实景三维成果如何赋能城市应用——“一个底座+多类应用”助力孪生城市
随着2022年2月自然资源部《关于全面推进实景三维中国建设的通知》的发布，各地实景三维中国建设也陆续拉开帷幕。该文件对实景三维成果的应用提出了明确的要求：“到2025年，地级以上城市初步形成数字空间与现实空间实时关联互通能力，为数字中国、数字政府和数字经济提供三维空间定位框架和分析基础，50%以上的政府决策、生产调度和生活规划可通过线上实景三维空间完成；到2035年，实景三维成果的应用从地市延伸到县级城市，应用普适度要从2025年的50%提升到80%”。那么如何实现这样的目标？本文将结合南京国图信息产业有限公司（下文简称“国图信息”）在智慧城市基础空间底座（下文简称“空间底座”）及三维应用方面的实践经验，分享“实景三维成果如何赋能城市应用”。
一、总体思路
《实景三维中国建设技术大纲(2021版)》（下文简称《大纲》）明确了实景三维中国对于智慧城市的定位：“为数字中国建设提供统一的空间基底”。《大纲》里提到的“空间基底”其实对大家来说并不陌生，可以追溯到数字城市地理空间框架、时空大数据平台等概念。所以，对于智慧城市来说，实景三维中国的建设可以理解为原来智慧城市空间底座的升级，包括两方面：数据升级和平台升级。
国图信息针对“空间底座升级”提供了软数一体化的解决方案：数据方面，提供了包括地形级、城市级和部件级实景三维数据采集和建库解决方案；形成实景三维数据库后，原有的空间框架无法满足管理需求，因此需要升级空间底座。国图信息结合时空大数据平台、新型测绘成果基础支撑平台、CIM基础平台等项目的实践经验，围绕实景三维成果如何赋能各类城市应用，形成了“一个底座+多类应用”数字孪生产品体系，为实景三维成果的管理、展示、共享及应用提供支撑。
数字孪生产品体系
二、实施方法
结合城市实景三维成果和基础空间底座信息化现状，方案遵循“兼容并包、按需建设、分布实施”的原则，以实景三维空间对象为载体，关联融合各类属性、感知及文件信息，构建能够感知城市运行、呈现城市发展、具备城市仿真模拟能力的孪生底座及应用赋能城市全生命周期管理。
01
兼容并包
空间底座尽可能复用已有的实景三维数据和信息化成果，并以此为基础，进行数据治理、融合及平台建设，通过扩充已有空间资源池、提升基础空间底座能力，以“小代价、高效率”的方式构建实景三维成果与城市各类应用的桥梁。
02
按需建设
方案遵从“承载平台按需、服务范围按需、应用方向按需”的原则，构建符合客户需求、具有地方特色的数字孪生产品体系。
承载平台按需：空间底座作为承载实景三维成果的基础平台，其核心定位是实景三维成果的应用、共享。这在一定程度上依赖城市空间底座现状、智慧城市的顶层设计以及主体牵头建设部门（一般是自然资源局、大数据局或者市级信息中心）。国图信息智慧城市基础空间底座不仅能够满足实景三维成果应用共享的核心定位，同时也能兼容目前各个主流基础空间底座（时空大数据平台、CIM基础平台等）。
服务范围按需：产品根据不同行政区划级别提供对应版本的空间底座：行政区划级别越高，平台资源池越偏于宏观（地形级、城市级），平台能力越注重资源共享、空间分析、仿真模拟基础能力；反之，平台资源池越偏向于微观（城市级、部件级），平台能力越注重可视化、综合监管、辅助决策等应用能力。截止目前，国图信息已经积累了涵盖城市级、区县级、园区级的多个空间底座和应用案例。
应用方向按需：实景三维成果应用方向从时间维度上涵盖城市规划、建设、管理全生命周期，应用对象包括政府、企业、公众。应用方向应结合城市信息化现状、建设优先级、服务对象等因素按需建设。
03
分布实施
分布实施主要与城市现状、智慧城市建设步调相关，遵循“从无到有，从有到优”的实施步调。空间底座资源池按需逐步丰富，空间应用能力先做到支撑“可看”、“可用”；随着应用的不断丰富，归集到空间底座的数据资源和能力不断提升，从而形成应用和空间底座之前的良性循环，孪生底座也因此不断积累更多时序数据和语义信息。这样结合业务模型，借助二三维一体化、时空大数据、人工智能等技术手段，空间应用能力逐渐向“可思考”层面拓展，实现从数据服务、信息服务到知识服务的跨越，为城市仿真模拟、综合监管以及辅助决策提供支撑。
三、成果特色
新型测绘技术为实景三维数据的采集、建库提供了保障，最终形成的实景三维成果，不管是数据体量、数据种类或者数据之间的关联复杂度都要远甚从前，国图信息将从“多融合、优表达、全兼容、重应用”四方面为实景三维成果的管理、可视化表达、共享应用提供全面支撑，赋能数字孪生城市。
01
多融合
“多融合”主要包括数据融合和技术融合。
通过空间数据融合（数字高程模型和正射影像、BIM和三维场景、地上空间和地下空间数据等），构建静态的空间底座；通过空间对象和业务属性、感知监测的融合，给空间对象关联各类属性，形成动静一体的孪生底座。
技术融合是指在地理信息技术的基础上，融合大数据、游戏引擎、物联网及人工智能等技术，综合提升在可视化表达、城市综合监管以及辅助决策等方面的能力，以更好地服务各类城市应用。
倾斜摄影叠加道路
倾斜摄影嵌入地形
BIM嵌入倾斜摄影
BIM嵌入地形
02
优表达
在融合的基础上，通过城市沙盘实现现实城市的全方位、立体化、多角度、动态化呈现，除了对场景设计、可视化效果、渲染性能优化之外，通过接入各类感知信息，实现了与现实城市实时联动。
平台可呈现多类实景三维（地形级、城市级、部件级）城市场景：宏观上可通过大场景展示城市地形、地貌及现状；大场景可以平滑过渡到各类小场景，以表征区域空间形态、功能布局；对于重点建筑物、设施设备、地下空间，可以进入到内部微观场景，以呈现内部结构、部件设施组成等。
数字高程模型+数字正射影像
城市级（中小场景）白模+地形+三维动态注记
倾斜
精模
地下空间
地下管线
内部结构（BIM）1
内部结构（BIM）2
平台以空间对象为载体，关联其业务属性、感知监测信息，接入各类城市运行实时数据，在各类场景中刻画城市运行状态。
地楼房人多级展示
感知城市运营视频融合
实时降雨分布
共用车位置实时渲染
建筑物实时能耗渲染
03
全兼容
空间底座全空间资源池兼容所有主流的实景三维数据成果，并且形成了从资源接入、管理、可视化到共享应用全系解决方案，依托超图平台，对外共享的资源和能力支持各类主流技术框架，可构建包括桌面端、大屏端、移动端等多端应用；另外，平台技术架构全面升级，能够完全适配全国产化环境（包括服务器、操作系统、数据库、中间件等），并已在多个项目中成功实践。
适配全国产化环境
04
重应用
空间底座提供了实景三维成果可视化、分析统计及辅助决策相关能力，可服务于各类二三维空间应用的构建。同时，以空间底座为基础，也构建了多个二三维示范应用，为各部门研发业务应用提供参考，同时应用所产生的数据成果也可归集到空间底座，通过应用和底座资源的双向共享，不断丰富空间底座资源、提升空间底座能力，形成能够生长的“孪生底座”。
城市空间治理平台
规划助手
重点项目可视化平台
三维地下管线平台
一网通管可视化平台
智慧园区（社区）可视化平台
城市公共安全指挥调度平台
水务一张图
城市防汛平台
地表特征时空变化检测
四、展望
实景三维中国的建设已经拉开序幕，实景三维中国是国家新型基础设施建设的重要组成部分，是为国民经济社会发展和各级各部门信息化提供的统一空间基底，也是国家新型基础测绘产品体系中标准化的、典型的产品。国图信息将以此为新的起点，通过业务研究、技术创新及实践积累，全面提升智慧城市基础空间底座和应用能力，助力政府实景三维体系构建这项行业基础工作，为客户提供优秀的产品解决方案与技术服务。
国图实景三维基础支撑平台
本期供稿：智慧应用软件中心 刘冰 杨艺 吴涛
本期责编：陈磊丨推荐阅读丨