实景三维中国建设的认识与实践

实景三维中国建设的认识与实践

张小星

深圳市武测空间信息有限公司  深圳  宝安  518133

摘要：随着5G网络、云计算、大数据、人工智能等新技术的飞速发展，我们已经具备了用3D技术描述和管理现实世界的各种条件。自然资源部成立后，将国家测绘工作纳入“两委”自然资源管理模式，在立体中国建设的实阶段中逐步推进。2018年4月，自然资源部部长陆浩在回答行业调研时明确表示，要把自然资源登记系统由二维系统转变为三维系统，解决自然资源调查、实物识别、土地利用等方面的问题。2019年2月，在全国地形图工作会议上，提出2020年启动“四五”基本测绘计划，确定“立体中国”建设目标。自然资源部的一系列举措表明了建设真正立体中国的愿望。

关键词:实景三维中国;建设;认识与实践

前言

实景三维模型是指通过激光、摄像机等手段采集地面各个点的空间、纹理等信息,再通过专用软件进行构造,是对高精度 GIS数据的集中展示,与其它 GIS产品相比,具有真实、准确等特点。我国的实景三维建筑是指在全国范围内进行立体立体建模与应用的一体化规划与实施,其建设成果将为我国的经济、社会发展、自然资源的一体化管理提供三维GIS数据基础。

一、国内实景三维模型建设和应用中存在的问题

一是没有一个统一的施工计划,没有一个统一的应用方案。长期以来,由测绘、规划、国土、住建等多个部门共同负责,造成了大量的资源浪费。由于各单位的建设目的和用途的差异,数据采集、存储、传输等标准和数据公布的服务平台都很薄弱,很多数据仅仅是一个单位的数据,采集后"束之高阁",难以与其它单位进行全面的分享和集成。二是缺少一个稳定、多来源的资金来源。由于缺乏有关部门的支持,没有制定统一的建设计划,不同规模的实景三维模型建设不能得到持续的资金支持,也不能建立常态化、周期性的数据采集与更新机制。而实景三维建模的造价普遍偏高,仅依靠政府的资金很难满足不断增加的应用需求,尤其是实体层次的三维模型,根据需求划分,应该是市县牵头,但是市县目前还没有足够的资金来承担这一工程,迫切需要引进市场化的施工方式来拓宽投资渠道。三是在单元化模型技术上的运用与改进不足。目前,各区域的三维实景模型构建还处于地形级和景观级,对于地物的单体建模,尤其是室内与地下空间的重建,缺乏足够的技术支持和实践,因此,建立的模型往往只用于显示各种地物的表面和属性,并不能有效地显示和管理地物的属性。真实三维模型的目标是实现三维空间的统一、精确的管理。常规的基础数据不能充分地描述立体空间内各类资源分布状况,而且空间分布不明确,平面空间分布不均衡,难以满足空间空间中的精确规划。

二、实景三维中国的建设建议

与火热的茶叶市场相比,实景三维中国的建设无论从理论上还是从实际操作上都存在着很大的困难,还需要长期的实践和沉淀。

（一）试点先行,统筹建设

新基建工程中,以真实的3D影像资料为基准,逐渐成为业内的一种普遍现象。新的基础测量工作现已在上海,宁夏,武汉和西安展开,上海市的试点工作在今年八月被 GIS验收。要从新的基础测绘试点工程中提取出可供参考、可复制、可推广的实景三维中国建筑模型,并根据不同地区的发展状况,综合考虑其建设的内涵和要求,在供需关系和精益经营上取得较好的均衡效果。

（二）自主创新,安全可控

目前,我国90%以上的倾斜照相自动化三维建模采用的是国外的软件,但这些数据的精度大多在毫米级以上,一旦泄露,对国家的安全构成了极大的威胁。必须加大政策的指导力度,鼓励国内 GIS软件企业开发新一代的国产三维重构软件,以实现 GIS的自主创新。

（三）算法算力,赋能提效。

由于实景三维数据具有各实体化、单体化、语义化、结构化等特点,因此它的自动化语言处理与自动重构成为今后三维虚拟现实技术中的一个热点,同时也是提高生产效率、降低生产成本的一个重要手段。如何利用分布式井行计算、深度学习、原生云、计算机视觉等计算能力来增强中国的实景三维中国的建设,是实现虚拟现实世界的技术突破[2]。

三、实景三维中国建设思路

（一）建设布局

如上文所说,目前国内已建成和在建的实景三维模型按精细程度划分为三个级别,即地形级、景观级和实体级。由于实际场景中不同尺度的实际场景存在很大的差别,因此随着空间的精确度和精细度的提高,建筑单位面积的建造费用迅速上升。所以,中国的实景三维建筑应根据不同地区目前的建筑基础和能力,充分反映不同的建筑要求,选择最合理的建筑布局与实施路径,这样,既能充分反映出具体的地理要素,又能合理地反映出具体的地质环境。因此,构建全国地形级、城镇级、地物实体级的三维立体数据系统是中国的现实目标。而要达到中国的实景三维建筑的整体目标,就必须从相关技术、数据、标准、机制等方面进行初步的建设和全面的实践来支持。

（二）技术建设

实景三维中国建设过程中,有多个规模的三维建模,要考虑到各种规模的三维建模成本,以及国家、省、市的实际建设水平,从提高工程效率的角度,确定了各个规模的建模技术路线。建立国家地形层三维模型是中国的现实需要和基础工作,必须在满足经济、社会发展、自然资源管理等基本需要的前提下,尽可能地控制建筑单位面积的建造费用,以加速工程的总体进度。因此,我们必须充分发挥激光雷达24小时全天候采集的优势,在大范围内获得高精度的地理要素的空间位置信息,并以0.5米以上的中高精度正射图像为基础,实现对我国高精度地理要素的三维立体显示。在工程造价允许的情况下,尽可能多地采集到城市、县城重点地区的高精度倾斜图像(0.05 m),从而实现对城市重点地区高精度地理要素的三维立体显示。在建立城市地形层次三维模型的基础上,还需要借助激光雷达(0.5米以上)、三维激光扫描、 BIM等分析模型,将地物与经济、社会发展相关的其它属性进行关联和承载。

（三）标准建设

本文结合国内外三维模型建设的经验和成果,建议省级先行开展三维模型制作、质量检测、更新、应用等方面的试验,并从实际应用中对相关的地方规范进行验证。然后,根据各地的实际情况,根据本地区的实际情况,制定出相应的行业标准,并根据行业的发展趋势,制定出相应的行业标准[3]。

（四）机制建设

实景三维中国的机制建设,主要是构建从国家到乡镇的三维实体模型的投入、生产和服务机制。在投资上要建立一个多层次的稳定的投资体制,将三维空间测量项目纳入国家、省、市县基础 A测绘年度计划,为各级财政的基本保障。政府还应制定一系列的政策,从政府主导、政府投入为主的方式向政府主导、市场导向的方式转变,以促进民间资本的投入和运营。在产品开发过程中,要形成一个分工合作的工作体系。明确了建设的重点是省、市,更新国家三维地貌模型，真实场景模型首次覆盖景观。各市县负责收集车辆碎片数据和三维激光扫描。此外，还需要协调各县区，建立通用数据采集和传播机制。建立国家、省、市、区三级数据应用平台，为当前形势下三维模型的处理和分发提供服务。明确省级和市县级数据汇总的时间、渠道、数据处理和分发的权限。

结语

实景三维中国施工结果将充分展示地理特征及相关属性信息。施工过程应包括明确的施工标准、范围、资料涵盖范围和其他具体的实施细则，要求各行业进行相应的部门管理和协调。这就使得建设不可能一蹴而就。所以,实景三维中国建筑规划与实施路径还有待于实践的检验与改进。

参考文献

[1]徐红.“实景三维中国”:建设进程加快 赋能百行百业[J].中国测绘,2021(11):42-45.

[2]王维,王晨阳.实景三维中国建设布局与实现路径思考[J].测绘与空间地理信息,2021,44(07):6-8+14.

[3].实景三维中国建设的认识与实践[J].中国测绘,2021(01):80-81.