實景三維建設的必要性與可行性分析

于倩

摘? ?要：2018—2019年，自然資源部密集出臺文件及講話精神，鼓勵實景三維中國建設。本文通過對相關政策的解讀，結合山東省內外實景三維建設現狀，分析了經濟社會發展對實景三維建設的需求，以及現有的建設條件。在當前背景下開展實景三維建設，是服務山東省八大戰略，為政府部門和眾多行業領域的廣泛需求提供支撐的必要條件。

關鍵詞：實景三維? 建設現狀? 必要性? 可行性

中圖分類號：P237? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（b）-0007-02

實景三維是遙感測繪、大數據、云計算、智能感知等新技術催生的新型地理空間數據，其效果逼真，要素全面，具有極強的展示效果，而且具有測量精度，可以還原真實世界的完整面貌，使人類對自然地理環境的認知從二維走向三維。2018年4月，自然資源部陸昊部長在海南調研測繪地理信息工作時專門指出，自然資源登記等系統，要由二維系統變成三維系統，解決自然資源調查、確權和國土空間用途管控等問題。2019年2月，自然資源部召開全國國土測繪工作座談會，明確提出，要開展實景三維中國建設，并于今年啟動全國“十四五”基礎測繪規劃編制工作，推動在國家測繪基準體系建設與精化、實景三維中國建設、海洋測繪、內陸水下測繪等方向，凝練形成大項目、大工程。2019年11月，自然資源部印發《自然資源部信息化建設總體方案》，明確提出，推進三維實景數據庫建設，推動建立三維立體自然資源“一張圖”。這些政策與文件的出臺為建設實景三維中國提供了充分的政策保障。在這一背景下，建設實景三維山東，是服務山東省新舊動能轉換及“走在前列，全面開創”戰略布局的現實要求，也是為政府部門和眾多行業領域的廣泛需求提供支撐的必要條件。

1? 實景三維建設現狀

隨著傾斜攝影、自動化建模等技術的發展，以及智慧城市建設的推進，國內一些省市相繼開展了實景三維模型建設，并在規劃審批、城市管理、自然資源確權登記等方面取得顯著應用成效，下面以重慶市、臨沂市為例說明。

1.1 重慶市

實景三維重慶從2016年開始籌劃、啟動，至2019年4月建設完成，歷時3年時間，在全國率先建成了覆蓋全域8.24萬km2的實景三維模型，完整反映重慶市全域的地形地貌特征和城市精細紋理，走在了全國前列。實景重慶采用全市域0.4m、主城全域0.2m、主城建成區0.08m、29個近遠郊區縣0.05m、部分重點區域0.03m等多尺度數碼航空影像或傾斜影像，城市區域構建精細模型，其余地區采用地形三維模型，構建了高精度、種類全、覆蓋廣的全域三維孿生空間。該成果已為開展脫貧攻堅、自然資源管理、城市品質提升、空間規劃、城鄉建設、智慧城市、歷史文化資源保護、重大基礎設施建設、應急處理等工作提供了堅實的技術保障和數據支撐[1]。

1.2 臨沂市

臨沂市航空攝影與實景三維模型制作項目于2016年9月啟動，歷時近3年圓滿完成。項目采用傾斜攝影和機載激光雷達相結合的方式完成了市轄三區2300km20.05m分辨率實景三維模型制作，項目于2019年6月通過專家驗收，是首次在實景三維建模中應用激光雷達與傾斜攝影深度融合技術的地級市。項目獲取的正射影像、數字高程模型、單體化實景三維模型等數據，為臨沂市經濟社會發展提供了豐富數據成果，為臨沂市優政、惠民、興業提供全方位時空信息服務，效果顯著。

2? 實景三維山東建設的必要性分析

2.1 空間公共基底方面的需求

隨著BIM、大數據等技術的發展，交通規劃設計、城市管理等工作對精細化、真實性的要求越來越高，相應的與空間位置相關的工作在管理、分析、決策的方式、方法上逐步由基于二維空間數據向基于三維空間數據轉變。這些行業對實景三維數據需求強烈，但卻往往不具備生產、管理這些數據的能力。另一方面，若由需求方自行組織數據獲取，不僅會極大增加項目成本，而且不同行業間也容易重復投資，造成資源浪費。因此，為了服務全省經濟社會發展，滿足各行各業對三維空間公共基底的需求，促進資源集約節約利用，需要從全省層面統籌協調，采用統一的三維空間基準，建立一套基礎、權威、公共的三維空間基底數據。實景山東所構建的三維空間及其服務平臺，將成為信息集成融合以及行業應用的基礎空間信息支撐，為新舊動能轉換提供科技助力。

2.2 三維空間數據方面的需求

實景三維模型是一個城市、地區地表形態及地面附屬物變化的真實和完整記錄，具有信息、檔案、證據、歷史等多重屬性和作用。目前無論是在自然資源行業內還是行業外，都對真實、精確的實景三維模型有著旺盛的需求。

自然資源部門多項管理職能需要實景三維數據的支撐。2019年5月，中共中央、國務院印發了《關于建立國土空間規劃體系并監督實施的若干意見》，明確指出建立國土空間規劃體系，將主體功能區規劃、土地利用規劃、城鄉規劃等空間規劃融合為統一的國土空間規劃。這里的國土空間規劃是三維的概念，而不是傳統的二維平面規劃。因此，無論是三維自然資源登記系統，還是國土空間規劃，以及生態修復等其他自然資源管理職能，都必須有一套統一、權威、真實、詳細的實景三維模型作為數據基礎。

在自然資源行業外，傳統的二維矢量及影像數據越來越不滿足各行各業對現實世界虛擬重現的需求。如在警用方面，二維地圖只能提供平面位置信息，不能提供細致的真實環境，無法滿足公安在刑偵、安保、應急指揮等深層次應用上的需求。公安部在印發的《全國警用地理信息基礎平臺總體建設方案》中，明確鼓勵使用可量測實景三維，以豐富PGIS應用的數據種類和應用效果。三維可視化警用地理信息系統代表著PGIS領域的重要發展方向。另外，數字城管、文物保護、地下空間管理等領域也在越來越多的尋求三維解決方案。

2.3 三維空間展示方面的需求

除了基于三維模型的深度分析與應用，實景三維數據所見即所得的特性決定了“看”也是其重要的價值所在。和常見的二維影像圖只能表現“表皮”相比，三維實景既有“表皮”又有“骨架”的鮮活結構，地面上的高低起伏、建筑形態等皆真實、立體，為旅游景點展示、城市形象宣傳、招商引資等等提供了一張鮮活的名片。以招商引資為例，實景三維模型可將待招商地塊的交通、區位、資源，以及各類重要經濟社會文化數據，以多視角、多維度的方式，準確、翔實地呈現出來，讓投資商足不出戶，就可以全方位多角度掌握地塊信息，對地塊及周邊環境、規劃有更直觀、全面的認識。

3? 實景三維山東建設的可行性分析

中國科學院院士、中國工程院院士李德仁指出，“實景三維產業已經具備充分的技術條件，且市場需求強烈，具備推進實景三維中國建設這類大型國家級工程的基礎”。近年來隨著測繪科技與信息技術的飛速發展，一方面在數據采集端，城市三維模型的構建方法從最開始的手工構建模型框架、拍照貼圖的方式，已轉變為先進采用無人機、大飛機進行傾斜攝影、激光掃描等技術，軟件自動化生成大范圍全景三維模型的方式[2]，不僅使得成本大幅度降低，而且模型數據越來越具有實時性、真實性。另一方面在數據應用端，5G網絡、云計算、物聯網等技術的逐漸成熟讓業界具備了海量數據處理與發布的能力。可以說，目前建設實景山東已經具備了成熟充分的技術條件。

3.1 數據獲取手段日益成熟

利用傾斜攝影平臺快速獲取多角度影像，已成為當前獲取空間數據的有效方式之一[3]。傾斜攝影技術是國際攝影測量領域近十幾年發展起來的一項高新技術[4]，目前主流的傾斜相機都采用下視、前視、后視、左視、右視五個將鏡頭結合來獲取地物傾斜影像。不同于傳統的單鏡頭下視攝影測量只能采集地物頂部的完整信息，傾斜攝影測量可以獲取地物側面詳細的輪廓及紋理信息，再對影像進行空三加密、密集匹配，生成TIN三角網，根據TIN三角網構建三維白模，并將影像紋理映射至白模，構建實景三維模型。目前這一技術在行業內已經得到廣泛應用，以往采用人工建模方式一兩年才能完成的一個中小城市建模工作，通過傾斜攝影建模方式只需要3～5個月時間即可完成，大大降低了三維模型數據采集的經濟代價和時間成本。

3.2 數據處理能力日益強大

實景三維建模軟件的雛形來自于華盛頓大學的Visual SFM，這是一個學術界的開源軟件，也是大部分實景三維建模軟件的起源。目前主要的傾斜攝影建模軟件系統包括Context Capture、Pix4D、Inpho、PhotoMesh、PhotoScan以及國產的Mirauge3D、DP-Smart等。這些軟件均可針對整個區域構建三維模型，作業自動化及效率較高[5]，且大部分都形成了完整的市場化解決方案。

3.3 行業隊伍日益壯大

截至2018年，山東省甲、乙、丙、丁級測繪資質單位各有51家、173家、373家、496家[6]，全省測繪資質單位數量及測繪專業技術人員保持穩步增加，結構不斷優化，整體測繪水平和測繪服務行業市場成熟度較高，其中濟南市勘察測繪研究院、青島市勘察測繪研究院、中科遙感科技集團有限公司等企業單位在濟南、青島、濰坊、臨沂等市相繼開展實景三維建設，在此過程中積累了豐富的項目經驗。

4? 結語

隨著行業的不斷深入發展，實景三維將在國土空間規劃、生態保護與修復、公安應急處置、城市風貌管理、文物古跡保護等方面將發揮越來越重要的作用。綜上，實景三維山東既具備成熟的建設條件，又能滿足經濟社會發展的迫切需求，應從全省層面統籌規劃，盡快開展實施。

參考文獻

[1] 馬紅.大范圍多源多尺度實景三維模型建設及應用研究——以重慶市實景三維模型建設為例[J].測繪通報，2019（S2）：61-64.

[2] 陳思，馮學兵，劉陽.基于傾斜攝影實景三維模型單體化分類與應用[J].北京測繪，2018，32（4）：409-414.

[3] 李德仁，肖雄武，郭丙軒，等.傾斜影像自動空三及其在城市真三維模型重建中的應用[J].武漢大學學報：信息科學版，2016，41（6）：711-721.

[4] 李安福，曾政祥，吳曉明.淺析國內傾斜攝影技術的發展[J].測繪與空間地理信息，2014，37（9）：57-59，62.

[5] 文述生.傾斜攝影測量技術構建城市實景三維建模方法研究[J].華北自然資源，2019（4）：73-75.