實景三維的實踐與思考
——以興仁市為例

李晨

貴州省第一測繪院 貴州 貴陽 550025

引言

實景三維是對一定范圍內人類生產、生活和生態(tài)空間進行真實、立體、時序化反映和表達的數字空間，是新型基礎測繪的標準化產品，是國家重要的新型基礎設施，為經濟社會發(fā)展和各部門信息化提供統(tǒng)一的空間基底[1]。

傾斜攝影測量技術是通過無人機等傳感設備，對地面進行單垂直、多傾斜、多角度拍攝，根據傳輸設備自身的坐標、航高、航速、航向及旁向重疊等參數及地理地形資料，得到詳細實測地物信息數據的新型技術之一[2]。該技術在歐美等發(fā)達國家已經廣泛應用于應急指揮、國土安全、城市管理、房產稅收等行業(yè)[3]。

1 實景三維的發(fā)展和應用

實景三維模型的歷史可以追溯至幾十年前。最初，這種技術主要是軍事上為了更好地進行偵察和情報收集而開發(fā)的。后來，學術界和工業(yè)界開始利用實景三維模型技術進行各種應用研究。

目前，國外已經成功利用衛(wèi)星遙感影像快速生產大規(guī)模城市實景三維模型。隨著計算機技術、傳感技術和圖像處理技術的不斷進步，我國的實景三維建模技術也日益成熟和完善，產生了更加復雜、細致、真實的結果。這些進步極大地提高了空間設計和展示效果，并展現(xiàn)出其強大的應用前景。

一是城市規(guī)劃和建筑設計：實景三維模型可以幫助城市規(guī)劃者和建筑設計師更好地理解和預測城市發(fā)展情況，優(yōu)化城市布局和建筑設計，提高城市規(guī)劃的科學性和可行性。

二是景觀設計：實景三維技術可以幫助景觀設計師更好地模擬和展示景觀效果，使設計更加真實、具體和可視化，提供更好的決策依據。

三是旅游推廣：通過實景三維技術，可以將城市的旅游景點、自然風光、文化遺產等進行立體化的展示。這種虛擬旅游的體驗不僅可以增加游客的參與感和互動性，還可以提高旅游推廣的效果和影響力。

四是應急救援：在地質災害、洪水災害、公共衛(wèi)生事件和突發(fā)應急等災害防治方面，基于實景三維的技術可以實現(xiàn)立體化的時空分析決策和實時物聯(lián)感知，為災害預警和重大災難事故的快速應急提供科學依據和輔助決策支持。

五是展覽展示：實景三維技術可以創(chuàng)建高度逼真的展覽場景，提供更真實、交互性更強的展示效果，增強觀眾的參與感和體驗感。

六是數字化圖書：實景三維技術可以用于數字化圖書的制作，使讀者可以通過三維模型更好地了解書中的內容，提供更豐富、生動的閱讀體驗。

七是虛擬現(xiàn)實：實景三維技術可以與虛擬現(xiàn)實技術結合，創(chuàng)造出更加真實、沉浸式的虛擬世界，提供更真實的體驗和交互方式等。

1.1 興仁市大規(guī)模實景三維建設實踐

貴州省興仁市作為一個歷史悠久的城市，擁有豐富的文化資源和獨特的風景名勝。然而，由于城市發(fā)展的需要，傳統(tǒng)的城市規(guī)劃和建設方法已經無法滿足人們對于城市環(huán)境的需求。因此，大規(guī)模實景三維建設成為了一種重要的手段。

興仁市大規(guī)模實景三維建設對城市發(fā)展有著積極的影響和作用。首先，通過實景三維建設，能夠展示城市獨特的文化和風景，吸引更多的游客和投資者。其次，實景三維建設可以提升城市規(guī)劃和管理的效率。通過虛擬建模技術，城市管理者可以更加直觀地了解城市的發(fā)展需求和問題，從而更好地制定規(guī)劃、管理方案。

2 技術路徑

采用無人機搭載滿足測繪精度要求的攝影測量系統(tǒng)，獲取全域優(yōu)于20cm分辨率航空影像。

獲取城鎮(zhèn)開發(fā)邊界范圍內優(yōu)于3cm高分辨率的航空遙感影像數據。

按區(qū)域網布點要求布設足夠數量的像控點，采用GPS（RTK）方式，結合GZCORS進行外業(yè)像控點施測。

內業(yè)利用 ContextCapture Center開展空三加密，生產實景三維模型、真正射影像TDOM及數字表面模型DSM。

基于全域實景三維模型及真正射影像，結合行政區(qū)、道路、交通、水利等要素，生產實景三維基礎地理信息數據庫。

依托興仁市實景三維基礎地理信息數據庫，充分利用自然資源調查監(jiān)測、三區(qū)三線劃定、建設用地批供數據、地災數據、相關規(guī)劃等專題數據成果，完成可用于查詢、分析、統(tǒng)計、更新、管理、展示的實景三維地理空間數據分析與管理平臺建設。開展興仁市糧食作物種植情況監(jiān)測及用地選址分析模塊兩個示范應用建設。

3 建設主要內容

全域航空攝影：利用無人機獲取興仁市全域0.2m分辨率航空影像，制作0.2m分辨率正射影像，覆蓋面積1627.2km2。

地形級三維建設：利用獲取0.2分辨率的航空影像，開展興仁市農村部分地形級實景三維模型建設，覆蓋面積1544.2km2。

城市級三維建設：通過無人機仿地飛行模式，獲取優(yōu)于0.03m高分辨率的傾斜攝影數據，完成興仁市城鎮(zhèn)部分83.0km2的實景三維模型制作。

實景三維地理空間數據分析與管理平臺建設：平臺采用開放性架構設計、通用性接口和標準化服務，兼容市場上主流軟件系統(tǒng)與數據格式，依托興仁市實景三維基礎地理信息數據庫，融合無人機、云計算、物聯(lián)網以及人工智能等新興技術，充分利用既有基礎測繪、糧食作物監(jiān)測、自然資源調查監(jiān)測、國土空間規(guī)劃、建設用地起底大調查等專題數據成果，搭建滿足各類實景三維數據和專題數據的一體化管理平臺等。

3.1 成果示范應用

3.1.1 用地選址。根據用地選址要求，充分利用自然資源調查監(jiān)測、三區(qū)三線劃定、建設用地批供數據、地災數據、相關規(guī)劃等專題數據成果，構建興仁市用地選址分析功能模塊。通過各類系統(tǒng)平臺的互聯(lián)互通，實現(xiàn)“多規(guī)”信息的集成和運用，依托平臺開展項目合規(guī)性審查，實現(xiàn)合理用地選址。

3.1.2 糧食作物常態(tài)化監(jiān)測。開發(fā)糧食作物監(jiān)測舉證App，用于實時收集興仁市范圍內糧食作物的空間分布和種植面積等屬性情況，并將采集到的數據導入地理信息系統(tǒng)進行處理和分析。利用空間分析技術，可以統(tǒng)計作物的空間分布，并將處理和分析后的數據可視化展示在實景三維地理空間框架中。該應用實現(xiàn)了對糧食作物種植情況的日常監(jiān)測，為興仁市農業(yè)發(fā)展及有關產業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供數據支撐，并為市政府及農業(yè)農村相關部門提供決策研判。

4 實景三維建設的思考

4.1 關鍵技術與創(chuàng)新亮點

4.1.1 地形級生產。本次項目的創(chuàng)新之處在于地形級三維模型采用了無人機原始航片作為數據源，通過加載控制點和POS數據，經一系列的處理步驟，實現(xiàn)了高度逼真的實景三維模型生產。與傳統(tǒng)的DEM數字高程模型與DOM正射影像疊加生產三維模型的方法相比，這種方法能夠解決地形模型層次不分明、建（構）筑物不能較好體現(xiàn)等問題。

4.1.2 無人機仿地飛行。貴州山地落差較大，這對航空攝影測量也提出了更高的要求，常規(guī)航線設置獲取的航片存在山頂分辨率高而山腳分辨率低的問題，為了解決該困難，項目城鎮(zhèn)部分創(chuàng)新采用無人機仿地飛行模式開展傾斜攝影測量。通過精確的航線設計和控制算法，在飛行過程中可調整飛行高度獲取的地形數據，即保持對地表的恒定高差，以構建精度較高的精細模型。

4.1.3 建立三維一張圖信息管理平臺。該項目依托興仁市實景三維基礎地理信息數據，融合了無人機、云計算、物聯(lián)網以及人工智能等新興技術，承載三維傾斜數據展示及為各項示范應用做底板支撐，建立了興仁市三維一張圖信息管理平臺，用于集中管理和整合各類實景數據，并進行按需更新，提供給相關部門和企業(yè)使用，以避免數據孤島和重復建設，提高數據的共享和利用效率。

4.2 存在的挑戰(zhàn)

實景三維技術具有許多優(yōu)勢。然而，實景三維技術的應用也面臨著一些挑戰(zhàn)。首先，數據獲取與處理復雜且耗費大量時間和資源。需要對實景進行大規(guī)模的數據采集、處理和整合，以確保數據的精確性和完整性。其次，實景三維技術的應用需要具備高性能的計算機硬件和軟件支持，以保證實時渲染和交互效果的流暢性。此外，隱私和安全問題也需要引起重視，實景三維建設涉及大量的數據收集和處理，因此需要建立相關的隱私保護和安全措施，確保數據的安全性和合法性。

4.3 實景三維技術的發(fā)展策略

為了更好地推進城市實景三維技術的發(fā)展，可采取以下策略。

4.3.1 加強數據采集與整合：建立完善的數據采集機制，整合不同部門和機構的數據資源，提高數據的準確性和實時性。

4.3.2 優(yōu)化技術支持：加強與計算機圖形學、虛擬現(xiàn)實等相關領域的合作，提升實景三維技術的計算和渲染能力，使其更適應大規(guī)模應用的需求。

4.3.3 推動政策和標準制定：制定相關政策和標準，規(guī)范實景三維技術的應用和數據共享，加強隱私保護和安全管理。

4.3.4 加強應用場景開發(fā)：結合城市規(guī)劃、社會治理、旅游推廣和文化傳承等需求，深入挖掘實景三維技術在不同領域的應用潛力，開發(fā)更多的應用場景和功能，提高用戶體驗和參與度。

5 結束語

實景三維中國建設是一項具有劃時代意義的工程，它的推廣和應用將帶來巨大的社會效益和經濟效益。本文通過對實景三維技術的發(fā)展、應用實踐、關鍵技術與創(chuàng)新亮點、優(yōu)勢與挑戰(zhàn)進行分析，可以得出一些發(fā)展策略，如加強數據采集與整合、優(yōu)化技術支持、推動政策和標準制定、加強應用場景開發(fā)等。這些策略的實施將為實景三維新型測繪技術的發(fā)展提供有力支持，促進城市規(guī)劃、社會治理、旅游推廣和文化傳承等方面的進步。