三維地形圖資測製文獻蒐集與分析

本項工作蒐集國內外三維地形圖資測製之相關規範文獻，本年度工作 重點為各國三維地形圖技術文件之文獻蒐集與分析，核心分析工項為三維 地形圖之測製方法、三維地形圖之測製成果物件化、三維地形圖之資料結 構、三維地形圖之編碼、三維地形圖之資料庫等。

受限於各國採用的不同語言及技術文件的公開性，本次報告蒐集之各 國 三 維 地形 圖 技術 文 件 包含 新 加坡 3D National Map (Singapore Land Authority, 2013)、香港 3D Spatial Data(Hong Kong Land Department, 2012)、

瑞士的 swissTLM3D(Schmassmann 2010)、荷蘭的 IMGeo (Information Model Geography) (Geonovum, 2017)技術文件。

一、 三維地形圖之測製方法：建置三維地形圖的主要方式是使用二維地形 圖 延 伸 至 三 維 地 形 圖 ， 例 如 芬 蘭 對 原 本 的 National Topographic Database (NTDB)擴充建立三維地形圖；荷蘭對原本的 2D IMGEO 擴 充建立三維地形圖 3D IMGEO；瑞士對 2D 產品 swissTLM 等擴充建 立 swissTLM^3D等三維產品。雖然香港的 3D Spatial Data 不必然從二 維資料產生，但仍使用千分之一分幅管理。因此，國家是三維地形圖 測製方法主要使用現有二維圖資進行三維化，也就是使用網格式數值

24

高程模型或光達三維點雲提供高程資訊給現有二維圖資，採用自動化 形塑演算法，以滿足大範圍三維地形圖產質的需求(Elberink et al., 2013)。

另一個應重視的重要發展為深度學習(Deep Learning)於自動化三維建 模的發展，例如 DigitalGlobe 採用大量高解析衛星影像(如 30cm WorldView-3)及數值地表模型(如 50cm Vricon 3D surface model)，以 AWS 雲端運算自動化建置全美國的房屋輪廓封閉多邊形 (Ecopia Building Footprints 產品)，雖然產品的水平精度約為 4 公尺(90% circle error)，但可大範圍且全自動化重建。

二、 三維地形圖之測製成果物件化：三維地形圖應包含地下物、地表物、

地上物等不同尺度的不同物件（核心類別），可依不同方式對三維地 形圖進行分類：

第一個方式，使用 CityGML 的 Thematic Model，核心類別為 Relief, Building, Transportation, Bridge, Tunnel,CityFurniture, Vegetation, WaterBody Modules 等(Soon and Khoo, 2017)，瑞士的三維地形圖產品 即採用這種分類方式，每一個類別是各自獨立的產品，只針對需求較 高的二維產品進行三維化，不需要將所有二維產品三維化。

第二個方式，使用 CityGML 的細緻度(Level-of-details)，可分類為 LOD0, LOD1, LOD2 等(Geonovum, 2017)，將相同尺度的物件依細緻度合併在

25

同一產品中，第二個方式仍包含第一個方式的主題模型，例如 LOD0 產品應包含 2.5D 地形、2.5D 交通區域、2.5D 水體區域、2.5D 房屋地 面輪廓等；LOD1 產品均使用平頂量體模型(Solid Model)表示，例如平 頂房屋、橋樑橋面、立方體隧道、平頂植物域等；LOD2 產品則是具有 頂部幾何形狀的模型。這個方式的精神類似比例尺的概念，不同尺度 的物件不會混在一起，但是不同細緻度著重在三維的差異，不同細緻 度的二維幾何仍要一致，例如 LOD0、LOD1 及 LOD2 的房屋模型的二 維輪廓要一致。此一繼承的概念也適用於精度，如 LOD0 二維房屋輪 廓來自二維地形圖，因此 LOD0 二維房屋輪廓應繼承二維地形圖的精 度要求，同理 LOD1 也應滿足 LOD0 的精度要求。

三、 三維地形圖之資料結構：現今三維地形圖之資料結構主要採用 OGC CityGML 標準(Stoter et al., 2001)，多數國家都使用 CityGML，對於

CityGML 不足的地方，則是使用 Application Domain Extension (ADE) 擴充，例如荷蘭 3D IMGEO-CityGML。採用 CityGML 的主要優點是 滿足易於交換的 OGC Open Standard，且定義豐富的語義標籤。

CityGML 現已發展至 2.0 版，有越來越多的軟體支援此格式，提供更 好的資料使用環境。

由於 CityGML 採用 GML 為基礎，GML 的檔案通常都較大且複雜，

因此發展了以 JSON 為基礎的 CityJSON，以克服另一個檔案大小的

26

問題。CityJSON 的目標是提供 CityGML 的 GML 編碼的替代方案，。

CityJSON 是一種使用 JavaScript Object Notation（JSON）編碼 CityGML 資料模型（版本 2.0.0）的格式。CityJSON 文件表示城市的幾何和語 義特徵，例如建築物，道路，河流，植被和城市家具等。CityJSON 旨在易於使用，可用於讀取及寫入資料，因此可以快速構建對應的工 具和 API。CityJSON 目前為 v0.8 版，即延續了 CityGML 的語義又提 升了資料讀寫的便利性，是一個具有發展潛力的資料結構。

四、 三 維 地 形 圖 之 編 碼 ： CityGML 對 不 同 物 件 類 別 的 編 碼 可 參 考 http://www.sig3d.de/codelists/standard/，雖然 CityGML 提供大量的物件 編碼，但各國已有特定圖層編碼對應不同圖徵，無法直接與 CityGML 的 codelist 對應，必須建立現在編碼與 CityGML Codelist 的對照表，為 一重大工程。

五、 三維地形圖之資料庫：三維地形圖可使用各類不同資料庫(Database Management System, DBMS)，本計畫主要在探討支援 CityGML 的資料 庫，現有支援 CityGML 的資料庫包含 GeoRocket(https://georocket.io) 及 3D City Database(http://www.3dcitydb.org)，GeoRocket 可支援多種資料 格式(例如 CityGML、GML、GeoJSON 等)，用於高性能的空間數據存 取，並可應用於雲端服務。3D City Database 是一個開放空間資料庫，

用於三維城市模型在標準空間資料庫（PostGIS 和 Oracle）的存儲、展

27

示和管理，現已有許多實作案例。3D City Database 的主要功能是定義 CityGML 幾何及語義的 schema，以便使用者將 CityGML 匯入及匯出 空間資料庫，一方面有效管理 CityGML 資料，另一個優點是採用空間 資料庫中進行空間分析功能，加強 CityGML 的分析應用。