【“新”国土空间基础信息平台】三维数字空间下的国土空间基础信息平台——要可视化，更要可分析可计算
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政策背景
《自然资源部信息化建设总体方案》提出，自然资源信息化工作，需要形成“全覆盖的三维自然资源数据底版”，以全覆盖、全要素、立体调查监测为基础，整合已有国土资源、海洋、测绘地理数据，构建“地上地下、陆海相连”并相互关联的自然资源数据底板，形成统一协调的支撑自然资源和国土空间开发利用与保护的数据基础。
这一需求的提出体现了国土空间治理能力和治理水平现代化的必然趋势。面向立体的国土空间，传统基于二维GIS的技术模式具有极大的局限性和片面性，不足以支撑新时代下“全域、全覆盖、全要素”的信息化建设诉求。对此，上海数慧提出了三维数字空间的建设，旨在通过技术转型升级，应对“升维”带来的业务需求变化，逐步夯实和完善国土空间基础信息平台。
国土空间基础信息平台面临的挑战
三维数字空间打破了以往二维数字化的藩篱，使得应用场景更加多元化的同时，也给“新”国土空间基础平台的建设带来一些挑战，例如：
✧ | 挑战一：大场景下海量三维数据加载慢，如何提高速度？ |
✧ | 挑战二：三维场景下分析计算效率低，如何提升效率？ |
✧ | 挑战三：跨系统三维场景应用需求多，如何提供服务？ |
面对这些挑战，我们通过技术革新，再次赋能三维数字空间下的国土空间基础信息平台，提升平台可视化、可分析、可计算的能力。
赋能国土空间基础信息平台
如何构建三维数字空间？上海数慧提出“三部曲”
构建三维数字空间是承载所有其他能力的基石。三维数字空间以二三维一体化技术为基础，以现实世界的抽象为核心，以高度仿真为原则，以实际应用为最终目标，将现实世界用数字形式存储、显示、查询和分析表达。作为三维实体空间的数字镜像，三维数字空间可以方便地实现检索、查询、统计、分析等复杂应用场景，它是目前描述和表达现实世界最精确的方法，是数字孪生的雏形。
如何构建三维数字空间？上海数慧提出“数据湖-数字谱系-数字规则”的构建“三部曲”：
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汇集数据湖
不同于以往二维GIS数字表达，三维数字空间在数据类型上进行了升维，扩展了很多数据类型，如实景三维、BIM等，要想承载数字空间下所有数据集，首先需要建设数据湖——将所有数据汇集到一起。通过数字化的方法将现状数据、规划数据、管理数据和社会经济数据汇集到数据湖中，在内容上涵盖了自然资源中的山水林田湖草，在尺度上囊括了微观、中观和宏观，空间上贯穿了地上、地表和地下，为国土空间基础信息平台提供了统一的数字底板。
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形成数字谱系
有了数据湖这个“聚宝盆”，接下来需要对多种数据类型、不同空间维度，对完整物理空间逐级拆解与组织，形成多层级、多维度的数字化空间网络谱系。
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构建数字规则
在国土空间管控体系中，会有各式各样的管控要求，如何才能将这些苍白的文本化的管控描述转化为数字化的规则呢？
通过对管控内容的梳理归类，建立管控规则体系，通过规则引擎将海量的文本化的管控描述批量转化为计算机可识别的数字规则，极大的提高了规则录入的效率，最终形成一个庞大的数字规则库。
通过“三部曲”建立的三维数字空间，为后续平台的可视化、分析计算提供了数字化底板支撑。
可视化能力赋能——“招式”丰富
依托于三维数字空间，国土空间基础信息平台具备多样化的数据展示能力，不仅极大的丰富了可视化效果，还可以在保障渲染性能前提下，确保高效流畅浏览。
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二三维一体化数据模型
采用统一的空间数据引擎来存储和管理二维、三维空间数据，采用一体化的数据模型兼容二维、三维空间数据，实现了二维数据无需转换处理直接在三维场景中高性能的展示，更易于二三维数据的更新和维护。基于二三维一体化数据模型，融合多源异构的数据源，形成一体化的管理机制，从数据底层上支撑了丰富的可视化能力。
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多空间表达尺度
在空间尺度上，支持从部件级的BIM到大场景GIS的数据表达，可以支撑场景从微观到宏观、从室内到室外、从地下到地上等可视化表达。
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效果体验多样化
支持多种二三维地图表达形式，如影像图、地形图、倾斜摄影、精细化模型、地下管网、面拉升模型等，在这基础上，还可以提供基于WebGL和Canvas渲染的三维特效，如粒子效果、动态效果、泛光效果等，让平台中的数据表达绚丽多彩。
不同数据类型有着不同的可视化样式，这是通过数据的本源来分类。而相同的数据类型也可以有不同的可视化，这是根据数据的属性来决定的。同时，相同的数据类型相同的属性也可以有不同可视化样式，这是由业务场景的需要来设定的。
除了人眼观看，平台还能够支持虚拟现实查看，配合VR设备，数据“盛景”一览无余，提供沉浸式用户体验。
分析计算能力赋能—— “内功”深厚
多种多样的可视化能力丰富了国土空间基础信息平台的“招式”，让用户的体验得到升华。但光有“招式”秀一秀还远远不够，随着数字化进程的发展，我们期望三维数字空间里一切对象都是可分析可计算的，为各业务应用的智能化决策提供支撑。
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基于三维空间实体模型分析的结果渲染
三维实体数据模型是拓扑闭合的三维模型，可以进行体计算、3D打印、获取任意剖面，支持空间关系判断、空间分析，支持布尔运算等空间运算，运算结果也是拓扑闭合的。基于三维空间实体模型，分析计算不仅可以导出结果，还可以提供二三维融合的场景渲染，对结果集进行转化，直观显示规则的执行情况，为更深层次的决策提供数据支持。
例如进行日照分析的时候，不但可以通过可视化的方式模拟流程，还能基于三维实体将分析计算的结果输出，并提供对结果集的可视化再现。
将分析计算的结果集通过可视化的方式模拟出来，既能满足外在看的效果，还能兼顾内在算的需要。
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基于规则计算一体化框架
提出基于规则引擎的“计算中台”，将文本化的管控描述转换为计算机可识别的规则，进而开发规则相应的算子，建立起从规则到算子的映射关系，最终形成国土空间基础信息平台的规则计算一体化引擎。
随着规则体系越来越庞大，计算的“内力”也会越来越深厚。
从代码底层将计算能力进行重组，面向不同的应用提供不同的计算能力支撑，包括基础计算能力、高级计算能力和可定制化的计算能力。同时，将计算能力进行封装，对计算服务微服务化改造，形成微服务架构下的原子计算服务，为国土空间基础信息平台提供强大的计算力，并能够对外输出计算力。
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基于GPU并行运算
传统GIS空间分析算法大多基于CPU串行计算环境，在计算的效率上已经接近瓶颈。
通过引入GPU技术，不但可以利用GPU在图形加速方面的能力，还可以利用GPU在并行计算上的卓越表现，提供数十倍乃至百倍于CPU的性能。
平台提供了基于GPU图形硬件加速的可视域分析、阴影分析、天际线分析、坡向分析等三维分析功能，具备快速实时显示、所见即所得等优势。随着可编程图形硬件性能的不断提高，加上高级硬件绘制语言和算法的成熟，GPU技术在GIS领域发挥的空间越来越大。利用GPU的运算能力和可编程能力，在硬件配置一般的PC电脑上，也能保证GIS分析结果实时的绘制和显示效率。例如在进行GIS坡度、坡向等分析功能时，开启GPU运算（CUDA并行计算）其计算速度能提升50%+。
直面挑战，各个击破
通过赋能打造的国土空间基础信息平台多元化能力，文章开始所提到的挑战可以各个击破。
支持大场景下海量数据加载
三维场景下海量数据的加载是个瓶颈，一直被大家诟病，我们提出通过三维瓦片动态调度、GPU 加速、多细节层次技术（LOD） 等多项关键技术，在海量栅格和矢量数据加载和调度上进行优化，大幅度提升了对海量空间数据的数据承载力和渲染性能，保证了场景浏览流畅。
二三维一体化助力性能提升
基于二三维一体化提供的可视化、分析计算，权衡效果和效率，在不同应用场景下选择不同维度的表达方式和计算方式，做到“进可攻，退可守”。
例如，建筑方案审查的时候，以往会存在三维空间查询效率低的问题，借助二三维一体化计算框架，计算的效率大幅提升，同时计算的结果也可以通过二三维的方式表达。
打造基础信息平台三维服务化能力
有了可视化的“招式”，加上分析计算的“内功”，三维数字空间下的国土空间基础信息平台俨然已经成为了一位“武林高手”。不仅可以通过丰富的“招式”对空间数据进行多维可视化表达，还可以借助“内功”驾驭复杂场景下的分析计算需求，彰显三维数字空间下的数据表现力和计算力。通过赋能国土空间基础信息平台，对外提供三维数字空间下的专题服务能力、场景分析服务、基础计算服务等能力。
背后的“侠客们”
说了这么多的“招式”和“内功”，背后的付出当然是离不开我们“侠客们”。
技术栈上横跨前端、后台和计算等方向，人设上纵跃诗人、歌手和运动健将等角色。
是三维数字空间将大家串联到一起，力求用我们的专业去呈现最好的产品，回馈给行业用户，致力于重塑三维数字空间下的国土空间基础信息平台。
经过多年的耕耘，以及山东威海项目的打磨，从最开始的重点布局可视化表达，到中途逐步把核心沉淀到计算后台，最终实现了一套可视化可分析可计算的三维数字空间地理框架。
结尾奉上我们团队诗人即兴的一首小诗，也预祝我们在三维数字空间里的探索道路上越走越远。
天断飞石沧海现，一行白猿连壁悬。
扶疏阵影步步坚，三维河图谱世间。
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✧ | 三维数字空间下的国土空间基础信息平台——要可视化，更要可分析可计算 |
✧ | 统建国土空间基础信息平台，你考虑省市县多级统筹管控了吗？ |
✧ | 如何为国土空间基础信息平台保驾护航？ |
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