新一代三维GIS助力三维数字底盘建设
自十九大将“数字中国”上升为国家战略后，党中央和国务院发布了大数据、人工智能、数字经济、数字化转型、新基建等一系列重大决策，为数字中国建设营造了良好的政策环境。“实景三维中国”将作为“十四五”基础测绘规划的一个重要建设目标。自然资源部建立立体时空数据库建设方案、住建部CIM建设等应用，都提出要建立城市级乃至国家级三维应用。不止自然资源领域，其他很多行业，如规划、水利、农业、公安、应急也都面临着二维向三维的转变需求。因此，需要构建三维数字底盘，为城市、社区/园区、场站、楼宇等不同层次的空间治理应用建设提供支撑平台。
三维数字底盘的内涵可用三个关键词来概括：
1、三维：即三维数字底盘刻画的空间一定是三维的、立体的，包括三维的地表自然资源、三维的地上建筑和基础设施、三维的地质体和地下空间等自然资源和城市全空间。通过三维的分析、设计和可视化表达，有效解决二维空间分析表达的局限。
2、数字：即采用数字孪生的手段对物理空间及人文空间进行刻画和推演。区别于传统三维模型“一张皮”的缺陷，三维数字底盘的信息不仅是电子化，而是要数字化。“数字化”意味着信息可以分析和计算，这就需要数据具备实体化、单体化、语义与结构化等特性，数据是非尺度、全要素表达空间关系及属性信息的数据集。具备了“数字化”，就可以有效评估自然资源资产的数量和质量，基于三维空间进行更科学合理的规划设计，对城市建筑和基础设施等进行更精细化的查询管理，有效提升空间治理的效率和科学性。
3、底盘：“底盘”意味着基础性、公共性、支撑性。三维数字底盘不是具体的业务应用系统，而是一个基础性的平台系统，提供基础性的数据服务和功能服务，面向特定领域的专业性的数据和功能可在此基础上进行扩展；三维数字底盘提供的数据服务和功能服务能为大多数应用场景所复用，有效避免重复开发建设；三维数字底盘具备支撑自然资源和城市空间全周期应用建设的中台能力，能够实现“数据进得来、管得住、出得去、用得好”。
为了更有效地体现“三维+数字+底盘”的内涵，需要充分利用三维GIS等技术手段。本文以SuperMap新一代三维GIS技术体系为例，说明三维GIS技术如何助力三维数字底盘建设。
SuperMap新一代三维GIS技术体系
助力实现全空间、全要素数据表达
在自然资源和城市空间的各项应用中，采集汇聚了空天、地表、地下海量的三维数据，涉及道路、房屋建筑、绿地、管线、水系、地质结构、矿产等地理实体。因此，三维数字底盘需要具备数据表达能力。在新一代三维GIS技术体系的数据模型层面，以传统的空间数据模型为基础，拓展定义了三维体数据模型、三维场数据模型（TIM和体元栅格），完善了GIS平台中的空间数据模型体系，为实现宏观微观一体化、地上地下一体化、陆地水域一体化、室内室外一体化的全空间、全要素表达提供了基础。
三维体数据模型用于开敞度分析
三维体数据模型用于表达阴影分析结果
助力海量多源异构数据的统一汇聚管理
在自然资源和城市空间的各项应用中，三维地理空间数据的数据量往往非常庞大，这对于三维数字底盘是一个不小的挑战。借助新一代三维GIS技术体系中的多源三维数据融合技术可以实现DEM/DOM、倾斜摄影模型、激光点云、BIM等海量多源异构数据的统一汇聚管理，提高数据的利用价值，使得城市立体表达可以更快速、更真实、更精细。基于坐标转换和坐标配准能力，可实现多源数据在平面坐标系和地理坐标系之间的转换，可将BIM模型与倾斜摄影模型、地形等多源数据统一到一个坐标系，实现各种信息对齐。基于三维空间数据镶嵌、压平、裁剪、挖洞及设置缓坡等操作和处理功能，可实现数据平滑衔接。
倾斜摄影模型、BIM、地形、影像等多源数据融合效果
赋能地理空间数据治理
自然资源和城市空间的各项应用的日趋成熟，对三维数字底盘的实用性提出了更高的要求，三维空间分析成为了基础能力。新一代三维GIS技术体系提供基于GPU的三维空间分析和表达能力，满足三维场景下的实时分析计算和渲染需求，解决涉及到的三维地理空间的实际问题，提取和传输三维空间信息，以及分析出三维空间数据中隐含的信息、关系和趋势，以辅助科学决策。
基于GPU的地质体剖面分析（左）和裁剪分析（右）
全面提升海量三维数据管理能力
大规模三维数据的积累，对传统空间分析和处理方法提出了挑战。分布式技术和新一代三维GIS软件技术体系相结合，实现了大规模倾斜摄影建模数据、激光点云数据、地形/影像数据以及三维场数据等三维数据从数据接入、数据处理、服务发布到多端应用的高效全流程化管理，提供基于分布式技术的实景三维数据高效全流程管理能力，如倾斜摄影模型分布式处理能力，提供完备的处理算子，实现大规模倾斜摄影模型数据从分布式处理、分布式存储到服务发布的全流程化管理。该能力使得空间治理宏观上可以范围更广、微观上可以更加精细。
助力三维地理空间数据的
开放、共享与互操作
随着自然资源和城市空间的各项应用的不断深入，特别是随着网络技术运用到系统建设中，来源各异、格式多样、体量庞大的三维地理空间数据给多终端协同应用带来很大难度，尤其是在Web上的高性能访问和应用。因此，各个系统和应用之间的多源异构数据的共享与互操作成为了一个必须解决的问题。
在新一代三维GIS技术体系中，SuperMap联合产业上下游伙伴制定了开放的T/CAGIS 1—2019《空间三维模型数据格式》（S3M）标准和T/CAGIS 2—2020《空间三维模型数据服务接口》标准，完善了三维GIS标准体系，为多源三维地理空间数据在不同终端（移动设备、浏览器、桌面电脑）地理信息平台中的存储、高效绘制、共享与互操作等问题提供了解决方案。
提供更友好、更便捷的三维体验
VR/AR/MR技术与三维GIS技术的结合，可带来沉浸式的三维交互方式，提高了人机交互性，使得各种应用在人机交互上拥有更丰富的视觉感和体验感，还可以辅助地下管线巡检、建筑施工等，提升城市管理水平。
基于AR技术可视化和剖切BIM模型
HTML5和WebGL技术与三维GIS技术的结合，为构建B/S架构的应用提供了可能性，提供了触手可及的三维“零客户端”产品。
烟花粒子效果
CBD夜景效果
基于游戏引擎和三维GIS的跨界融合，可以改善用户视觉体验，为更多用户带来身临其境、更具交互性、游戏级的三维体验，可以将具有真实地理坐标的室外地理环境、室内BIM模型、实时的IoT数据等通过插件的方式接入到游戏引擎中，构建一个室内/室外一体化、宏观/微观一体化、空天/地表/地下一体化的数字孪生平行世界。基于这些真实地理坐标的三维数据和游戏特效，可以搭建各类仿真场景，为多种模拟演练提供技术支撑。
基于三维数据和游戏特效搭建应急仿真场景
游戏引擎实时剖切分析BIM模型
在新的机遇下，开展三维数字底盘建设，需要三维GIS技术提供海量动态时空数据的管理、可视化、查询和分析等基础能力。自然资源三维立体“一张图”等自然资源信息化工作的开展，需要三维GIS来实现海量数据在三维空间的表达和应用一体化，汇聚融合城市多源立体信息模型。首先要做实基础地理实体服务，在这个基础上，扩展并适配山水林田湖草等自然资源实体，然后进一步融合与人类活动、社会经济发展和基础设施相关的公共专题信息，形成统一的三维数字底盘。在这个底盘基础上，以实体为核心，面向行业应用需求可关联融合相关业务信息。通过国土空间基础信息平台，支撑自然资源管理需求，为生态文明建设提供智慧的时空信息服务；通过智慧城市时空大数据平台或CIM平台，支撑各行业公共需求，为经济社会发展提供智慧的时空信息服务。
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