实景三维中国建设的认识与实践

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近日，“中国地理信息产业协会”微信公众号推送了国地科技全资子公司广州蓝图地理信息技术有限公司（简称“蓝图信息”）技术中心陈广亮总监署名文章：实景三维中国建设的认识与实践。文章阐述了实景三维中国的建设思路与建议，并以蓝图信息在汕尾市、廉江市以及南京市江北新区的实景三维模型建设项目为例，分享了实景三维中国的建设实践经验。

本文已发表于微信公众号：中国地理信息产业协会

文章作者：陈广亮，蓝图信息技术中心总监

1、实景三维中国建设，二维走向三维的必然之路

二维世界是一个平面的世界，只有长和宽，而三维世界是一个立体的世界，拥有长宽高，这也是我们人类所生活的空间。所以以三维的形式来描述世界是人类一直的追求，也更能符合政府现代化治理的需求。过去受制于技术、手段、存储和运算能力的限制，大多只能基于二维平面对客观世界进行表达。随着高时空分辨率测绘卫星、倾斜摄影、激光雷达测量和移动测量等“空天地”立体数据采集技术，以及5G网络、区块链、云计算、大数据和人工智能等新技术的迅速发展，通过三维手段对现实世界进行描述和管理已经具备充分条件。

2018年3月，十三届全国人大一次会议表决通过了关于国务院机构改革方案的决定，批准成立中华人民共和国自然资源部。全国测绘工作开始融入自然资源“两统一”管理的大格局，进一步对实景三维中国建设提出了现实、迫切的要求。2018年4月，自然资源部部长陆昊在海南省进行行业调研时明确指出自然资源登记等系统要由二维系统变成三维系统，解决自然资源调查、确权和国土空间用途管控等问题。2019年2月，全国国土测绘工作座谈会在北京召开，提出计划于2020年启动“十四五”基础测绘规划编制工作，并明确“实景三维中国”的建设目标。2020年10月，全国国土测绘工作座谈会明确要夯实发展根基，加快推进基础测绘转型升级，大力推动新型基础测绘体系建设，加快构建实景三维中国，推进全球地理信息资源建设。自然资源部一系列紧锣密鼓的举措无不彰显了建设实景三维中国的决心。实景三维中国建设，成为我国测绘从二维向三维转型升级的必然之路。

2、实景三维中国的基本内涵

区别于传统三维模型“一张皮”的缺陷，实景三维数据具备实体化、单体化、语义与结构化等特性，是非尺度、全要素表达空间关系及属性信息的数据集。实景三维中国的建设包括了地形级、城市级、部件级三级建设，其数据体系如下表所示。其中，地形级实景三维场景反映地形起伏和地面纹理特征，可用于自然资源现状和自然资源地理格局大场景、三维可视化表达；城市级实景三维场景反映城市地表真实情况，可用于自然资源精细化表达；部件级实景三维场景反映实体要素在立体空间位置、几何形态、空间关系及属性，以建筑信息模型数据（BIM）为主，可用于个性化应用。实景三维数据未来将取代传统4D产品，成为新型基础测绘的标准化成果。

表1 实景三维中国建设数据体系

3、实景三维中国的建设思路与建议

实景三维中国建设是自然资源部党组对测绘提出的“两服务两支撑”新要求新部署新形势下势在必行的转型和创新。从国家层面上，地形级和城市级实景三维中国建设更具有基础性、公益性的属性，故将由公共财政支持建设并纳入新型基础测绘体系中进行分两步进行实施：一是到2020年底完成10米格网DEM全国更新和优化；二是在“十四五”期间，完成5米格网DEM全国覆盖，并完成全国地级以上城市实景三维的构建。而部件级实景三维中国建设将采取社会商业化运作模式来进行建设，不再纳入国家新型基础测绘体系中进行建设。

然而相对于如火如荼的市场，实景三维中国建设在理论和实践上仍然面临着较大的挑战，需要进行长期实践和积累凝练，本文梳理出来以下五个方面建议：

（1）顶层设计，统一认识

实景三维中国建设一段时间以来被业界热议，但由于尚无自然资源部公开政策文件对“实景三维中国”的定义和建设内容给予明确界定，使得业界对实景三维中国与倾斜三维、全景三维、实体三维、城市信息模型CIM、建筑信息模型BIM以及新型基础测绘的差异与关系无法厘清。再者，相对于如火如荼的项目建设，实景三维的技术标准建设却稍显滞后。原国家测绘地理信息局在2012年和2014年相继发布了三维地理信息模型的数据产品规范、生产规范、数据库规范以及质量检查和验收规范，自然资源部在2018年发布了实景三维地理信息数据激光雷达测量技术规程，但是仍然远远无法满足实景三维数据具备实体化、单体化、语义与结构化等特性的要求。故需对实景三维中国建设从国家宏观战略上进行顶层设计，厘清概念，明确内涵，划清工作边界，加强规范标准制定，才能让实景三维中国的建设更具可操作性。

（2）试点先行，统筹建设

实景三维数据将作为新型基础测绘的标准化成果已逐渐成为行业共识。目前，上海、宁夏、武汉、西安等地已开启新型基础测绘试点工作，其中上海市新型基础测绘试点项目已于2020年8月顺利通过自然资源部国土测绘司组织的成果验收。通过结合先行的新型基础测绘试点项目，需要进一步把实景三维中国建设的标准细化完善，提炼出实景三维中国建设的可借鉴、可复制、可推广的建设模式。此外，由于数据生产和更新的成本是影响实景三维中国建设一个非常重要的因素，应当要根据不同城市的发展水平统筹好实景三维中国建设的内容和要求，在解决供需矛盾和自然资源精细化管理需求之间取得较好的平衡点。

（3）自主创新，安全可控

目前，国内倾斜摄影自动化三维建模技术主要以法国Air Bus公司的StreetFactory（街景工厂）、美国Bently公司的ContextCapture（原SMart3D）、美国Skyline公司的Photomesh、瑞士Pix4D公司的Pix4Dcapture、俄罗斯Agisoft公司的PhotoScan等国外软件为主，国内90%以上的实景三维数据制作都是使用上述软件进行三维重建。而实景三维数据精度大都在厘米级以上，是国家管理和治理的基础数据，天然属于新基建的范畴，一旦泄密会给国家造成很大的安全风险。近年来，美国逐渐将中国视为科技领域的潜在竞争者，不断打压中国科技企业甚至断供关键技术。随着国家战略上重视自主创新，实景三维中国的建设也应当要加强政策引导，促使国内地理信息软件厂商研发新一代国产三维重建软件，通过自主创新来保障地理信息安全可控。

（4）算法算力，赋能提效

由于实景三维数据具备实体化、单体化、语义与结构化等特性，其自动语义化处理和自动重建是未来实景三维技术竞争的焦点之一，也是提高生产效率和减低生产成本的重要途径。如何通过分布式并行计算、深度学习、云原生、计算机视觉等方面的人工智能相关学科领域与测绘领域（包括导航定位、遥感、地理信息系统等）的基础理论融合创新来提升测绘领域的算法算力，为实景三维中国的建设赋能提效，是解决实景三维中国的转型升级的技术关键所在。

（5）应用导向，数据共享

实景三维模型作为新型测绘发展模式的重点工作内容之一，是构建数字孪生城市，实现城市管理精细化、动态化和智能化的数据基础，可应用于测绘行业、建筑工程、景区、地质灾害等多个应用领域和方向，具有强烈的经济市场需求和国家新基建时代地理产业建设需求，或将带动万亿级产业。此外，在做好应用导向的同时应当要建立自然资源部与相关单位之间的数据共享交换机制，面向中央政府部门、相关行业机构、企业和社会公众等提供实景三维数据的分类服务，大幅减少政企相关领域的重复投入。

4、实景三维中国的建设实践

近年来，广州蓝图地理信息技术有限公司（以下简称“蓝图信息”）以“空天地海一体化数据高效采集处理与智慧应用”为方向，坚持以市场需求为导向，瞄准科技前沿，紧盯行业趋势，对自身技术积累进行重新整合优化，形成了集时空大数据实时采集、高效处理、深度分析和精准决策的“空天地一体化”采集处理应用关键技术和整体解决方案，在自然资源时空大数据、无人机航测和三维实景建模、“互联网+”地理信息应用等技术领域的研究和应用取得了丰硕的成果，走在了行业的前列。

在实景三维中国建设的浪潮下，蓝图信息正蓄势从三维数据高效采集、处理和应用等环节助力实景三维中国和智慧城市的建设。经过多年项目经验积累和资深开发团队的潜心研究，蓝图信息已研发形成具有自主知识产权的无人机飞控软件、高精度倾斜摄影相机以及三维一张图系统，具备激光雷达测量、倾斜摄影、城市信息模型CIM和建筑信息模型BIM等综合性三维建模项目的实施能力，能够提供自然资源本底和国土空间开发利用状况、国土空间管控条件、规划符合性分析等方面的三维大场景展示分析功能。

实景三维建模数据生产架构

在“地形级”实景三维模型建设上，以汕尾市三维建模及1:500地形图制作项目为例，利用激光雷达和倾斜摄影技术探索三维数据快速获取和处理、多源数据融合以及内外业一体化测绘的方法和模式，通过影像数据快速解算及重构技术、立体模型的要素采集匹配技术，生成汕尾市实景三维模型以及符合1:500精度要求的大比例尺地形图。

“地形级”实景三维模型建设案例

在“城市级”实景三维模型建设上，以智慧廉江市三维实景建模项目为例，对廉江市面积达160平方公里的中心城区和核心区利用高分辨率五镜头倾斜摄影相机进行了大规模精细化实景三维数据采集和实景三维模型生产，并对政府办公单位、城市雕塑、广场、公园、体育馆学校等标志性建筑进行单体化建模，为廉江市智慧城市建设提供数据本底和决策依据，进一步彰显智慧城市的价值，实现廉江市打造为标杆城市的目标。

“城市级”实景三维模型建设案例

在“部件级”实景三维模型建设上，以南京市江北新区BIM建模及示范应用研究项目为例，融合BIM、CIM和3DGIS技术，收集、整合、集成了包括地下管网管廊、地下空间、地上建筑等在内的BIM数据，建设形成二三维一体化、地上地下一体化、现状和规划一体化的数据体系，通过原型系统展示了试验范围内建设现状和规划设计的城市风貌并模拟应用场景，推动项目规划、设计、实施、管理等全流程信息数据立体集成，实现机器审查、自动化审查、智能化审查，为全面实现江北新区BIM规划报建、CIM数据集成与平台构建、决策管理功能升级奠定基础。

“部件级”实景三维模型建设案例

长期来看，面向于未来实景三维中国、新型基础测绘体系建设，未来的三维数据采集必然是立体空间大场景化测量或者是高精细化城市部件级别的提取，并依托于三维GIS平台实现三维要素的可视化分析和精准管理。蓝图信息将广泛利用企业优势资源完善机制、凝聚人才、营造环境，加强原始创新，加快掌握实景三维中国建设核心关键技术，全面提升企业科技创新能力，持续为客户提供覆盖实景三维数据快速采集更新以及智能监测、识别和决策等数据分析的跨行业应用场景的综合解决方案。

公司简介：

广州蓝图地理信息技术有限公司成立于2004年，是一家专业从事自然资源空间数据采集与处理、地理信息系统研发和时空大数据集成分析与应用一体化综合技术服务的高新技术企业，为国地科技全资子公司。

公司具有甲级测绘资质、系统集成资质、高新技术企业、软件企业认定、ISO9001质量管理体系以及多项软件著作权和发明专利等自主知识产权，组建了广东省自然资源时空大数据工程技术研究中心，具有较强的科研实力和重大项目生产实施能力。公司承担的项目多次荣获“地理信息科技进步奖”、“国土资源（广东）科学技术奖”、“广东省优秀测绘地理信息工程奖”以及“广州市优秀测绘地理信息工程奖”等奖励。由于公司近几年的快速发展和在技术创新方面的优秀表现，连续两年被评为中国地理信息产业最具活力中小企业，并获评2019年科技创新型优秀单位奖和2020年中国地理信息产业高成长企业TOP50第二名。

责任编辑：林冬娜、邓小云

文章来源：中国地理信息产业协会

原文链接：

https://mp.weixin.qq.com/s/KcwgDKR9Ku_lLY2hVzKrjQ

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