
现今主流三维模型生产的技术有三种，一是通过低空倾斜摄影加激光（或雷达）自动生成点云构建三维模型；此种方法优点是位置精度高，制作自动化程序高；缺点是需要进行机载LIDAR扫描，数据获取周期长，飞行困难，经费高。
二是通过高精度航拍的立体像对进行建模，并自动帖赋纹理；此种方法是成本较低、自动化程度高，但是模型效果欠佳，用户难以接受。
第三种是通过充分利用现有DLG数据、航摄影像、DEM、DOM等多种数据，并实地拍照进行纹理采集，最后利用3DMAX建模烘培合成。
该方法的缺点是自动化程度不高，需要投入大量人力，优点是制作精细，效果出色，成本中等，符合当前大多数人的认知。
考虑到醴陵市已有航摄影像和1：
500地形图数据，为节省成本，提高制作的精细度和整体效果，本项目采用第三种方式，主要工作流程如下：
4.4.先进技术的辅助应用
本项目要求基于航空数字摄影测量和已有DLG数据采集制作三维模型。
采用地面移动激光测量系统采集重点精细建模区域沿街的点云数据，进行沿街建筑侧立面、路灯、路牌、广告、栅栏、花坛、行树等地物的位置、高度、大小尺寸数据的提取和影像的获取，可以提高重点区域的模型精度。
可以依据1:
500地形图（dlg数据）进行调整并修改模型平面位置的精度，调整后的模型依据外业所拍照片资料，在3dsmax软件中，按照建筑模型的分级标准、表现指标，进行侧立面的结构细化及表面纹理粘贴。
数据采集设备使用加拿大Optech公司Lynx车载移动测量系统。
移动测量系统代表着当今最尖端的测绘科技，它是在机动车上装配POS系统（GPS卫星定位系统+IMU惯性测量单元+DMI+PCS）、激光扫描系统、CCD可量测影像系统、全景影像系统、存储控制系统等先进的传感器和设备，在车辆高速行进之中，快速采集道路及两旁地物的空间位置数据和属性数据，并同步存储在车载计算机中，经专门软件编辑处理，获得各种地理信息，形成各种有用的GIS数据成果，包括城市部件、路网电子地图、设施或POI（兴趣点）数据库等。
与传统测量方式不同的是，移动测量系统输出的数据成果既有矢量数据、属性数据，还有连续的可量测实景影像，除记录地物的属性外，可量测实景影像还完整地纪录了摄影时刻测区的环境信息以及经济、社会、人文信息。
移动测量系统的性能指标
测距能力
200m@20%目标反射率
脉冲发射频率
75-500kHz每个传感器头，2个
激光扫描转速
12000转/分
激光等级
IECClass1完全对人眼无害的安全等级
激光视场角
2个相互交织的传感器,每个有360º视角
回波信号采集
同步多次回波1、2、3+末次回波
数据存储
可插拔高速固态硬盘
系统控制
集成计算机与笔记本操作界面
IMU/DGPS系统
POS-LV520系统
高程精度
10cm
平面精度
10cm
测距分辨率
8mm
激光点云分辨率
小于10cm（10m距离,50公里时速）
相机组一
6CCD全景3000万像素
相机组二
2CCD，500万像素
移动测量作业流程图
4.5.三维模型制作建议
三维可视化技术的发展，使三维景观系统在城市规划、城市管理辅助决策中得到越来越广泛的应用，必须保证三维模型数据在数据更新、维护和数据共享等共用性的实现，才能使三维模型数据更加深入的应用，本项目为了保证三维数据的共用性，须遵循以下准则。
4.5.1.严格按标准规范生产三维模型数据
严格按标准生产三维模型数据是数据共享共用的基础，住建部在2010年发布了《城市三维建模技术规范》（CJJ/T157-2010），国家测绘地理信息局在2013年也发布了《三维地理信息模型生产规范》（CH/T9016-2012）和《三维地理信息模型数据产品规范》（CH/T9015-2012）（如与住建部相关规范冲突，以本规范为准（较新，设计更合理））。
这些标准从三维模型数据的基础数据来源、数学基础、模型组织、数据精度等多个方面进行了规定，确保了三维模型数据的一致性、可靠性和有效性，方便数据更新、维护和共享，以更好地推动三维仿真系统在城乡规划、建设管理、抢险救灾、应急指挥、文物保护、招商引资等方面的广泛应用。
4.5.2.三维模型数据合理分层分组
三维模型表现的地物对象种类繁多，如何有效组织和关系建立，既能体现地物要素本来的特征，又能反映不同类型地物之间的空间关系，方便模型数据管理和属性信息的连接，数据组织是三维模型支持系统应用功能开发的关键因素。
在表现三维仿真模型中，将同一类对象中的若干对象组织起来，形成一个组，若干小组通过连接组成一个大组，如：
若干建筑房屋对象组成一个房屋小组，若干房屋小组组成一个城市小区，在空间实体、空间关系分析和空间对象属性赋值中，既可以针对特定房屋小组，也可以针对城市小区，三维仿真应用系统开发建设就方便容易的多。
在二维地理信息中，是将不同的地物对象按要素特征的不同分为不同的地物层进行分层管理，如水系、道路、绿地、建筑物等，同样三维仿真模型的组织也需要建立不同的层来管理，只不过因为三维模型的数据来源和成果表现方式的不一样，三维模型的组织不完全照搬二维地理信息的组织方式，可以合并和重新定义三维模型图层，在三维地理信息系统中实现对三维空间图层编码、管理和维护。
4.5.3.统一三维模型数据的编码规则
在系统中表征地物对象三维模型，应该与现时空间实体一一对应的，为了便于管理，宜为三维模型中的每个实体赋予唯一的编码，这个唯一的编码规则既要体现在三维模型的属性赋值中，又要体现在三维模型以及对应的纹理文件命名中，编码组成要充分继承和利用现有规范中对二维空间的组织编码约定，这既是对二维地理信息的延续，也是从二维到三维的提高，同时为三维模型数据的科学存储、管理、更新和维护带来方便，是三维模型数据的可持续重复利用的关键。
4.5.4.三维模型数据的其他约定
为使三维模型数据符合要求，易于调用和表现，还应作如下约定：
a）定义三维模型空间参考系。
b）约定三维模型采用制图单位，以米为制图单位。
c）规范纹理图片的单位尺寸和文件格式，尽可能的压缩数据量，提高系统调用效率，如必须采用2的N次方，纹理图片的色彩模式应使用RGB，纹理格式应用jpg格式等。
d）约定模型精简和取舍原则，如表面突出达到1.0m的时候建议用模型来表现，在1.0m以下时可以用贴图来表现。
e）控制表征地物对象的面数量，避免无限制的表现，造成数据量快速膨胀，如一般模型可控制在500面以内，重要建筑控制在1500面以内等。
4.5.5.统一划分建模单元
1）单元划分原则
a）应以相对稳定和完整的自然地形地物为界，尽量保持边界的稳定性和地理要素几何上不被切割。
b）应与管理单元、行政区划界线统筹考虑。
c）应考虑建模单元历史、景观、生态等控制要素的相对完整。
d）建模单元应具有空间铺盖特征，既完整覆盖建模区域，又无交叉。
2）单元编码
a）三维模型建模单元宜按区[县]、管理单元、建模单元三级进行划分。
其中，管理单元可以是街道（乡、镇）等行政区域范围，也可以是规划管理的分区；建模单元宜以道路围合区域（如街坊）为单位（见下图）。
b）建模单元编码应由县级以上行政区划代码、乡镇级行政区域代码（管理单元）和行政村级行政区域代码（建模单元）三部分组成，并应符合下图的规定。
具体编码规则如下：
c）县级以上行政区划代码采用6位编码方式，应符合现行国家标准《中华人民共和国行政区划代码》GB/T2260的规定；
d）乡镇级行政区域代码采用3位编码方式，一般采用所在地区统一的街道（乡、镇）行政区域的代码；
e）行政村级行政区域代码采用2位编码方式，可按照醴陵市数字化地形地籍测量街道街坊编码规则进行划分。
e）同一行政区域，县级以上行政区域代码可省略。
4.5.6.统一命名规则
1）模型命名原则
模型命名原则如下：
a）命名规则应具有可扩充性；
b）所有模型及纹理的命名必须唯一；
c）模型名称与纹理名称应对应；
d）命名应准确、合理、简明；
e）名称可用字母、数字和下划线组合表示。
2）模型命名方法
模型命名方法如下：
a）三维模型命名由建模单元编码、模型类型、模型顺序号和表现等级四部分组成（见下图）；
b）建模单元编码应符合规范中模型单元编码的有关规定；
c）模型类型应按地形模型、建筑要素模型、交通要素模型、水系要素模型、植被要素模型、管线及地下空间设施要素模型和其他要素模型划分，可采用各类别名称的汉语拼音首字母缩写，也可采用英文缩写，长度2位；
d）模型顺序号应为各类地理要素的顺序编号，长度4位；
e）表现等级划分为四类，用英文字母a-d表示，分别对应I、II、III、IV级；
f）三维模型纹理命名，与模型名称相对应，可采用模型名加上顺序号的方式。
4.5.7.统一文件存储
成果提交文件夹组织严格遵守统一要求，统一管理提交。
例图如下图示：
图：
文件存储架构图
说明：
a）MODEL为存放模型文件的总目录，可用项目名称字母首字母缩写表示，如醴陵三维LLSW。
b）MODEL下XX目录，为采集建模单元编号文件夹。
c）采集建模单元编号文件夹下面存放按采集地块编号模型源文件、贴图纹理文件。
4.6.三维平台对模型数据的要求
三维模型数据有模型文件，也有纹理文件，文件类型多、数据量大，在平台中要将表现地物对象精度和合理控制数据规模统筹考虑，数据组织和结构设计要能支持海量三维数据的存储、管理，更新和维护。
已发布的三维模型数据生产标准从三维数据应用整体考虑，围绕各系统的共性特征，针对统一术语定义、统一设计与实施方法、统一体系结构、统一信息分类编码、统一数据交换格式等问题，提出一系列标准化的原则和具体要求，满足标准规范和遵循数据共用性生产原则的三维模型数据既满足仿真系统对高逼真的需要，同时也支持在不同的三维软件系统中定量、定性和空间关系分析，能够切实推进三维仿真深度应用，促进三维规划信息系统共享和集成。
4.6.1.三维模型数据的一般要求
三维平台对三维数据的格式支持也不一样，有的支持多种数据格式，有些只支持.X格式等，这些格式各有特点，要使三维模型数据畅通无阻地在多平台运行，应注意以下几点。
4.6.1.1.生产尽量采用.MAX数据格式
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