实景三维技术在智慧城市中应用

实景三维技术在智慧城市中应用

王强

安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院  安徽  芜湖  241000

1.前言

城市化是中国经济发展的主要推动力。中国的城市人口在2025年从现在的700万人增加到10亿人，越来越多的城市容纳人口超过100万。因此，中国有必要进行智慧化城市建设，即通过互联网城市的事物和通信网络，建立了数以万计的联系，让人们认识到城市的外观和事物通过建立数据模型的大数据云计算中心向所有人提供数据，为人们进行分析，分析事物之间的逻辑关系。然后将数据压缩到信息中，概括过去，判断现在，预测未来。真正的实景三维技术具有表现国家地理实体“全部要素”信息的功能。根据实际的3D数据收集工具和后处理工具的开发和成熟度，相关测量和映射系统以及基于此方法的升级大大提高了生产效率。实景三维技术数据可以更直观地表现土地关系，真正反映表面信息，需要通过三维空间数据进行相关的管理和控制分析。在这里，我们主要描述了智慧化城市中实景三维技术的应用。

2.实景三维技术的基本概念

2018年初，自然资源技术部明确提出将自然资源登记等系统从二维系统变更为三维系统。2019年“三维实景技术中国建设目标“发布，2020年国家有关国土测量和监测的研讨会也明确指出：加强开发基础，加快基本测量和映射转换和升级，加快真实三维实景中国建设，如图1所示，进而促进全球地理信息资源建设。在政策水平和实际应用水平上，实际场景立体构筑已成为普遍趋势[1]。

图1.实景三维技术概念图

2.1实景三维技术的优势

实景三维技术是客观且实际反映现实世界的3D模型。它具有单体、实体、结构和语义学的特性。通过整合模型三维，倾斜三维和全景三维，形成可用于空间测量和综合分析的模型[2]。这是一种综合多个模型优点的三维数据成果。实实景三维技术可以通过整合各种参数的三维数据来生成可加载实际场景3D模型，并对负载实际场景3D模型进行测量和综合分析，而实景三维技术更直观和特殊，并且获得模型上所需的数据更方便[3]。

2.2实景三维技术的原理

3）3D建模主要包括人工建模和常规遥感技术，人工建模方法主要是通过采集相关数据，然后利用GNSS RTK等建模软件进行相关建模，该方法缺点是重复工作量比较大，花时间且费力，高生产成本却低效率。相比较而言传统的遥感技术的方法是基于高分辨率图像的三维建模。这种方法优点：遥感图像具有广泛的覆盖性、低成本和高分辨率，可以很快获得准确的数据。该方法的缺点：该方法在3D建模中存在严重的阻塞问题，并且在获得建筑物纹理数据时成本高、花费时间且需要日常进行测量[4]。

（2）倾斜测量设备：示意图如图2所示，其技术原理是同一UAV包括5个镜头照相机，从多个角度（例如垂直和倾斜）收集图像数据，其技术优势在于获取高分辨率、丰富的表面纹理信息，有效实现三维模型的自动生成和三维空间场景的真实生成。该方法能够利用仪器测量可见光倾角，但缺点是高密度植被下的地形测量能力较弱，对于小目标的建模能力不足 [5]。这种方法适用于具有较低精度要求的大规模三维建模和一些三维工程调查应用。

图2.倾斜摄影测量设备

（3）激光雷达测量：该技术原理是激光系统包括激光和接收系统，如图3所示，激光器产生并发射光脉冲的波束，其撞击、反射物体，最终由接收器接收。其特征是贯穿植被的能力，获得的高精度点云数据的测量精度高。适用于高精度的地形调查和工程调查，适用于高精度要求的技术调查用途[6]。

图3.激光雷达测量示意图

3.实景三维技术在智慧城市中的具体应用

实景三维技术相较于传统的二维技术来说有着诸多的优势，目前，我国正致力于建设智慧城市。实景三维技术作为一种新的空间数据获取手段，其在智 慧城市建设中的应用具有重要意义，接下来我将从各个方面来阐述实景三维技术在智慧城市中的广泛应用[7]。

3.1 建筑制图

在建设智慧城市的过程中得益于早期设计图纸的要求非常高。这种实景三维技术可以为建筑设计提供准确可靠的数据库。目前，有两种传统的基于三维激光扫描点云的二维CAD绘图方法。第一种方法是从处理后的点云创建真实图像，并根据图像绘制平面图，该方法与摄影测量非常相似，但不具有距离和近似方法的功能。因此，第二种方法则是将点云切片，根据点云将点云切片导入CAD或其他软件，如图4所示，因此，控制点云密度非常重要。理论上，密度越大精度越高。但是，随着数据量的增加，计算机的要求性能也提高了。相反，有两个自己的优点和缺点。一般来说，适用于壁画、彩色画等线图的描绘，后者适用于建筑物的平面、垂直、截面等线图的描绘，能够更准确地控制整体的尺寸精度。数字实体模型的构建可以直观地显示效果，展示可用于虚拟漫游等的建筑样式。在应用BM模型时，需要通过组合有效的测量方法来检测建设质量[8]。

实景三维技术可以有效地反映智慧城市建设项目的实际情况，使模型能够有效地链接到网站项目中，并且通过对三维激光点云进行保存和去噪，引入专业软件直接对点云进行建模。并且为了建立BIM数据库，建立了相关的5D数据库，从而可以快速准确地计算工程量，这种方式可以提高预算的准确性和效率，而BIM技术可以自动计算工程项目的实物量，属于传统工程量计算软件的功能，也可以为工程项目管理提供快速、准确的数据信息，有效提高设计管理的效率。

图4.BIM建模方式

3.2 实景监测

智慧城市建设的目标是使用先进的信息技术，从而实现城市的智慧化管理和运营，为人们提供良好的生活环境服务。为了实现这种效果，对城市活动的有效监测尤为重要。将三维真实场景技术应用于城市环境监测、地表资源采集、城市规划等领域可以有效实现了城市计算机科学的高度控制。并且该技术能够利用高精度、高密度的三维激光扫描点云数据计算出整个凹面贴片的挠度，快速方便地检测出贴片的平整度，这对于道路病害监测是关键的创新型技术。实景三维技术基于三维激光的实景技术，并通过对比历史实时数据，可以快速识别公路隧道等病害，实时监测公路病害，提高准确性和安全性，实现城市绿化信息的可视化管理。除此之外，通过数字园林业务信息管理平台，用户使用二维地图和关键字属性搜索中庭，并通过移动测量系统实现中庭真实场景、树木分类、年龄和数量的可视化管理。

3.3 道路桥梁应用

实景三维技术不仅可以高精度地实时采集现场坐标数据，还可以采用数字测量方法，为测量、规划、附图、数据数据存档、变形检测等提供有效的数据源。目前，它在城市规划和工程测量领域得到了广泛的应用，但作为一个新生事物，还存在很多问题需要解决，比如：精度不高，这些需要我们进一步的研究和探索。中国的城市交通状况非常复杂，因此应注意在辅助建设控制的实际项目中三维图像的应用。确保城市交通的关键是为了确保安全驾驶，一旦发生事故，这会给人们带来巨大的生命和财产损失。因此，为了确保个人安全，为了减少交通事故的发生，有必要采取必要的对策。另外，城市道路和桥梁的建设是交通安全相关的重要工作，如何将先进的技术应用于城市交通，实现高效、快速的交通条件是我们致力研究的方向。近年来，高速公路交通系统在全世界都受到了极大的关注，随着中国城市化的加速，城市交通拥挤问题越来越严重，特别是近年来，我国加强了道路交通管理。为了保证整个城市的正常运行，必须要有完善的交通系统来支撑；同时还要考虑到人们对出行安全方面的要求也越来越高,还应注意特殊现象所造成的损害,因此能够利用三维激光扫描技术，这样我们可以快速、准确地检测微小的变形[11]。

3.4 智慧工地

在智慧城市建设过程中，智能建设网站的智能化是必不可少的。与传统建设现场相比，智慧建设现场具有数据收集效率高、系统人员影响小、工程问题及时发现、工作协调强、资源整合速度快等特点。目前，应用广泛的GIS空间数据库技术系统由三维可视化展示系统、二维视频演示系统系统和三维动态全景展示系统部分组成。三维实时场景技术在智慧工地的应用主要体现在两个方面：重点建设工程和公路桥梁，支持智慧工地建设，为数据采集单元提供信息和视觉支持，对隧道进行3D扫描，对道路进行3D铺装，如图5所示。在工程服务中，三维实景技术和智能网站平台应用程序可以对视觉显示和操作数据进行比较和分析，可以非常有效地监控项目进度和项目质量，避免因项目质量差而引发的其他事件。视觉监控可以帮助用户合理规划和保存资料[9]。此外，三维实景技术还可以地图导航导航产品定位定位施工指导指导等定制应用服务。通过对不同类型的建筑模型进行建模，生成虚拟建筑物，然后利用建筑建立相应的网络环境，实现建筑的功能，从而完成从建筑设计到后期维护的整个生命周期。

图5.智慧工地示意图

3.5 民用街景导航

实景三维技术不仅提供详细的2D图，还实时显示道路全景，如导航图、路况、高架桥、信号灯等，使环境导航功能一目了然，如图6所示。目前，由于人们对驾驶安全性的要求越来越高，公路路况也越来越复杂，增加了交通事故的发生概率，导致车祸占比越来越大，因此，该领域主要应用于高速公路。随着生活水平提高，汽车所有权和交通问题日益突出。传统的“路盲”现象是制约城市开发和居民旅游的重要因素。三维实景技术是解决这一问题的一种新型智能交通系统。它可以帮助司机通过公路摄像头通过语音导航，它还能使他们更好地了解车辆的移动和周围行人的行为，使道路数字化，使其更安全和更有效率，并利用车载GPS定位设备实时跟踪车辆位置，同时将信息上传到网上共享，从而实现减少交通事故和实现城市交通智能化管理的目标[10]。

图6.民用街景示意图

3.5 古建筑数字化

随着社会的快速发展，现代科学、技术手段成为保护和修复古代文化遗物的主流。无论是小文化遗物还是大规模的古代建筑，3D激光扫描都可以用来恢复3D文化遗物的真实形象。多年来，中国致力于二维及三维GIS技术和UAV的航空调查服务。目前，GIS软件主要用于测量和地图化领域。由于高度可视化和方便的操作，在各个部门的工作中广泛使用。最典型的是土地和资源管理系统。今后的土地和资源管理信息化是开发动向之一。关于GIS，在遥感图像处理领域，为了在模拟、土地资产管理、人口信息管理、智能智能智能手机、智能城市/智能公园等领域提供完整的产业解决方案，与产业界的需求进行了深刻的整合。这可以提供高级数字图像处理技术和数据处理能力带朋克图像捕获和处理服务，以满足在各种复杂情况下的遥感信息获取精度要求。这可以为用户提供高品质的地理信息数据服务。如在西南中国的无人飞机的空中调查中有多年的经验，它拥有DLG、DOM、DEM、DRG、三维实景模型等完全的数据生产功能

[11]。

4.总结

总之，智慧城市的建设在国内外多个地区已经逐步进行，并且在一定程度取得了一系列的成果。智慧城市的建设需要依靠尖端技术，因此在建设过程中需要增加新技术的应用，来解决现有技术中存在的问题。实景三维技术解决了在智慧化城市建设过程中应用很多数据相关的细节，进而在智能城市建设过程中推进了内部信息化和智能化。

参考文献

[1]杨程. 实景三维技术在数字城市建设的应用[J]. 智能建筑与智慧城市, 2018(1):2.

[2]王宇. 实景三维技术成就"全民城管"[J]. 上海信息化, 2011(10):3.

[3]肖飞, 刘欢. 实景三维技术的应用[J]. 电子制作, 2014(4X):1.

[4]李晓华. 实景三维技术在土地管理中的应用[J]. 地矿测绘, 2021, 4(5):142-143.

[5]王建鑫, 天津市数字化城市管理考核中心. 实景三维技术在天津数字化城市管理中的应用前景分析[C]// 住房和城乡建设部信息中心. 住房和城乡建设部信息中心, 2013.

[6]孙英杰. 基于无人机实景三维技术进行地形图测绘的应用与研究[J].

[7]朱元彪, 孙 华. 室内外一体化实景三维技术在建设工程审批"测验合一"中的应用[J]. 建筑工程技术与设计, 2018(23).

[8]文杰. 基于Flex的网络三维实景模拟技术的研究与实现[D]. 上海交通大学.

[9]乔恩懋, 尚大为. 基于三维实景建模技术的古建筑测绘[C]// 新时代乡村振兴峰会暨中国民族建筑研究会学术年会. 2018.

[10]齐永波. 实景三维技术在地质勘查工作中的应用研究[J]. 测绘与空间地理信息, 2021, 44(11):4.

[11]任建卫, 胡庆武. 基于实景三维GIS数字公路的技术与应用[J]. 中国交通信息产业, 2010, 000(004):103-107.