作者：鄧雯婷

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一、項目背景

2015年國務(wù)院批復(fù)同意《全國基礎(chǔ)測繪中長期規(guī)劃綱要（2015-2030年）》，明確提出了“加快發(fā)展基礎(chǔ)測繪，形成新型基礎(chǔ)測繪體系”的要求，提出要“完善地理信息公共服務(wù)體系，創(chuàng)新產(chǎn)品形式、服務(wù)方式，擴(kuò)寬服務(wù)領(lǐng)域”。

交通是城市的“血管”，是城市社會經(jīng)濟(jì)活動最活躍的區(qū)域。上海作為新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè)研究的試點(diǎn)城市之一，提出了“智能化全息測繪”的解決方案。道路全息測繪作為“智能化全息測繪”的重要組成部分，是解決超大型城市道路交通“城市病”、城市現(xiàn)代化治理、無人駕駛等領(lǐng)域需求最迫切、技術(shù)相對成熟的全息測繪。本文主要探討的是FME在道路全要素實(shí)景建模中的應(yīng)用。

二、問題分析

道路全息測繪的目標(biāo)是在傳統(tǒng)基礎(chǔ)測繪基礎(chǔ)上，進(jìn)一步豐富和完善道路相關(guān)的地理空間要素的種類，并補(bǔ)充城市管理等應(yīng)用所需的自然屬性和社會屬性，以“應(yīng)采盡采”為原則，形成道路全息測繪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。道路全息測繪的采集手段是以車載三維激光掃描測量方式為主、其他技術(shù)手段為輔，在數(shù)據(jù)處理過程中通過深度學(xué)習(xí)等AI技術(shù)自動、半自動化提取矢量數(shù)據(jù)，最終形成全空間一體化的結(jié)構(gòu)化道路全息地理信息產(chǎn)品。

道路全息測繪的數(shù)據(jù)采集與處理簡化流程如圖1所示。道路全要素實(shí)景模型的數(shù)據(jù)源包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)、全景影像、全要素地形數(shù)據(jù)、外業(yè)調(diào)繪補(bǔ)測照片等，基于以上數(shù)據(jù)源，通過建模軟件（3ds Max）進(jìn)行道路全要素實(shí)景模型制作。

在利用3ds Max進(jìn)行建模的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)在某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)，存在大量重復(fù)性操作。FME作為一款基于語義轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理工具，在數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)批量處理方面具有顯著優(yōu)勢，筆者認(rèn)為利用FME可以在道路全要素實(shí)景模型制作過程中減少人工干預(yù)、提高生產(chǎn)效率。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖1. 道路全息測繪數(shù)據(jù)采集與處理流程

目前筆者已識別的可優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)包括：

1）地面模型制作

2）道路交通標(biāo)線模型制作

3）停車位模型制作

筆者將圍繞這三個具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)，研究FME在道路全要素實(shí)景模型生產(chǎn)中的應(yīng)用，通過研究達(dá)到提升三維建模數(shù)據(jù)質(zhì)量、降低人工干預(yù)程度、提高數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率的目標(biāo)。

本次采用的生產(chǎn)環(huán)境，操作系統(tǒng)為Windows 10 64位，FME版本為FME 2020.1.2.0 WIN 64，其他相關(guān)軟件包括ArcMap10.6.1，AutoCAD 2018，3ds Max 2018等。

三、解決方案

3.1 地面模型制作

地面模型應(yīng)真實(shí)反映道路面及人行道的地面起伏情況，其中道路面的主要數(shù)據(jù)源包括道路上的散點(diǎn)標(biāo)高、道路邊線、道路交通標(biāo)線、路面上各種箭頭等，數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲于“road.dwg”文件中，人行道的主要數(shù)據(jù)源包括地類界、道路邊線、盲道中心線等，數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲于“sidewalk.dwg”文件中。道路全要素實(shí)體模型有單體化建模的需求，道路面與人行道都必須進(jìn)行單體化操作。具體分為路口、機(jī)動車道、非機(jī)動車道，人行道，其具體范圍存儲于“clip_boundary.shp”文件中。原作業(yè)方式是利用ArcGIS中Create TIN，Edit TIN，Tin Triangle等工具，依次輸出單體化的DWG文件，并依次導(dǎo)入3ds Max軟件轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形并進(jìn)行貼圖操作。

筆者認(rèn)為上述操作，可以有兩種方式進(jìn)行優(yōu)化：第一，是利用ArcPy制作自定義腳本工具，在ArcMap環(huán)境下實(shí)現(xiàn)流程化處理；第二，是制作FME模板，利用FME中TINGenerator與Clipper處理器，實(shí)現(xiàn)地面模型制作的自動化處理。筆者使用第二種方法制作的FME模板如圖2所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖2. 地面模型制作模板

其中，對CAD數(shù)據(jù)的讀取采用如圖3所示設(shè)置，依據(jù)幾何類型讀取CAD文件。對于road.dwg文件來說存儲了地面高程信息的幾何類型包括text，lines，polygons，其中text主要為地面散點(diǎn)標(biāo)高，lines為地面標(biāo)線，polygons為人形橫道線或地面標(biāo)志箭頭等。對于sidewalk.dwg文件來說存儲了地面高程信息的幾何類型為lines，主要為道路邊線或盲道中心線等。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖3. CAD數(shù)據(jù)讀取參數(shù)設(shè)置

利用上述模板生成的地面模型的CAD成果，以及導(dǎo)入3ds Max軟件，通過“焊接”頂點(diǎn)、轉(zhuǎn)換為“可編輯多邊形”、以及貼圖和命名操作后，在3ds Max中的展示效果如圖4所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖4. 地面模型制作效果圖

3.2 道路交通標(biāo)線模型制作

道路交通標(biāo)線主要是指在道路路面上用線條、箭頭等向交通參與者傳遞引導(dǎo)、限制、警告等交通信息的標(biāo)識，這里特指路面上的線條，包括不同寬度的白色或黃色的實(shí)線或虛線。道路交通標(biāo)線模型需要按照道路全要素地形圖采集的高度、寬度、顏色與走向，利用建模軟件生產(chǎn)相應(yīng)的模型。全要素地形圖采集了道路標(biāo)線的中心線，建模時需要依據(jù)實(shí)地寬度和標(biāo)線顏色進(jìn)行模型制作，不能出現(xiàn)標(biāo)線寬度、顏色與實(shí)地不符的情況，而且要考慮地面模型的起伏情況，不能出現(xiàn)標(biāo)線被地面模型遮擋的情況。全要素地形數(shù)據(jù)、全景影像數(shù)據(jù)與全要素實(shí)景模型中道路交通標(biāo)線形式如圖5所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖5. 道路交通標(biāo)線示意圖

為了實(shí)現(xiàn)道路交通標(biāo)線的自動化建模，需要從兩方面入手：第一，數(shù)據(jù)源要屬性完備、信息準(zhǔn)確，能包含標(biāo)線高度、寬度、顏色、線型等必要信息；第二，FME模板要盡量減少人工干預(yù)，且能處理地面標(biāo)線被地面模型遮擋的特殊情況。道路標(biāo)線模型制作的FME模板如圖6所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖6. 道路交通標(biāo)線模型制作模板

模型運(yùn)行時的參數(shù)設(shè)置如圖7所示，其中的標(biāo)線線寬為15cm，路面文件指向的是地面模型制作的成果JD.dwg，FJD.dwg和LK.dwg文件，該模型使用SurfaceDraper處理器重新計算地面標(biāo)線的高程，避免地面標(biāo)線發(fā)生被地面模型遮擋的情況。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖7. 道路交通標(biāo)線模型運(yùn)行參數(shù)界面

在模型中有個關(guān)鍵環(huán)節(jié)是對地面標(biāo)線數(shù)據(jù)的預(yù)處理，本文使用AttributeManager處理器將標(biāo)線高度與寬度等屬性進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，然后使用Buffer處理器，依據(jù)輸入的線寬生成道路交通標(biāo)線多邊形，AttributeManager處理器的參數(shù)設(shè)置如圖8所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖8. AttributeManager處理器參數(shù)設(shè)置

3.3 停車位模型制作

停車位標(biāo)線也是一種道路交通標(biāo)線，但由于數(shù)據(jù)采集和制作流程，停車位標(biāo)線的采集方法與其他地面標(biāo)線稍有不同，主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，前面介紹的比如停止線、車道分隔線、人行橫道線等采集的是中心線，但停車位采集的是外邊框，在進(jìn)行模型制作時需要向內(nèi)擠壓一定的寬度，并根據(jù)實(shí)際情況指定貼圖。第二、停止線、車道分割線、人行橫道線等都是地面模型構(gòu)面的數(shù)據(jù)源，所以在地形起伏上高度差距不大，只需進(jìn)行微調(diào)就能符合模型生產(chǎn)要求，但停車位采集的高程與地面模型的高程吻合度比較低，需要的人工干預(yù)比較多，嚴(yán)重影響了模型生產(chǎn)效率。基于上述情況，筆者設(shè)計了如圖9所示FME模板。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖9. 停車位模型制作模板

模型運(yùn)行時的參數(shù)設(shè)置如圖10所示，其中的停車位的線寬統(tǒng)一為10cm，路面TIN文件指向的是地面模型制作的成果JD.dwg，FJD.dwg和LK.dwg文件，人行道TIN文件指向的是地面模型制作的成果RX.dwg文件，輸出文件為parking.dwg，路面停車位模型存儲于road_parking圖層，人行道停車位模型存儲于sidewalk_parking圖層。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖10. 停車位模型運(yùn)行參數(shù)界面

對于停車位數(shù)據(jù)采集的是外邊框，在進(jìn)行模型制作時需要向內(nèi)擠壓一定的寬度的情況，筆者首先讀取停車位外邊框多邊形A，使用Bufferer處理器向內(nèi)生成緩沖區(qū)B，使用Clipper處理器剪切后，得到停車位模型在平面的投影多邊形，然后使用SurfaceDraper處理器重新計算停車位模型每個節(jié)點(diǎn)的高程，提高模型與地形起伏的吻合度。

利用上述模板生成的停車位模型的CAD成果疊加地面模型在ArcScene中的展示效果如圖11所示，可以看到停車位模型和地面起伏情況還是比較契合的，導(dǎo)入3ds Max中，可以減少對停車位節(jié)點(diǎn)高度的人工調(diào)整。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖11. 停車位模型制作效果圖

四、結(jié)語

FME作為一套完整的空間ETL解決方案，以圖形化的用戶界面和拖拽式的使用方式，讓數(shù)據(jù)處理想搭積木一樣的方便、簡單、有趣。自從接觸到FME以后，感覺在數(shù)據(jù)處理方面把我從程序開發(fā)的泥潭中解救出來，數(shù)據(jù)處理變得不那么枯燥，而是一件特別有趣的事情。雖然我對FME的認(rèn)識還比較淺顯，但它就像一個得心應(yīng)手的小工具，在平時的工作中幫我解決了很多問題。線上多種交流形式，比如博客、技術(shù)群、公眾號等讓也我可以獲取更多資訊，并能不斷在新的領(lǐng)域用FME進(jìn)行新的嘗試。

這篇博客也是如此，以前我主要時用FME進(jìn)行二維數(shù)據(jù)的分析處理，這次試著用FME解決三維自動建模方面的問題，雖然沒有形成完整的技術(shù)路線，但的確在工作中解決了實(shí)際問題，利用3ds Max進(jìn)行道路全要素實(shí)景模型制作的生產(chǎn)效率得到顯著提高，后續(xù)希望能和其他小伙伴多交流，進(jìn)一步提高道路全要素實(shí)景模型建模的自動化程度。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的2021FME博客大赛 —— FME在道路实景建模中的应用研究的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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