朱庆：自然资源实景三维表达
朱 庆
长江学者
新世纪百千万人才工程国家级人选
西南交通大学教授
2021中国地理信息产业大会期间，在“自然资源三维立体‘一张图’的实践与探索”分论坛上，长江学者、新世纪百千万人才工程国家级人选、西南交通大学教授朱庆作题为《自然资源实景三维表达》的报告，本文根据现场录音整理（已经本人审阅）。
2018年4月，自然资源部部长陆昊指出，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。三维立体表达突显紧迫的国家需求，支撑对地球表层空间进行统一管理，包括地下、水下、地表，甚至空中等所有自然资源及其相互关系的管理，更加有效地促进人地和谐，推动国家城镇化发展。
近两年来，国家逐步出台了多个与三维立体相关的文件，进行了各种探索。然而，目前现有数据库主要是表征数据库，以分散的描述性信息为主，关键要素之间缺乏语义关联，没有表达相互之间的耦合关系，特别是对安全、生态、质量和效益等存在的链式影响，难以满足自然资源各项业务需求。
今年2月，自然资源部出台的《自然资源部三维立体时空数据库建设总体方案》，明确提出国家级主数据库要按照国土空间规划和自然资源管理需求，基于统一的空间基底，逻辑集成各调查监测分库，物理迁移和集成部分数据成果的方式进行设计。即通过在线调用实景三维中国建设成果，构建主数据库三维空间框架，融合集成其他各种数据，满足自然资源不同业务和应用的需求。
多粒度多模态表达
自然资源实景三维应该是怎样的？我们认为，它应该是自然资源全域、全要素、全生命周期的多粒度多模态表达，能够满足国家-地方多层级任务协同的多细节层级管理单元集成表达，并具备精细化、高精度、现势性三个特点：
一是高清立体像对模型，把现场搬到室内，以人为主的综合踏勘与协同研判。即看得全。
二是高精度点云/网络模型，精准的地形地貌与室内几何表达，适宜计算机辅助设计。即看得清。
三是语义丰富的结构化模型，精细化的几何结构与外观，适宜多专业信息集成融合和计算机智能分析。即看得准。
自然资源要素三维实体化表达的内涵
自然资源要素三维实体化表达，应该通过构建“数据-模型-知识”统一表达模型，支撑诊断型和预测型智能服务，实现地上-地表-地下多场耦合作用下的复杂时空过程精准模拟分析。
以洪水预测预警为例。通过掌握精细、齐全、准确的洪水相关数据，构建机理模型，刻画气象、水文、水利模式和精细化城建等数据之间的语义关联和时空耦合关系，进行洪水径流分析、流水累积量计算、河流网络的提取等，才能提高灾害预警的针对性和精准性，实现整体的系统化治理。
自然资源实景三维从国家级开始，省级、市县、乡村逐级推进。例如浙江省德清县在数字乡村建设过程中，通过对建筑（楼-层-户）、道路、树木、路灯、垃圾箱等城市空间中的地理对象进行三维实体化表达，将实时传感网络捕获的城市运行过程中的事件、行为以及状态信息与实体对象进行关联，以城市管理、社会管理和公众服务数据为核心，融合地名、文化、企业、经济、医疗、养老、人口、安全事件、交通环境、购物等城市运行数据，实现一图承载海量网格信息，一应知晓实时动态。
再比如防灾减灾。危岩、落石、崩塌、滑坡、泥石流、裂隙、不良地质现象，以及高山峡谷植被覆盖区域、高隐蔽性隐患等高位隐伏灾害隐患点，基于影像难以发现，需要更精细的DEM进行可靠排查。再比如铁路工程所需的沿线精细化实景三维模型，通过LiDAR+倾斜摄影+综合勘察，建立隧道洞口、桥址、站场等重点区域的高精度精细化地理地质孪生模型，服务于BIM设计和防灾减灾。
倾斜摄影测量建模现状与趋势
当前商业软件自动化提供DSM/DOM等粗级产品，急需从倾斜影像到精细模型自动化生产的新模式，进行多样化城市场景批量建模、极复杂异型结构的快速重建、实景三维与规划设计模型无缝融合等，否则倾斜摄影测量仅可作为“PPT工程”。
现在普遍采用的城市网格化管理，由于化整为零导致空间割裂，限制了信息化整体协同治理的优越性。数字孪生将推动城市治理模式向去网格化和全民参与演进，少人或无人化自动治理，尽管“无形”，但却“有痕”，管理不缺位，甚至更精细更精准，真正实现无为而治。
数字孪生记录了物体表征和机理的持续变化，反映的是虚实结合及融合，实景三维则为数字孪生奠定了坚实的基础。未来，实景三维的发展将以需求牵引与技术驱动为“双引擎”，通过可持续迭代的自然资源管理创新模式，基于数字孪生，实现自然资源全域整体治理、全方位全周期系统管控。
结语
当前，面向更有针对性和精细化的实景三维建模技术正向智能化、自动化、低成本的方向快速发展。倾斜影像、LiDAR、InSAR和GIS等多源多尺度多模态时空数据的集成处理急需通用的地理空间智能，以地理空间智能驱动国家数字化转型，进行可持续、可迭代的实景三维中国建设，努力构建一个可持续的数字孪生地球，推进美丽中国建设。
编辑：邓小云
往期推荐地信论坛地信