實(shí)景三維在自然資源管理中的應(yīng)用淺析

摘要：在過(guò)去，人們只能通過(guò)傳統(tǒng)二維地圖對(duì)現(xiàn)實(shí)中環(huán)境地貌進(jìn)行縮略表達(dá)，除了制作過(guò)程較為復(fù)雜之外，大量實(shí)際場(chǎng)景中地形地貌里的細(xì)節(jié)都無(wú)法如實(shí)還原到位，如地形紋理、地理高度、地貌形狀等等，往往所繪制出的二維地圖都與實(shí)際場(chǎng)景有較大差異。隨著科技不斷發(fā)展，實(shí)景三維技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文以實(shí)景三維技術(shù)為中心，簡(jiǎn)單對(duì)其獲取三維的兩種方式進(jìn)行介紹，著重探討了其中一種技術(shù)，即“DOM+DSM”技術(shù)方法所產(chǎn)生的實(shí)景三維在自然資源領(lǐng)域中應(yīng)用前景，希望為自然資源管理行業(yè)提供一些參考建議。

關(guān)鍵詞：實(shí)景三維;自然資源管理;應(yīng)用淺析

引言

實(shí)景三維也被稱作全景環(huán)視或者360°全景，能將真實(shí)世界一草一木通過(guò)實(shí)際景觀視圖表現(xiàn)出來(lái)，融合各種信息采集和制作手段，創(chuàng)造出具有真實(shí)場(chǎng)景紋理，能被測(cè)量的實(shí)體化三維場(chǎng)景。人們最開始發(fā)展實(shí)景三維技術(shù)時(shí)是為了直觀地顯示區(qū)域地形地貌，只適用于軍事領(lǐng)域，后來(lái)才逐漸應(yīng)用到與群眾日常生活中，包括城市規(guī)劃、城市模擬、建筑設(shè)計(jì)等并逐漸獲得群眾認(rèn)可。

1、獲取實(shí)景三維的技術(shù)理論

1.1 傾斜攝影技術(shù)

傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域近年來(lái)逐漸興起的一種高新技術(shù)，其改變了過(guò)去正射影像只能從垂直角度拍攝的情況，通過(guò)在相同飛行平臺(tái)搭建多個(gè)傳感器，同時(shí)從1個(gè)垂直鏡頭、4個(gè)傾斜鏡頭共五個(gè)不同角度進(jìn)行圖像采集，將用戶引入真實(shí)、可觀性強(qiáng)的世界。傾斜攝影技術(shù)的主要運(yùn)用是通過(guò)高效自動(dòng)化的三維建模技術(shù)，對(duì)具有準(zhǔn)確地理位置信息的實(shí)景三維場(chǎng)景進(jìn)行快速構(gòu)建，直觀把控目標(biāo)區(qū)域內(nèi)山川地貌與所有居住物細(xì)節(jié)特征，為群眾提供更優(yōu)質(zhì)服務(wù)[1]。

1.2 “DOM+DSM”模式

近幾年，諸多研究人員利用多源數(shù)據(jù)特性，將多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合從而創(chuàng)建出三維建模，不同數(shù)據(jù)源建出來(lái)模型效果也有巨大差異，根據(jù)不同數(shù)據(jù)源建立三維建模這種方法也是現(xiàn)代三維重建重點(diǎn)發(fā)展方向。在實(shí)際工程應(yīng)用中，部分范圍較大的場(chǎng)景建模都是多源數(shù)據(jù)融合的結(jié)果，因?yàn)閱我粩?shù)據(jù)源會(huì)對(duì)模型品質(zhì)、精準(zhǔn)度產(chǎn)生一定影響。隨著航測(cè)、遙感技術(shù)持續(xù)發(fā)展，利用數(shù)字正射影像（DOM）疊加包含建筑物、橋梁、植被數(shù)字表面模型（DSM）已經(jīng)成為生成數(shù)字三維成果的有效手段，其主要原理就是通過(guò)航空攝影獲取大范圍高分辨率正射影像，并輔以機(jī)載激光雷達(dá)手段得到正射影像無(wú)法獲取的地面高程信息，兩者有機(jī)結(jié)合可生成大區(qū)域精細(xì)化實(shí)景三維模型，如圖1所示。該技術(shù)具有高精度、低成本、信息廣泛等特點(diǎn)，因此將數(shù)字正射影像測(cè)量技術(shù)與地面表面模型獲取技術(shù)相融合，在生成三維模型過(guò)程中發(fā)揮著重大作用[2]。

圖1 ?實(shí)景三維生產(chǎn)流程圖

2、三維成果在自然資源管理中的應(yīng)用

2.1 自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在統(tǒng)一的實(shí)景三維地形圖基礎(chǔ)平臺(tái)上，將三維地形、專題地圖層和精細(xì)三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，可以構(gòu)建全要素三維可視化場(chǎng)景，真實(shí)展示該區(qū)域的山、林、田、湖、草、沙等風(fēng)貌，實(shí)現(xiàn)自然資源多源數(shù)據(jù)集成到全要素三維可視化管理。

2.1.1 第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查

第三次全國(guó)土地調(diào)查利用實(shí)景三維可測(cè)量、直觀、逼真的特點(diǎn)，對(duì)內(nèi)部行業(yè)進(jìn)行逐一驗(yàn)證，提高行業(yè)內(nèi)部準(zhǔn)確性，無(wú)需大量的外業(yè)調(diào)查和舉證，減少外業(yè)舉證量;對(duì)于真正需要實(shí)地驗(yàn)證的地圖點(diǎn)，可以更方便地確定驗(yàn)證路徑和三維場(chǎng)景中位置角度，從而縮短工作時(shí)間，保障成果質(zhì)量。

2.1.2 坡度分析

利用實(shí)景三維模擬結(jié)果，可以直觀地分析和測(cè)量各種自然資源坡度。例如，將耕地?cái)?shù)據(jù)疊加到三維數(shù)據(jù)上，就可以直接讀取耕地坡度信息，為耕地分類分級(jí)提供依據(jù)。其次，將耕地和定級(jí)數(shù)據(jù)用三維數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加后，如果耕地坡度與定級(jí)數(shù)據(jù)不一致，可以找出差異范圍，從而輔助耕地定級(jí)調(diào)查，還可根據(jù)坡度對(duì)退耕還林、還草等項(xiàng)目進(jìn)行輔助。

2.1.3 礦產(chǎn)資源調(diào)查監(jiān)測(cè)

通過(guò)礦山位置、礦區(qū)土地侵占、固體廢棄物堆、尾礦庫(kù)分布等信息，以及礦區(qū)地表覆蓋、礦區(qū)沉陷區(qū)地表變形、邊坡高程統(tǒng)計(jì)分析、各類礦區(qū)地表覆蓋面積等可量化指標(biāo)，確定了坡度形狀變化等。全面、準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握監(jiān)測(cè)指標(biāo)現(xiàn)狀、動(dòng)態(tài)變化和發(fā)展趨勢(shì)。其還可以使用時(shí)段遙測(cè)三維動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析礦產(chǎn)資源，結(jié)合礦產(chǎn)資源利用率和生態(tài)變化對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)=進(jìn)行有效開采，并為礦產(chǎn)資源管理部門提供基本數(shù)據(jù)。

2.2 國(guó)土空間規(guī)劃中的應(yīng)用

國(guó)土空間規(guī)劃離不開地形分析，如雙重評(píng)價(jià)中的資源環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)、水資源涵養(yǎng)評(píng)價(jià)、三帶三線劃分等。三維真實(shí)場(chǎng)景能夠真實(shí)地展示規(guī)劃范圍內(nèi)的建筑及周邊情況，能夠準(zhǔn)確評(píng)估規(guī)劃面積、體量、高度控制分析等關(guān)鍵指標(biāo)，輔助規(guī)劃分析。

2.3 國(guó)土空間保護(hù)與合理利用

想要節(jié)約利用土地空間就必須對(duì)生態(tài)系統(tǒng)完整性、各類國(guó)土空間要素合理利用和保護(hù)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，將實(shí)景三維技術(shù)全面覆蓋國(guó)土空間利用控制范圍、要素和類型。以流域使用管理系統(tǒng)為例，在三維環(huán)境中可以利用DSM數(shù)據(jù)直接顯示出流域范圍、表面積、方位等。通過(guò)多時(shí)相DSM，反映出流域周圍植被、建筑等信息變化，然后與土地利用狀況數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，為流域空間治理提供了依據(jù)[3]。

2.4 生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用

例如，在三維場(chǎng)景中，可以通過(guò)獲取尾礦庫(kù)區(qū)域不同階段的DSM數(shù)據(jù)，對(duì)礦區(qū)剖面進(jìn)行比例分析，并獲得轉(zhuǎn)換信息。計(jì)算礦區(qū)體積和表面積可以準(zhǔn)確掌握礦區(qū)尾礦庫(kù)區(qū)域地形變化情況，為尾礦庫(kù)管理提供依據(jù)。

2.5 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警中的應(yīng)用

在三維場(chǎng)景中建立地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)分析模型，根據(jù)滑坡泥石流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與遙感圖像對(duì)邊坡數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控、救災(zāi)物資與兵力、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、地形等數(shù)據(jù)源進(jìn)行分析，可以充分在三維場(chǎng)景中展現(xiàn)受地質(zhì)災(zāi)害影響的區(qū)域、重點(diǎn)防治對(duì)象、受災(zāi)房屋、受災(zāi)人員、疏散路線、救援力量部署等信息。

總結(jié)

由此可見，實(shí)景三維是通過(guò)虛擬空間技術(shù)，跨越時(shí)間與空間限制，以數(shù)字模型展現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的一種技術(shù)。將實(shí)景三維與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)合可以充分作用于自然資源調(diào)查、國(guó)土空間規(guī)劃、國(guó)土空間利用控制、生態(tài)恢復(fù)和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等多方面，可提升資源開發(fā)管理，提高規(guī)劃設(shè)計(jì)合理性。

參考文獻(xiàn)

[1]王維，王晨陽(yáng).實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)布局與實(shí)現(xiàn)路徑思考[J].測(cè)繪與空間地理信息，2021，44（07）：6-8+14.

[2]實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)的認(rèn)識(shí)與實(shí)踐[J].中國(guó)測(cè)繪，2021（01）：80-81.

作者簡(jiǎn)介：張?jiān)疲?980年10月，本科，高級(jí)工程師，研究方向：地理信息系統(tǒng)。