实景三维技术与应用白皮书

实景三维技术与应用白皮书(2022)指导专家李德仁中国科学院院士、中国工程院院士刘先林中国工程院院士郭仁忠中国工程院院士主编刘玉璋泰伯网创办人、董事长兼泰伯研究院院长编委（按姓氏拼音字母排序）陈品祥北京市测绘设计研究院原副院长、教授级高工邓非武汉天际航信息科技股份有限公司创始人顾建祥上海测绘院首席专家刘俊伟泰瑞数创科技（北京）股份有限公司创始人、董事长宋彬北京飞渡科技有限公司创始人、首席执行官陶闯维智科技创始人、董事长王珏北京博能科技股份有限公司董事长吴秋华北京国遥新天地信息技术股份有限公司董事长、总经理谢刚生广东南方数码科技股份有限公司总经理颜军珠海欧比特宇航科技股份有限公司董事长张志华青岛市勘察测绘研究院院长目录前言TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1、 实景三维发展概述 7内涵 7政策 9市场 13相关标准 151.5•应用情况 16\o"CurrentDocument"2、 实景三维技术体系 18\o"CurrentDocument"技术架构 18关键技术 20221倾斜摄影三维建模 202.2.2激光点云 22\o"CurrentDocument"2.2.3卫星测绘 23224三维可视化. 24\o"CurrentDocument"2.2.5云服务和时空人工智能 27\o"CurrentDocument"2.2.6应用赋能 29\o"CurrentDocument"3、 实景三维中国建设情况 31\o"CurrentDocument"3.1建设进展概览 313.2实景三维青岛建设情况 333.3实景三维北京建设情况 353.4实景三维上海建设情况 393.5实景三维武汉建设情况 423.6实景三维西安建设情况 433.7实景三维宁夏建设情况 453.8实景三维济南建设情况 48\o"CurrentDocument"4、 实景三维典型应用场景 51\o"CurrentDocument"4.L应用场景概览 514.2实景三维与自然资源 514.3实景三维与城市管理 564.4实景三维与应急安全 634.5实景三维与智慧文旅 694.6实景三维与新基建 71\o"CurrentDocument"5、 趋势与建议 775.1未来发展趋势 775.2存在问题与建议 78#图12十四运数字李生项目显示平台（四）典型案例四：广东省党政机关用房管理系统项目案例概述：2019年，广东省加强办公用房集中统一管理工作，机关局会同数据局推进建设了本管理系统，发挥了“数字政府”平台的公共支撑能力,将新技术、新方法服务于管理需要，解决了管理工作中遇到的实际困难问题。广东数智云联信息技术有限公司参与了本项目的建设工作。案例内容：（1）三维可视化管理台账基于室内外三维实景数字空间底座，建立从单位院落、楼宇建筑、办公楼层到具体房间的可视化信息台账，给系统使用人员带来“身临其境”的管理体验。该项目通过无人机航拍、室内3D扫描摄像等方式，采集了办公用房外景、内景的影像数据，720度全景展示办公用房、办公场所、单位院落的真实情况和各类细节。实现全省351家公益一类以上单位办公用房管理对象单位、房产资源（办公用房、出租出借、经营物业）、使用人员（人员编制、领导干部办公用房）信息的全覆盖。（2） 全流程业务在线办理将办公用房各类基础台账信息与三维空间地理信息数据深度关联融合，在线办理办公用房规划、权属、配置、处置相关管理业务工作，将“死的”数据在管理、调配基础上，变为“活的”“可视化”数据，形成办公用房的全生命周期管理。（3） 智能化辅助决策支持实现办公用房资源点、线、面到三维立体的延伸，所有台账均支持全系统、全数据库高级检索，按需求、按要素分类展示，支持房源区域范围检索、分类定位、辅助分析等功能，解决了传统台账存在的房源看不见、找不着、用不上的问题。案例成效：目前，基于实景三维的党政机关用房管理已经在广东、山西、新疆建设兵团、云南、江西等5个省份的办公用房项目中进行了应用，对于日常管理、房屋调配、巡检检查到起至关重要的作用，不再停留在纸制台账的管理层面，而是以直观的、立体的、可视化的形式进行管理，保证了数据的质量，提升了管理效率，同时为后续为办公用房使用、规划、建设提供实景支撑。未来将实景三维充分与物联网相融合，在实景三维的基础上，结合物联网技术技术、3S技术和互联网，将与大型设备运行、房屋安全、房屋维修、房屋使用的监管紧密相连，实现线上线下一体管理，足不出户，就可了解办公用房的每一个地方，每一个特点，真正实现以实景管房。4.4实景三维与应急安全4.4.1需求背景国务院于2021年12月30日印发了《“十四五”国家应急体系规划》，《规划》中提到，到2025年，应急管理体系和能力现代化建设取得重大进展,建成权威高效的国家应急能力体系。到2035年，建立与基本实现现代化相适应的中国特色大国应急体系，全面实现依法应急、科学应急、智慧应急，形成共建共治共享的应急管理新格局。以实景三维数据为基底，结合物联感知等相关技术，将有助于向事前防范预案、事中应急决策、事后重建监督的智慧应急管理体系迈进。4.4.2应用场景应急预案场景：构建灾民避难与安置情景，以灾区周边地区的避难场所、医院床位等数据为基础，利用GIS空间分析技术，模拟分析灾民的转移需求与能力，给出高效合理的灾民转移方案。救援场景与应急能力评估：以灾后生命救援任务为主线，分析构建灾后城市救援场景，研究包括城市灾后生命救援区域的救援工程器械、救援队伍、抢修保通队伍、医疗救援力量等资源调配和再分配策略，评估区域灾害应急准备能力。工程安全监控：结合实景三维数据和物联感知设备，实时监控人员位置和安全情况，出现异常，及时施救，保障人员生命安全。4.4.3典型案例(1)典型案例一：南方电网深圳供电局电缆隧道数字弯生平台案例概述：该项目为深圳首个具备数字弯生技术的电缆隧道综合监控系统建设项目。项目以国内首条总长11公里的国产220千优可交联聚乙烯绝缘料电缆示范工程为试点，以“新型电力系统”“数字享生”“三维重建”为导向，对电缆隧道内场景1:1还原，可实现资产可视化管理，一键获知设备信息。其中，数字率生技术充分利用物理模型，通过传感器更新、运行历史数据的集成仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。本项目参与建设单位为北京国遥新天地信息技术股份有限公司。案例内容及成效：通过对隧道内场景釆用激光扫描仪进行点云扫描三维建模，建立隧道内设施设备的享生模型，在办公电脑上就可以获知隧道内设备位置分布、精度达厘米级的通道距地面高程和设备台账等信息。平台还以弯生模型为载体，海量接入视频监测、环境监测、环流在线监测等11类智能终端数据，构建了多状态感知能力，为未来的隐患分析，状态标识提供数据支撑，有效辅助运维决策。同时集成电缆本体监测、环境监测、隧道机器人、隧道视频等传感器实时数据，实时感知电缆本体及隧道环境。通过电网数字享生实现现场安防设备的远程控制，包括门禁、照明、风机等在内的安防设备，同时接入机器人轨道路径和移动位置数据，控制机器人的启动与关闭，并同步现场位置状态数据，还可实现应急预案的自动控制。基于已完成物理设备实体化的电缆本体、中间接头、交叉互联箱等关键设备，电网数字弯生可对模型进行模拟拆解和组装。拆解后可查看任意方向的截面，有利于设备培训、讲解等方面。同时显示不同角度的截面和剖面信息，通过剖面的方式进行组成内容的分析和展示。图14电缆隧道数字李生平台（2）典型案例二：露天矿监管应用。案例概述：伴随新兴科学技术的发展，大部分矿山正经历从自动化矿山向数字化矿山、智慧化矿山转变的过程，以往的二维图件不能满足现在矿山的生产和政府监管部门的需要，因此依据国家信息化建设总体方案要求，结合矿山企业和政府监管部门实际的需求，河北省水文工程地质勘查院对实景三维在矿山资源资源监管中的作用进行了探索。结合矿山实际情况，对三维实景建模、激光雷达扫描、三维矿体语义化等新兴技术在矿山资源监管中应用进行了研究。泰瑞数创科技（北京）股份有限公司参与了本项目的建设。案例内容：目前只对部分露天矿山数据进行釆集分析，因此现阶段系统实现的成果主要为露天矿山超深越界监测、露天矿山动用资源储量监测、露天矿山生态环境监测、露天矿山安全生产监测。通过矿山三维系统，定期更新三维实景模型，可实现对破坏的土地、受损植被、粉尘污染、水体污染、荒漠化等矿山生态环境监管，还能监管矿山是否按照土地复垦方案和环境恢复治理方案及时开展工作，对土地复垦及矿山环境治理效果实现动态监测。露天矿山的地面、釆面和边坡受爆破震动、车辆运输中的自身载荷和冲击载荷等因素影响较大，易出现地面沉陷、塌陷坑、山体垮塌、崩塌、滑坡裂隙等情况。利用三维系统中的三维模型可实现对地质灾害的监测，利用矿山三维系统软件中的坡度分析功能，自动计算出矿山三维地形坡度值，设置边坡安全阈值，监测并定位坡度超限区域，预防安全事故的发生，实现安全预警。开采范围监测管理动用资源量监测开采范围监测管理动用资源量监测图15矿山智慧管理系统C3）典型案例三：时空人工智能赋能成都市防汛防涝预警疏散平台案例概述：防汛防涝预警疏散平台，通过搭建数字率生底座，整合防汛数据、市政数据、应急数据和时空动态数据，实现在汛期“早防范，早转移〃的目标。在汛期发生的整个过程内，在需要对平台管控区域的人员进行疏散时，基于平台给出安置疏散点的建议、疏散路径规划，并对易涝地区范围会受影响的群众人数给予预期判断，为政府在应急轻快的决策提供辅助与支撑作用，减少人民的财产损失。本项目参与建设单位为上海维智卓新信息科技有限公司。案例内容：防汛防涝预警疏散平台釆用全时空信息的动态融合技术，汇聚多源异构数据，以时空为索引，采用时空知识图谱等方法构建模型，融合多方数据。结合多场景应用的智能分析技术，基于场景建立与训练时空智能模型将整合好的数据，以预警、发现、调度、处置为工作基准，为5大应用场景（交通热力场景、沿江疏散场景、景区疏散场景、易涝点小区人群预警场景、人群流向分析）提供数据支持，为应用赋能。4.5实景三维与智慧文旅4.5.1需求背景2022年1月20日，国务院印发了《“十四五”旅游业发展规划》，《规划》中提到，到2025年，智慧旅游特征明显。到2035年，旅游业综合功能全面发挥，整体实力和竞争力大幅提高，基本建成世界旅游强国。基于实景三维的技术手段，实现线上化、虚拟化，有助于提升实体景区游客体验、加速旅游资源的跨区域共享，并在充分保护珍贵文化资源的基础上进行文化传播。4.5.2应用场景目前可结合实景三维技术开发的应用有：（1） 实体景区内：基于实景三维数据和机器视觉等设备，一方面可实现景区内管理，如景区视频监控、车辆调度等；另一方面，可以优化游客体验，实现全景导游导航等功能。（2） 线上文旅：基于实景三维的虚拟数据，在用户端做虚拟世界呈现，可实现线上VR景区、线上重点保护文物观览等应用场景。4.53典型案例（1）典型案例一：张家界地貌纵览实景三维案例概述：该项目主要领导单位为张家界国土资源局，主要执行单位为湖南省第三测绘院，主要供应商为上海航遥信息技术有限公司。案例内容：张家界武陵源釆用倾斜摄影技术制作的实景三维数据，该成果覆盖整个武陵源景区，面积达160平方公里，是国内首批次大范围应用倾斜摄影技术获取的旅游景区实景三维数据。武陵源三维数据是“数字张家界地理空冋框架建设”工程的一项重要成果，实现了三维实景旅游景区建设，釆用倾斜摄影系统，在完成航空摄影、坐标精确配准、三维模型构建和纹理自动贴图等工作后，制作了覆盖整个武陵源景区的实景三维数据成果，总数据量超过250G,对“智慧景区”、“智慧旅游”建设有着重要的推动作用。该成果覆盖整个武陵源景区，面积达160平方公里，是国内首次大范围应用倾斜摄影技术获取的景区实景三维数据。据项目承担单位湖南省第三测绘院相关负责人表示，通过张家界实景三维数据成果，能够实现对武陵源天子山、袁家界、宝峰湖、黄石寨、杨家界等景区及旅游路线任意角度的浏览、查询和快速定位，全方位欣赏张家界地貌四个发展阶段的典型特征。基于该成果的应用软件上线后，人们只需下载这个软件，便可以在电脑、手机等终端查看武陵源景区各个景点的地理环境，景点旁还将有专业导游信息介绍，人们可以身临其境地完成自助导游。图16张家界智慧旅游系统4.6实景三维与新基建4.6.1需求背景一直以来，基础设施建设是国家重点投入的战略领域。中央财经委于2022年4月26日召开的第■一次会议中提到，要加强交通、水利、能源等网塔型基础设施建设，把联网、补网、强链作为建设的重点，着力提升网络效益。另外，可以适度超前开展基础设施建设。可见，基础设施建设在未来很长一段时间内都将持续开展。借助实景三维的技术能力，实现高效、智慧化的建设，是重要的应用方向之一。4.6.2应用场景智慧工程：借助实景三维的数据釆集、平台建设、动态更新的技术能力,针对交通、能源、水利等等工程建设项目，开发智慧管理平台。4.6.3典型案例C1）案例一：南通数字享生高速公路智慧建造平台案例概述：该项目采购方为中国建设基础设施有限公司，本项目供应商为武汉天际航信息科技股份有限公司，建设时间为2021-2022年。案例内容：南通高速公路智慧建造管理平台及配套装备研发与应用课题以云+手机的多端协同方式，以质量、安全、成本三个维度的数字寧生管理为切入点，使用BIM+GIS融合技术、视联网技术、视频配准技术、影像定位技术构建实景三维底图+视联网+特色业务应用的三层架构。具体表现在以下几个方面:使用数据中台，提供多源数据融合和多端协同的可视化管理手段；通过无人机智能巡检技术达到智慧化的无人巡检；通过“质量安全AR管理子系统“与视联网技术、AI自动识别相结合，实现了围绕事件驱动的人、机、料、法、环的闭环管理。图17高速公路智慧建造平台案例成效：本项目以南通绕城高速公路建设为背景，利用BIM原理，自动化创建并利用数字模型对高速公路进行建设管理，将工程进度与三维模型有机结合，形成动态的进度模型，进而生成虚拟的场景模型，以方便建设管理者快捷、直观的了解施工进度状况，合理的制定施工计划，优化施工资源的配置，提高质量，降低成本，确保安全，有效地提高工程建设管理的信息化水平和效率，从而达到真正意义上的“四控两管一协调”，使项目管理更加标准规范、方便快捷、形象直观。同时，在南通绕城高速公路交通强国试点应用基础上，建设单位进一步探讨将数字挛生技术从高速公路智慧建造平台应用中，升级到整个高速公路的规划、投资、设计、建造及运营等全生命周期的应用上，并尝试将数字享生与云服务、其他数字世界进一步的整合,打造新时代高速公路智慧管理的数字化应用典范。（2）案例二：北京地铁时空服务平台项目案例概述：北京地铁在《2020年行政工作报告》明确提出：在突出安全可靠，长治久安，着力建设更高水准的平安型地铁方面，需要加大在信息化、网络化、数字化、智能化方面的研究和投入，推进以“空间数字化”为代表的GIS新技术应用示范建设，实现对人员和物资设备的精准定位和调度，提升安全运营精细化管理水平。在突出改革创新、创新驱动，着力建设更高水准的创新型地铁方面，需要推进运用物联网、云计算、大数据、5G、GIS等技术，开展示范应用工程试点，提升运营管理和服务智能化精细化水平。基于上述背景，北京市启动北京地铁时空服务平台项目建设。本项目承建单位为广东南方数码科技股份有限公司。案例内容及成效：北京地铁时空服务平台项目基于地下三维实景空间数据底座，通过已经建设的北斗连续运行的参考基准站、在线,路车站/区间隧道部署的定位基站、为工作人员配置的定位标签和具有定位功能的终端等设备，提供实时和高精度的定位服务，并通过建设人员位置信息监控管理的平台系统，实时监管地铁工作人员的行为，对违规行为发出报警信息，从而解决地铁工作人员安全作业的问题。通过髙精度定位设备和三维地图的结合，实现地铁设备信息管理的可视化、时序化的运营管理，从而改进现有的台账式的管理方式，提高地铁资产管理的效率，满足地铁日常运营的实际需求。图18地铁巡检应用平台界面图（3）案例三：首都机场时空服务平台项目案例概述：本项目作为首都机场的重点建设项目，以运行业务为本源，聚焦生产运行各关键节点，运用新技术为机场业务活动的高效便捷服务，辅助管理模式创新。随着本平台的落地应用，首都机场实现了设备设施网联化、运行态势可视化、主体资源协同化，感知研判智能化，服务配置个性化运行管控精细化除强有力的硬科技支撑，本项目的建设过程中还不断运用技术推动管理模式和理念创新，实现软实力和硬实力的双向提升。本项目参与单位为北京博能科技股份有限公司。案例内容及成效：平台架构包括四层，即时空数据、支撑平台、业务机理模型和智慧运行应用，涵盖数据、支撑技术、业务模型与算法、智慧运行具体应用。运用基于GPU云化技术的大规模高性能高逼真的三维渲染技术，以及基于数据空间的机场物理空间和虚拟空冋虚实双向交互技术，对机场空域、飞行区、航站楼以及公共区域室内外环境、设备和设施完成三维建模,融合航班运行和旅客服务为核心的业务仿真，集成实时视频实现虚实无缝融合，构建首都机场全域全要素的三维运行场景。实现机场业务的态势感知及全景可视化，实时动态呈现机场空中、场面与航站楼内部运行态势、运行指标、保障进程、服务资源状态和环境、防汛、天气等监测数据，辅助保障车辆、人员及机位等主体资源的高效协调，为机场决策层、管理层、运行层和作业层等各层面的应用有效赋能，助力“数字享生''机场落地，持续引导机场安全保障、运行效率和服务体验的不断提升。该数字化平台，可让使用者不用去现场，即可“身临其境"地浏览楼内布局和设备设施，完成流程规划与调度演练，不断进行方案评估与优化，尤其在疫情防控的特殊时期，最大限度地降低了人员感染的风险。同时，还在三维场景的基础上，接入了关键节点的视频信息，实现了“虚实融合”，辅助业务人员实时监测航班保障情况。5、趋势与建议5.1未来发展趋势技术趋势更高效的倾斜摄影、激光点云三维建模能力。未来，包括倾斜摄影、激光点云等在内的数据釆集处理效率，以及植物、建筑物、构筑物的单体三维建模能力等都有进一步提升的空间。海量数据的动态管理和高并发运行能力。目前各地方均已陆续开展实景三维建设，未来数据量必然非常庞大，承载能力、数据管理能力、接受大量用户访问调用数据的能力，在未来的使用场景之中显得非常重要。更低成本的局部动态更新能力。目前的实景三维釆集是个阶段性、全局性的工作，其成本很高，未来不可能频繁开展全域数据采集，所以动态局部更新的能力非常重要。如何更高效、更及时、更低成本的实现实景三维数据局部更新，是关乎未来实景三维可持续发展的一项关键命题。更智能化的数据智能决策和服务。智能化是未来实景三维发展的必然趋势，所有的数据都具有时间与空间的属性，数字化转型的核心在于将数据时空化，而不是简单处理时空数据。通过数据时空化，AI算法时空化，数字享生城市才能深入到更加精细的场景中挖掘复杂关联的数据价值。时空人工智能作为AI领域的新型应用技术，将在未来城市计算、分析、预测中释放巨大潜力。应用趋势自然资源等行业数字化迎来新机遇。基于实景三维数据的可视化展示能力、管理分析能力和动态更新能力，可以更好的与诸多自然资源领域应用场景进行融合，不仅可以优化提升现有能力，还有助于进一步开发面向未来需求的新能力，进一步健全自然资源管理全过程、标准化、透明化的运行监督机制，全面构建高效运行的自然资源大监管格局。除了自然资源以外，水利、能源、交通等“十四五”重点行业的数字化转型升级也都将为实景三维发展带来新机遇。城市治理将从二维完全转向三维。未来城市管理将从治理走向智理，以大数据、云计算、数字享生等数字技术驱动，现代化城市治理将逐渐从二维走向三维。实景三维一方面可以体现更充分的城市地上地下基础信息，让政府在做规划时更直观、更科学；另一方面，以实景三维数据联合物联网动态感知设备，可以实时监测各种危险信号，可开发出三维城市预警平台等新的应用。未来，智慧城市的发展将与实景三维的关联度越来越紧密，需求也会越来越多。自动驾驶、元宇宙等带来史大想象空间。未来，实景三维数据将有机会与自动驾驶、元宇宙等更多新场景进行结合，实现高精地图更低成本、更多开放式场景的动态更新，以及大尺度地形或场景重建、渲染等功能，广泛应用于汽车、游戏、社交、文旅、健身、购物等大众化场景中。随着自动驾驶和元宇宙时代的来临，实景三维数据有可能迎来更大规模的需求爆发。5.2存在问题与建议(1)项目投入大周期长，需要落实资金保障由于实景三维项目前期投入大、建设时间长，同时还需要长期动态维护和更新，因此资金落实与保障是目前调研中最为突出的问题。虽然在经济下行与疫情常态化防控等背景下地方资金投入受到影响，但是从数字化转型升级的长周期和大背景来看，实景三维属于新型基础设施建设的一部分，“要想富、先修路"，各地政府部门应该提高站位，更加理性、更加客观的算好实景三维短期投入与长期发展的经济账。（2） 空域权限申请