实景三维建设关键环节及技术浅析

[1]。新时期的自然资源管理以及社

实景三维建设关键环节及技术浅析[1]。新时期的自然资源管理以及社

【摘要】2022年初，自然资源部下发了《关于全面推进实景三维中国建设的通知》，确定了实景三维中国建设的目的、任务及分工等，将实景三维建设作为未来地理信息数据获取的重要来源，对实景三维中国建设提出了更实际、迫切、高标准的要求。文章从当前全国实景三维建设的现状基础及存在问题出发，针对当前实景三维建设而展开的地理信息数据获取的瓶颈，探索和解析了实景三维建设过程中的关键环节。通过实景三维建设体系的构建、创新，解析了一些实景三维建设过程中的关键问题，进而对实景三维建设进行初步的探索和研究。

【关键词】实景三维；关键环节；地理信息。

1、引言

传统三维数据是基于大比例尺地形图、遥感影像和外业人工拍照的手工建模方式构建，效率低，模型质量难控制，已经无法满足当前大范围智慧城市建设需求，传统二维或2.5维矢量数据存在受众要求高、表现形式过于抽象等弊端。

实景三维因其数据获取容易、建模快速、纹理真实成为建模、管理、应用领域的热点。并且实景三维数据是很重要的新型基础测绘数据，能够真实、立体、准确体现时空信息。通过人与计算机互相兼容、物联网感知技术实现数字空间与现实空间的实时关联互通，为数字中国提供统一的框架和基础，是政府和社会经济迫切需要的重要战略性数据资源和生产要素会经济发展对地理信息产品提出了更高的要求。以独立地物为对象，不局限比例尺、标准地图分幅和地理投影等限制的实体化对象，从二维数据转变为三维空间，由空间“点、线、面”扩展至以“体”为核心的对象三维化，对现实空间进行更加生动直观的三维可视化表达。通过数据语义化表达，实现各类实景三维大数据深度集成融合，既能够实现人工识别，也能保证计算机能够识别。原来的测绘数据侧重陆地表层空间的表达，实景三维数据能够表达地上地下、水面水下以及室

[2]。因此，全面推进实景三维建设是基础测绘[1]。但目前在实景三维建设方面，仍存在以下几方面的

内室外，对全空间做到一体化描述[2]。因此，全面推进实景三维建设是基础测绘[1]。但目前在实景三维建设方面，仍存在以下几方面的业务向新型基础测绘转型升级的重要体现。

2、现状基础及存在问题

2.1实景三维现状基础

2019年下半年，自然资源部下发了《自然资源“十四五”规划编制工作方案》、《全国基础测绘“十四五”规划编制指南》，提出构建“实景三维中国”项目。2022年初，自然资源部办公厅印发《关于全面推进实景三维中国建设的通知》，对全面推进实景三维中国建设作出了部署，明确了实景三维中国建设的目标、任务、分工及要求等，将实景三维建设作为未来地理信息数据获取的重要来源。以广西为例，自2017年起，广西首先启动实景三维技术的应用与研究工作。2018年，广西根据近几年生产的DEM数据，制作了全区三维地形模型。利用航飞、快速建模等技术构建了覆盖部分重点市县建成区的实景三维精细化模型，利用实景三维数据建成三维地理信息系统在全国处于领先地位。

2.2实景三维建设存在的问题

实景三维建设是面向新时期的测绘地理信息事业，是传统测绘数据向高精尖新型基础测绘数据升级的重要部分，也是服务经济社会发展和生态文明建设新定位、新需求，是测绘地理信息服务的发展方向和基本模式，已经纳入“十四五”自然资源保护和利用规划问题：

（1）实景三维建模成本过高。由于目前航测飞机、无人机等数据采集设备、倾斜摄影测量、航空摄影测量等专业数据处理软件主要还是以国外为主，价格相对较高，虽然国内软件也在飞速发展，但相关技术成熟度和市场采用度还有待提高。此外，现有各种软硬件自动化程度不够高，需要更多的人工干预，在人工成本上也处于较高水平。因此，想要快速、实时的获取高精度大范围实景三维数据，耗费的成本仍旧维持在一个较高的水平。

（2）数据生产周期过长，数据的现势性不强。由于实景三维需获取高覆盖、高质量的数据，如作为生产实景三维的基础数据内容之一的影像数据，其受天气影响较大，一幅全覆盖的正射影像数据，从采集到完成可能在半年到一年时间。

（3）缺乏实景三维相关标准。目前在实景三维数据的采集、生产、质检等方面，虽然通过实际生产探索形成了一些技术流程，但规范化程度不够，不同生产者构建的实景数据在精度、纹理、色彩、表现形式等方面差距较大，数据生产存在较大随意性，这也进一步影响了数据的一致性使用和大范围推广。

（4）实景三维数据生产范围仍需拓展。目前实景三维数据主要集中在地上三维，特别是集中在城市建成区。考虑到数据的延展性，实景三维还可应用到沿边、沿海、沿江的领域。目前还缺少边境区域、海域以及水下三维数据内容。

3、实景三维关键环节

3.1实景三维建设技术体系和标准体系构建

（1）实景三维建设技术体系构建。开展实景三维建设总体实施方案编制，设计建设目标与任务。面向实景三维数据库建设工作的需要，开展基于遥感影像自动化DEM/DSM生产、自动化三维数据建模处理、实景三维大数据分布式存储管理、基于实景三维全要素信息分折挖掘、实景三维信息表达与服务等系列关键技术研究。根据生产规范等研发质检软件，从数据获取、处理、入库方面控制质量。在技术体系构建过程中，鼓励采用国产化软硬件技术和相关设备，逐步实现该领域的国产技术替代。

（2）实景三维建设标准体系研究。制定实景三维建设相关技术标准框架，由各单位共同商议，提出生产规范、技术方案等，进而形成地方标准或行业标准，规范生产、质检、建库、管理和服务等各个环节的技术标准。

3.2实景三维地理信息数据生产

（1）高精度地形级地理场景数据生产与更新。采用省市共建方式开展大区域2米格网DEM数据和DSM数据变化区域更新，并以3年左右为周期进行时序化采集与表达，建立持续更新机制，保障数据的现势性。

[3]。[4]。

（2）城市级地理场景数据生产与更新。收集省级和市级已有的倾斜摄影、[3]。[4]。街景影像等城市级地理场景数据，进行转换、集成等规范化处理。统筹共建市县建成区、重点区域高分辨率（如优于3厘米）的倾斜摄影三维模型数据，并按需适时更新。

（3）城市级三维形式地理实体数据生产。由各市根据需要对重要建筑、地下空间等重点对象进行精细化三维建模，生产可供查询、检索、统计、分析等功能的城市三维单体数据，满足市级自然资源管理和社会化应用的需要

（4）部件级实景三维建设。通过需求牵引、多元投入、市场化运作的方式，开展部件级实景三维建设，让有需求的政府、企业积极参与。部件级实景三维是对城市级实景三维的详尽分解以及更加细致的表达，针对专业化、个性化应用场景和需求。部件级实景三维可应用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，推动项目从前期规划、技术设计、项目实施管理等全流程信息数据融合，实现机器审查、自动化审查、智能化审查，为全面实现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

（5）物联感知数据接入与融合。国家和地方层面通过构建物联感知数据接入与融合能力，利用空间身份编码等方式与基础地理实体数据关联语义信息，实现物联感知数据实时接入及空间化。

3.3完善实景三维地理信息服务平台

（1）完善实景三维地理信息服务平台。对高精度、高时效地形实景三维数据、重点研究区域实景三维数据以及重点关注对象实景三维数据进行融合建立实景三维数据库，集成各分级、各类别实景三维立体数据资源，作为地理信息大数据中心的数据支撑。利用大数据、云计算、分布式数据库等最新技术，完善升级三维数据服务功能，实现地形级、城市级、部件级三维数据的研究应用以及协同服务，为自然资源管理各项业务提供统一的三维立体空间数据支撑。

[5]，推进实景

（2）在线系统与支撑环境建设。实景三维建设将构建统一的实景三维数据[5]，推进实景库，国家和各省市县进行分版运行。实景三维数据库具有云架构、兼顾结构化和非结构化数据特征，实现数据分布式存储、逻辑高度集中、互联互通。根据国家和省市县使用实景三维数据的不同需求，通过分层级、分节点构建信息系统平台，并依托互联网、政务网和涉密网等，使用实景三维数据支持智慧城市时空大数据平台等基础信息服务平台和公共服务平台。数字孪生、CIM城市信息模型等应用使用实景三维数据作为统一的底层数字空间，为实景三维中国提供泛在服务。

3.4基于实景三维的应用服务体系建设

结合当前自然资源精细化管理中土地管理、国土空间规划、生态修复、不动产登记、灾害监测等方面国家和部委出台的系列实景三维应用政策三维在上述领域的应用服务，形成长效化的应用服务模式，助力各省级和市级在实景三维建设方面的投入力度，实现基于实景三维的自然资源三维立体空间数据支撑。此外，稳固并拓展实景三维当前在生态文明建设、乡村振兴战略、脱贫攻坚工作，以及旅游、环保等方面已有服务，并向房产、城管、文保等部门以及公众应用方面推展，实现实景三维建设的社会效益和经济效益倍增，挖掘潜在能力。

4、实景三维建设创新举措

4.1强化自主技术产品推广及转化能力

应用服务好社会经济建设和自然资源管理，是实景三维建设的终极目标。作为一项新兴技术和产品，除了在数据采集和技术研发上加大支持力度外，还应在实景三维产品宣传、应用推广和数据共享服务等方面大做文章。此外，也应完善自主技术成果的市场转化，加大成果的服务面，同时也通过转化应用反哺科研创新工作，使自主技术和软件能够良性迭代优化。

4.2鼓励国产化技术的使用和逐步替代

由于目前航测飞机、无人机等数据采集设备、倾斜摄影测量、航空摄影测量等专业数据处理软件主要还是以国外为主，价格相对较高，实景三维建设无论在财力，还是物力、人力上的耗费都非常大。而且随着当前国外对中国采取的技术

封锁形势仍旧十分严峻，面向总体国家安全观中科技安全、信息安全、资源安全等的考虑，在实景三维建设的核心关键技术上，提倡自主研发，鼓励采用国产化的相关技术和软硬件产品，结合自主创新发展，逐步实现该领域技术及装备的国产化替代。

5、结语

虽然实景三维建设进入高速发展的新时期，但是实景三维建设在研究和操作上仍然有较大的技术难关，存在建设周期长、建设成本高等问题，需要进行长期实践和经验积累。因此，实景三维建设应该把握好关键环节，在加快建设同时开展应用创新、服务创新、模式创新，建立典型应用示范，引导和带动三维时空信息产品应用，形成社会化服务新格局，推动实景三维持续发展，让实景三维建设成果广泛服务国家自然资源保护、生态文明建设、环境保护、乡村振兴以及脱贫攻坚等工作。

参考文献

[1]自然资源部，自然资源部办公厅关于全面推进实景三维中国建设的通知，自然资办[2022]7号.2022.

[2]赵蕾，自然资源部有关司局负