数字孪生流域数据底板地理空间数据规范(试行)20221214.pdf
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数字孪生流域数据底板数字孪生流域数据底板地理空间数据规范地理空间数据规范(试行试行)2022年11月I目次1范围.12规范性引用文件.13术语与定义.14缩略语.15基本规定.25.1数据分类.25.2数据分级.25.3时空基准.25.4数据安全.26技术指标与规格.26.1DOM数据.26.2DEM/DSM数据.56.3倾斜摄影模型数据.76.4激光点云模型数据.106.5水下地形数据.116.6BIM数据.157成果目录服务.177.1成果目录.177.2成果共享.188附录.19附录A.19附录B.23附录C.27附录D.30附录E.33附录F.38附录G.40参考文献.421数字孪生流域数据底板地理空间数据规范1范围本文件规定了数字孪生流域数据底板地理空间数据的分级分类、时空基准、技术指标与规格、数据目录服务。
本文件规定的地理空间数据范围根据数字孪生流域建设技术大纲(试行)数字孪生水网建设技术导则(试行)和数字孪生水利工程建设技术导则(试行)确定。
本文件适用于数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生水利工程数据底板地理空间数据建设。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T13989国家基本比例尺地形图分幅和编号GB/T37151基于地形图标准分幅的遥感影像产品规范GB/T39608基础地理信息数字成果元数据GB/T39610倾斜数字航空摄影技术规程GB/T51269建筑信息模型分类和编码标准CH/T9008.2基础地理信息数字成果1:
500、1:
1000、1:
2000数字高程模型CH/T9008.3基础地理信息数字成果1:
500、1:
1000、1:
2000数字正射影像图CH/T9009.2基础地理信息数字成果1:
5000、1:
10000、1:
25000、1:
50000、1:
100000数字高程模型CH/T9009.3基础地理信息数字成果1:
5000、1:
10000、1:
25000、1:
50000、1:
100000数字正射影像图CH/T9023基础地理信息数字成果1:
250001:
500001:
100000数字表面模型JGJ/T448建筑工程设计信息模型制图标准SL197水利水电工程测量规范SL/T213水利对象分类与编码总则T/CWHIDA0006水利水电工程设计信息模型交付标准T/CWHIDA0007水利水电工程信息模型分类和编码标准3术语与定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1地理空间数据Hydraulicgeospatialdata面向水利业务的数字正射影像图、数字高程模型/数字表面模型、倾斜摄影模型、激光点云模型、水下地形、建筑信息模型等构成的数据集合,是数字孪生流域数据底板的重要内容。
3.2水下地形Underwaterterrain描述江河、湖泊、水库等区域水底地形起伏的水底点平面位置和高程信息的数据集。
3.3倾斜摄影模型Obliquephotographymodeling通过倾斜摄影技术构建的地表实景三维模型数据。
4缩略语2下列缩略语适用于本文件。
BIM建筑信息模型(BuildingInformationModeling)DEM数字高程模型(DigitalElevationModel)DOM数字正射影像图(DigitalOrthophotoMap)DSM数字表面模型(DigitalSurfaceModel)HDEM水利数字高程模型(HydraulicDigitalElevationModel)5基本规定5.1数据分类主要包括DOM、DEM/DSM、倾斜摄影模型、激光点云模型、水下地形和BIM等。
5.2数据分级按照数据精度和适用范围分为L1、L2、L3三级。
L1级是进行数字孪生流域大尺度建模,主要包括全国范围的DOM和DEM/DSM等数据。
L2级是进行数字孪生流域重点区域精细建模,主要包括重点区域的DOM、DEM/DSM、倾斜摄影模型、激光点云模型、水下地形等数据。
L3级是进行数字孪生流域重要实体场景建模,主要包括重要水利工程相关范围的高分辨率DOM、高精度DEM、倾斜摄影模型、激光点云模型、水下地形、BIM等数据。
5.3时空基准数字孪生流域地理空间数据采用统一时空基准。
5.3.1空间基准空间基准应采用2000国家大地坐标系(CGCS2000),高程基准应采用1985国家高程基准。
5.3.2时间基准时间基准应采用公元纪年和北京时间。
5.4数据安全涉及国家秘密和水利工作秘密的数据,应严格按照国家法律法规和水利相关规定执行。
6技术指标与规格6.1DOM数据6.1.1基本要求6.1.1.1空间分辨率不同适用范围的分级DOM数据空间分辨率要求见表1。
表1DOM数据空间分辨率要求级别级别适用适用范围范围空间分辨率空间分辨率L1级全国范围优于2米L2级大江大河及主要支流重要河段、重要湖泊、国家蓄滞洪区、水土保持重点区优于1米流域防洪等重要业务重点关注区优于0.2米L3级工程管理和保护范围优于1米工程水工建(构)筑物优于0.1米36.1.1.2数据格式DOM成果采用非压缩GEOTIFF格式,影像定位信息文件采用ASCII的TIFFWorldFile(简称为TFW)文档格式。
以影像左上角像元中心点为起算坐标,数据的栅格坐标位于像元中心点,影像值是每一个栅格中心代表的值。
6.1.1.3色彩模型及像素位DOM的色彩模式及像素位按照表2执行,无影像的空白区域以黑色填充(各波段像素值均为0)。
表2DOM色彩模式及像素位对照表数据类型数据类型色彩模式色彩模式像素位像素位全色影像灰度8bit多光谱影像彩色8bit波段数融合影像彩色8bit波段数6.1.2精度要求DOM地物点相对于高精度检查点的平面位置中误差不应大于表3要求,最大误差不超过其2倍。
表3中未涵盖的空间分辨率DOM数据平面位置中误差应符合CH/T9008.3、CH/T9009.3要求。
空间空间分辨率分辨率平面平面位置位置中误差中误差平地平地丘陵地丘陵地山地山地高山地高山地2101015151557.57.50.21.21.21.61.60.10.60.60.80.86.1.3数据接边DOM应与相邻影像图接边,使相邻正射影像重叠区域内的纹理、色调基本一致,接边误差不应大于2个像素。
6.1.4质量要求整个图幅内影像整体精度一致、色调均匀、纹理清晰、反差适中、层次丰富、无明显失真,累计云雪量3%(常年积雪除外),直方图呈正态分布,无明显拼接痕迹,且相邻图幅间不应存在色调差异。
避免因出现影像模糊、扭曲、错开、裂缝、漏洞、污点、划痕、噪声等问题造成影像信息无法判读和精度损失。
6.1.5分幅编号DOM可按标准分幅、行政区划、自然流域范围进行分幅存储,数据范围小于最小分幅单元或无分幅索引需求的数据可单独存储。
6.1.5.1标准分幅分幅编号规则应符合GB/T13989的规定,不同级别的DOM数据宜采用不同的分幅方式,如表3所示。
分幅裁切范围是根据相应的基本存储单元的四个角点像元中心点坐标的最小外接矩形,以此向外扩展50个像素。
单位为米表3DOM平面位置精度要求4表3DOM数据分幅对照表级别级别适用范围适用范围分幅方式分幅方式L1级全国范围1:
50000分幅L2级大江大河及主要支流重要河段、重要湖泊、国家蓄滞洪区、水土保持重点区1:
10000分幅流域防洪等重要业务重点关注区1:
2000分幅L3级水利工程保护范围1:
10000分幅水利工程管理范围水利工程管理范围工程水工建(构)筑物区域6.1.5.2行政区划以行政区划边界分幅,裁切范围根据行政区划范围向外扩展50个像素。
6.1.5.3自然流域以自然流域单元分幅,裁切范围根据自然流域范围向外扩展50个像素。
6.1.6文件命名L1级、L2级和L3级“工程管理和保护范围”的DOM文件名由产品标识符、下划线、分幅编号、生产时间、精度、分隔符、扩展名组成,其他L3级DOM文件名由产品标识符、下划线、水利工程名称、时间、精度、分隔符、扩展名组成。
具体如下:
a)标准分幅成果文件名由29位字符组成:
3位产品标识符、3位下划线、10位标准图幅号、6位生产时间(年月份)、3位空间分辨率大小(厘米)、1位分隔符、3位扩展名。
产品标识符为“DOM”,标准图幅号符合GB/T13989要求,分隔符采用“.”符号,扩展名表示数据文件和元数据文件格式。
示例:
DOM_J50G090004_202208_020.TIF。
b)行政区划分幅成果文件名由25位字符组成:
3位产品标识符、3位下划线、6位行政区划代码、6位生产时间(年月份)、3位空间分辨率大小(厘米)、1位分隔符、3位扩展名。
产品标识符为“DOM”,行政区划代码符合GB/T2260要求,分隔符采用“.”符号,扩展名表示数据文件和元数据文件格式。
示例:
DOM_130427_202208_020.TIF。
c)自然流域分幅成果文件名字符数不限:
3位产品标识符、3位下划线、自然流域名称或代码(一级流域和二级水系应使用代码,且符合SL/T213的规定)、6位生产时间(年月份)、3位空间分辨率大小(厘米)、1位分隔符、3位扩展名。
产品标识符为“DOM”,分隔符采用“.”符号,扩展名表示数据文件和元数据文件格式。
示例:
DOM_CH_202208_020.TIF。
d)其他L3级的DOM文件名字符数不限,由3位产品标识符、3位下划线、水利工程名称、6位生产时间(年月份)、3位空间分辨率大小(厘米)、1位分隔符、3位扩展名组成。
产品标识符为“DOM”,分隔符采用“.”符号,扩展名表示数据文件和元数据文件格式。
示例:
DOM_岳城水库_202208_020.TIF。
6.1.7元数据DOM元数据参考GB/T39608的规定,包含数据的标识信息、空间参考信息、生产信息、质量信息和分发信息等,示例详见附录A。
元数据文件格式宜采用SHP、XML、XLS等格式,并以标准分幅、行政区划、自然流域单元制作索引图。
56.2DEM/DSM数据6.2.1基本要求6.2.1.1格网尺寸不同适用范围的分级DEM/DSM数据格网尺寸要求见表4。
表4DEM/DSM数据格网尺寸要求级别级别适用范围适用范围格网尺寸格网尺寸L1级全国范围优于30米L2级大江大河及主要支流重要河段、水土保持重点区优于15米重要湖泊、国家蓄滞洪区优于5米L3级水利工程管理范围/保护范围、下游影响区范围优于5米工程水工建(构)筑物区域优于2米需与水下地形融合的工程水工建(构)筑物区域优于0.5米6.2.1.2数据格式DEM/DSM以GEOTIFF格式提交,坐标定位信息文件采用ASCII的TFW文档格式,以左上角像元中心点为起算坐标,数据的栅格坐标位于像元中心点,高程值为每一个栅格中心代表的数值。
6.2.2精度要求DEM/DSM数据高程精度采用格网点的高程中误差表示,应不大于表6的规定,未涵盖的格网尺寸DEM/DSM数据高程中误差应符合CH/T9008.2、CH/T9009.2要求。
格网尺寸为0.5米、2米时高程值应取位至0.01米,格网尺寸为5米、15米时高程值应取位至0.1米,格网尺寸为其他值时参照执行。
格网尺寸格网尺寸格网点高程中误差格网点高程中误差平地平地丘陵地丘陵地山地山地高山地高山地30以收集数据精度为准152.03.55.59.550.71.73.36.720.500.701.502.000.50.250.500.701.00格网点的高程限差应不大于高程中误差的2倍。
影像弱纹理区域,建筑物遮挡、大面积植被覆盖、反射率较低等困难区域,高山地、陡崖、山谷等地形变化剧烈的区域,高程中误差可放宽至表6规定的1.5倍。
内插点的高程精度应不大于格网点高程精度的1.2倍。
6.2.3数据接边a)相邻DEM/DSM应至少有两排(列)格网的重叠带,同名格网点的高程较差限差应不大于中误差的2倍。
b)接边后数据应过渡平滑自然,不能出现错位、漏洞等现象。
c)若测区湖泊、水库、河流等区域存在同级别面域水下地形,宜进行无缝融合拼接,形成水陆一体DEM/DSM数据。
表6DEM/DSM高程精度要求单位为米66.2.4质量要求DEM/DSM数据质量重点关注区域包括河流岸坡交界区域、水域、影响行洪的水利设施(如堤坝、阻水建筑物等)区域,对于空白区域(高程无值区),高程值赋为-9999。
具体质量要求如下:
6.2.4.1DSMa)DSM数据应准确表达河流、湖泊、水库、蓄滞洪区、水利工程管理范围线以内等区域的阻水建筑物、穿堤建筑物、堤防、圩垸、水库大坝、围村堤、避水台、撤退道路等要素的顶部高程信息。
b)DSM数据不能包含车辆、船舶、飞机等位置随时间变化的非地面附着物顶部高程信息。
6.2.4.2DEMa)DEM数据中应剔除房屋等人工建筑物、片林、作物等区域,高程值与地面保持一致,中误差应不大于表6的规定。
b)对于大面积植被覆盖区域,植被覆盖区高程中误差可放宽至表6规定的1.5倍。
6.2.4.3DEM/DSMa)DEM/DSM数据中面积大于10000平方米的静止面状水域(如湖泊、坑塘、湖泊型水库等)水面应基于水涯线(按影像/点云数据获取时的瞬时水位)平均高程进行置平,并与周边地势过渡平缓。
不同时相、不同模型的水边高程应采用高精度的模型水边高程,对于同精度的应采用现势性强的模型水边高程。
b)DEM/DSM数据中宽度大于30米的流动水域(河流、沟渠、河道型水库等)水面应依据实际地势高程与流向保持自高而低置平,水面高程应低于周边地势、平缓过渡,且不得被分割成多个段。
c)DEM/DSM数据中山谷或沟谷等区域应符合实际地物与地貌特征,山体阴影区域高程值和纹理特征应与实际地物地貌特征一致。
d)特殊地物不做特殊处理,精度不作要求。
主要包括散热塔、宝塔等同一平面位置有多个高程值的复杂地物,索道、铁丝网、电线塔等网状外形地物,风车等局部运动地物,路灯、电杆等横截面积小的杆状地物和施工区等地貌破碎区域。
6.2.4.4HDEM水利数字高程模型(Hydraulicdigitalelevationmodel,HDEM)是统一考虑涵洞、倒虹吸、桥梁、堤防、圩垸等水工建(构)筑物对自然水系的连通或阻挡,通过后期编辑反映区域地貌空间形态和水流连通性的一种DEM。
其主要特征为在DEM数据基础上剔除涵洞、倒虹吸、桥梁等跨水系构筑物高程信息,保持水系连通、反映水流动状态。
图1中常规DEM中道路会阻断河流,HDEM数据剔除河流涵洞上的道路高程信息,真实表达水流通行状态的地表形态。
图1HDEM与DEM对比分析图(以涵洞为例)76.2.5分幅编号DEM/DSM分幅编号与DOM分幅编号规定相同,具体参照6.1.5章节。
6.2.6文件命名DEM/DSM文件命名与DOM文件命名相同,具体参照6.1.6章节。
产品标识符为“DEM/DSM”,空间分辨率单位为分米,命名示例:
a)标准分幅成果:
DEM_J50G090004_202208_020.TIF。
b)行政区划分幅成果:
DEM_130427_202208_020.TIF。
c)流域单位分幅成果:
DEM_CH_202208_020.TIF。
d)无需分幅成果:
DEM_岳城水库_202208_020.TIF。
6.2.7元数据DEM/DSM元数据参考GB/T39608的规定,包含数据的标识信息、空间参考信息、生产信息、质量信息和分发信息,示例详见附录B。
元数据文件格式宜采用SHP、XML、XLS等格式,并以标准分幅、行政区划、自然流域单元制作索引图。
6.3倾斜摄影模型数据6.3.1基本要求6.3.1.1空间分辨率不同适用范围的分级倾斜摄影模型数据空间分辨率要求见表5。
表5倾斜摄影模型空间分辨率要求分级分级适用范围适用范围空间分辨率空间分辨率L2级流域防洪等重要业务重点关注区优于0.08米L3级水利工程管理和保护范围坝址及重点水工建(构)筑物区域优于0.03米6.3.1.2数据格式倾斜摄影模型包括几何数据、纹理数据、属性数据和元数据等数据类型,具体数据格式见表6。
表6倾斜摄影模型数据格式要求数据类型数据类型数据格式数据格式Mesh模型OSGB、3DTiles、OBJ、3SM、S3M等单体模型MAX、OBJ等纹理数据JPG、TIFF、PNG等属性数据MDB、SHP等元数据SHP、XML、XLS等6.3.2精度要求不同空间分辨率倾斜摄影模型的平面几何精度和高程精度见表9。
8空间分辨率空间分辨率平面平面位置位置中误差中误差高程中误差高程中误差平地、丘陵平地、丘陵山地山地平地平地丘陵丘陵山地山地优于0.080.60.80.250.71.0优于0.030.30.40.250.50.7注:
高山地一般不进行倾斜摄影模型生产,确因需要时可适当降低精度,高程中误差可参照山地的1.5倍执行。
6.3.3数据接边a)倾斜摄影模型接边处要素平面、高程较差限差应不大于中误差的2倍。
b)分块之间模型贴图应保持色调均匀,反差适中,不能有明显的模糊和重影、错位、缝隙等情况。
6.3.4质量要求6.3.4.1Mesh模型要求a)模型纹理清晰、色调丰富均衡、表达真实完整。
b)三维场景中不应存在严重破损、空洞、分层、漂浮物等现象,应确保模型结构自然,无明显接边、闪缝、漂浮物情况,外立面采用能基本反映地物色调、细节特征结构的影像进行建模。
c)无遮蔽的水工建筑模型应保证主体结构完整,轮廓清晰,空洞面积大于建筑物面积20%以上需要修整。
d)水系模型无破损、水面下沉等情况,确保水系与周边高程保持一致且水面纹理正常。
e)水面下沉结构置平,应与周边高程保持一致,修补面不得扭曲翻转。
6.3.4.2单体精细化模型要求单体精细化模型是在Mesh模型基础上对堤防、大坝、水闸等重点水工建(构)筑物,以及道路、桥梁等进行精细化修整和单体化,确保场景整体色调一致、精度合规,具体要求如下:
a)重点水工建(构)筑物纹理完整、色调一致。
重要道路需进行纹理修整,保留正确的交通信息,导向线不得有误,路面干净整洁。
特别是重点水利工程进场道路两侧高于40厘米的部件需要进行单体化制作,如进场道路两侧路灯、红绿灯、监控设施、垃圾桶、交通标志牌、路名牌、公交车站台等。
桥下贯通修整不得破坏桥梁主体结构及精度,必要时应进行桥梁单体化。
b)场景中非坝址区的建筑物可不做单体化,需在场景中进行修整,保证其结构合理、纹理整洁。
c)倾斜摄影模型应与地形场景完整贴合,不应出现悬空、下陷、闪缝等情况。
d)精细化建模后模型精度满足表9要求,对于地物遮挡严重区域可放宽至1.5倍。
e)基于倾斜摄影测量制作的精细化建筑物模型,要求建筑结构平整,最终呈现为规则面三维模型,纹理贴图数目尽可能减少,减少数据冗余量。
贴图格式应为TIFF/JPG/TGA/PNG,贴图命名需规范,贴图尺寸应为2的n次方,但原则上不超过1024*1024像素。
f)每个精细化模型纹理色彩及亮度自然过渡,能准确反映各地理实体的实际特征,不允许出现明显纹理错位。
模型应尽量保持周围纹理的色彩一致,避免由于航摄时段导致的区域内模型色彩差异。
g)所有模型数据坐标轴原点必须在物体自身底部中心。
h)根据区域水系、建筑、植被、交通等要素特点制作与实地相似的标准模型库,确保“栽种”模型与实际相似且同区域保持一致。
重点水工建(构)筑物精细化模型要求见表10。
表表9倾斜摄影模型精度要求倾斜摄影模型精度要求单位为米9表10重点水工建(构)筑物精细化模型要求修整类别修整类别修整内容修整内容修整修整要求要求质检标准质检标准水工建(构)筑物Mesh修整坝工、厂房、泵站、水闸、堤防等重点建(构)筑物主体结构不完整,对有破损、扭曲、拉花、变形、纹理不合理等进行修整主体结构合理,无破损、空洞、扭曲拉花等现象,确保结构正确无误、自然合理、色彩均匀、纹理清晰整洁,模型效果表达真实完整其它Mesh修整水系对水面未破损,结构下沉或起伏进行置平修整(若删除水面,需要保证水面边界删除干净)水面平整,无破损,色彩过渡自然、结构合理(若删除水面,需要保证水面边界干净整洁)道路删除破碎结构,将道路面置平,映射正确的纹理,确保地面交通信息清晰完整道路路面平整无异常起伏、无车辆破损结构,地面交通信息清晰无误桥梁、交通洞、涵洞对桥梁、交通洞、涵洞粘连部分修整桥梁、涵洞、交通洞与道路、水面贯通,无桥体、涵洞与道路、水面粘连现象植被修整行道树树冠下方纹理缺失主要行道树下方无灰色纹理缺失情况实体化部件实体化监测设备、路灯、通讯微波塔、电塔、电线杆、垃圾桶、指示牌、交通标志牌、路名牌、栏杆结构、形态与现状相吻合水工建(构)筑物实体化对于MESH修整无法满足要求的水工建(构)筑物实体化主体结构合理自然、正确无误,色彩均匀,结构、形态与现状吻合6.3.5瓦片分幅根据航摄下视影像空间分辨率以及计算机配置,确定倾斜摄影模型瓦片分幅大小,具体见表11。
航摄下视影像分辨率航摄下视影像分辨率瓦片大小瓦片大小GSD0.035050或1001000.03GSD0.08200200GSD0.084004006.3.6文件命名倾斜摄影模型命名应简明且易于辨识,以文件夹方式存储,文件夹名称以水利工程或河段的倾斜航摄/空三分区命名,主要包括4位摄影摄像模型标识QXSY、3位下划线、水利工程或河段名、2位分区代码、6位数据采集时间(年月份)和2位模型空间分辨率(厘米)。
文件夹名称示例:
QXSY_岳城坝址区01_202208_03。
6.3.7元数据元数据参考GB/T39608的规定,主要内容由标识信息、空间参考信息、生产信息、质量信息和分发信息5部分组成,示例详见附录C。
元数据文件格式宜采用SHP、XML、XLS等。
元数据文件以标准分幅、行政区划分单元制作索引图。
表11瓦片分幅要求单位为米106.4激光点云模型数据6.4.1基本要求6.4.1.1点云密度不同适用范围的分级激光点云模型点云密度要求见表。
表7激光点云模型点云密度要求分级分级适用范围适用范围点云密度点云密度L2级流域防洪等重要业务重点关注区优于4点/平方米L3级水利工程管理和保护范围坝址及重点水工建(构)筑物区域优于16点/平方米6.4.1.2数据格式数据格式为LAS,应包含时间、位置
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