實(shí)景三維建設(shè)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(tái)文件及講話精神，鼓勵(lì)實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)。本文通過對(duì)相關(guān)政策的解讀，結(jié)合山東省內(nèi)外實(shí)景三維建設(shè)現(xiàn)狀，分析了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)實(shí)景三維建設(shè)的需求，以及現(xiàn)有的建設(shè)條件。在當(dāng)前背景下開展實(shí)景三維建設(shè)，是服務(wù)山東省八大戰(zhàn)略，為政府部門和眾多行業(yè)領(lǐng)域的廣泛需求提供支撐的必要條件。

關(guān)鍵詞：實(shí)景三維? 建設(shè)現(xiàn)狀? 必要性? 可行性

中圖分類號(hào)：P237? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（b）-0007-02

實(shí)景三維是遙感測(cè)繪、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能感知等新技術(shù)催生的新型地理空間數(shù)據(jù)，其效果逼真，要素全面，具有極強(qiáng)的展示效果，而且具有測(cè)量精度，可以還原真實(shí)世界的完整面貌，使人類對(duì)自然地理環(huán)境的認(rèn)知從二維走向三維。2018年4月，自然資源部陸昊部長(zhǎng)在海南調(diào)研測(cè)繪地理信息工作時(shí)專門指出，自然資源登記等系統(tǒng)，要由二維系統(tǒng)變成三維系統(tǒng)，解決自然資源調(diào)查、確權(quán)和國(guó)土空間用途管控等問題。2019年2月，自然資源部召開全國(guó)國(guó)土測(cè)繪工作座談會(huì)，明確提出，要開展實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)，并于今年啟動(dòng)全國(guó)“十四五”基礎(chǔ)測(cè)繪規(guī)劃編制工作，推動(dòng)在國(guó)家測(cè)繪基準(zhǔn)體系建設(shè)與精化、實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)、海洋測(cè)繪、內(nèi)陸水下測(cè)繪等方向，凝練形成大項(xiàng)目、大工程。2019年11月，自然資源部印發(fā)《自然資源部信息化建設(shè)總體方案》，明確提出，推進(jìn)三維實(shí)景數(shù)據(jù)庫建設(shè)，推動(dòng)建立三維立體自然資源“一張圖”。這些政策與文件的出臺(tái)為建設(shè)實(shí)景三維中國(guó)提供了充分的政策保障。在這一背景下，建設(shè)實(shí)景三維山東，是服務(wù)山東省新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換及“走在前列，全面開創(chuàng)”戰(zhàn)略布局的現(xiàn)實(shí)要求，也是為政府部門和眾多行業(yè)領(lǐng)域的廣泛需求提供支撐的必要條件。

1? 實(shí)景三維建設(shè)現(xiàn)狀

隨著傾斜攝影、自動(dòng)化建模等技術(shù)的發(fā)展，以及智慧城市建設(shè)的推進(jìn)，國(guó)內(nèi)一些省市相繼開展了實(shí)景三維模型建設(shè)，并在規(guī)劃審批、城市管理、自然資源確權(quán)登記等方面取得顯著應(yīng)用成效，下面以重慶市、臨沂市為例說明。

1.1 重慶市

實(shí)景三維重慶從2016年開始籌劃、啟動(dòng)，至2019年4月建設(shè)完成，歷時(shí)3年時(shí)間，在全國(guó)率先建成了覆蓋全域8.24萬km2的實(shí)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(xì)紋理，走在了全國(guó)前列。實(shí)景重慶采用全市域0.4m、主城全域0.2m、主城建成區(qū)0.08m、29個(gè)近遠(yuǎn)郊區(qū)縣0.05m、部分重點(diǎn)區(qū)域0.03m等多尺度數(shù)碼航空影像或傾斜影像，城市區(qū)域構(gòu)建精細(xì)模型，其余地區(qū)采用地形三維模型，構(gòu)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(jiān)、自然資源管理、城市品質(zhì)提升、空間規(guī)劃、城鄉(xiāng)建設(shè)、智慧城市、歷史文化資源保護(hù)、重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、應(yīng)急處理等工作提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障和數(shù)據(jù)支撐[1]。

1.2 臨沂市

臨沂市航空攝影與實(shí)景三維模型制作項(xiàng)目于2016年9月啟動(dòng)，歷時(shí)近3年圓滿完成。項(xiàng)目采用傾斜攝影和機(jī)載激光雷達(dá)相結(jié)合的方式完成了市轄三區(qū)2300km20.05m分辨率實(shí)景三維模型制作，項(xiàng)目于2019年6月通過專家驗(yàn)收，是首次在實(shí)景三維建模中應(yīng)用激光雷達(dá)與傾斜攝影深度融合技術(shù)的地級(jí)市。項(xiàng)目獲取的正射影像、數(shù)字高程模型、單體化實(shí)景三維模型等數(shù)據(jù)，為臨沂市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了豐富數(shù)據(jù)成果，為臨沂市優(yōu)政、惠民、興業(yè)提供全方位時(shí)空信息服務(wù)，效果顯著。

2? 實(shí)景三維山東建設(shè)的必要性分析

2.1 空間公共基底方面的需求

隨著BIM、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，交通規(guī)劃設(shè)計(jì)、城市管理等工作對(duì)精細(xì)化、真實(shí)性的要求越來越高，相應(yīng)的與空間位置相關(guān)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(shù)據(jù)向基于三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變。這些行業(yè)對(duì)實(shí)景三維數(shù)據(jù)需求強(qiáng)烈，但卻往往不具備生產(chǎn)、管理這些數(shù)據(jù)的能力。另一方面，若由需求方自行組織數(shù)據(jù)獲取，不僅會(huì)極大增加項(xiàng)目成本，而且不同行業(yè)間也容易重復(fù)投資，造成資源浪費(fèi)。因此，為了服務(wù)全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，滿足各行各業(yè)對(duì)三維空間公共基底的需求，促進(jìn)資源集約節(jié)約利用，需要從全省層面統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，采用統(tǒng)一的三維空間基準(zhǔn)，建立一套基礎(chǔ)、權(quán)威、公共的三維空間基底數(shù)據(jù)。實(shí)景山東所構(gòu)建的三維空間及其服務(wù)平臺(tái)，將成為信息集成融合以及行業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)空間信息支撐，為新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換提供科技助力。

2.2 三維空間數(shù)據(jù)方面的需求

實(shí)景三維模型是一個(gè)城市、地區(qū)地表形態(tài)及地面附屬物變化的真實(shí)和完整記錄，具有信息、檔案、證據(jù)、歷史等多重屬性和作用。目前無論是在自然資源行業(yè)內(nèi)還是行業(yè)外，都對(duì)真實(shí)、精確的實(shí)景三維模型有著旺盛的需求。

自然資源部門多項(xiàng)管理職能需要實(shí)景三維數(shù)據(jù)的支撐。2019年5月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于建立國(guó)土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實(shí)施的若干意見》，明確指出建立國(guó)土空間規(guī)劃體系，將主體功能區(qū)規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃等空間規(guī)劃融合為統(tǒng)一的國(guó)土空間規(guī)劃。這里的國(guó)土空間規(guī)劃是三維的概念，而不是傳統(tǒng)的二維平面規(guī)劃。因此，無論是三維自然資源登記系統(tǒng)，還是國(guó)土空間規(guī)劃，以及生態(tài)修復(fù)等其他自然資源管理職能，都必須有一套統(tǒng)一、權(quán)威、真實(shí)、詳細(xì)的實(shí)景三維模型作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

在自然資源行業(yè)外，傳統(tǒng)的二維矢量及影像數(shù)據(jù)越來越不滿足各行各業(yè)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界虛擬重現(xiàn)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(xì)致的真實(shí)環(huán)境，無法滿足公安在刑偵、安保、應(yīng)急指揮等深層次應(yīng)用上的需求。公安部在印發(fā)的《全國(guó)警用地理信息基礎(chǔ)平臺(tái)總體建設(shè)方案》中，明確鼓勵(lì)使用可量測(cè)實(shí)景三維，以豐富PGIS應(yīng)用的數(shù)據(jù)種類和應(yīng)用效果。三維可視化警用地理信息系統(tǒng)代表著PGIS領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。另外，數(shù)字城管、文物保護(hù)、地下空間管理等領(lǐng)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(yīng)用，實(shí)景三維數(shù)據(jù)所見即所得的特性決定了“看”也是其重要的價(jià)值所在。和常見的二維影像圖只能表現(xiàn)“表皮”相比，三維實(shí)景既有“表皮”又有“骨架”的鮮活結(jié)構(gòu)，地面上的高低起伏、建筑形態(tài)等皆真實(shí)、立體，為旅游景點(diǎn)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(shí)景三維模型可將待招商地塊的交通、區(qū)位、資源，以及各類重要經(jīng)濟(jì)社會(huì)文化數(shù)據(jù)，以多視角、多維度的方式，準(zhǔn)確、翔實(shí)地呈現(xiàn)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(duì)地塊及周邊環(huán)境、規(guī)劃有更直觀、全面的認(rèn)識(shí)。

3? 實(shí)景三維山東建設(shè)的可行性分析

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)工程院院士李德仁指出，“實(shí)景三維產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具備充分的技術(shù)條件，且市場(chǎng)需求強(qiáng)烈，具備推進(jìn)實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)這類大型國(guó)家級(jí)工程的基礎(chǔ)”。近年來隨著測(cè)繪科技與信息技術(shù)的飛速發(fā)展，一方面在數(shù)據(jù)采集端，城市三維模型的構(gòu)建方法從最開始的手工構(gòu)建模型框架、拍照貼圖的方式，已轉(zhuǎn)變?yōu)橄冗M(jìn)采用無人機(jī)、大飛機(jī)進(jìn)行傾斜攝影、激光掃描等技術(shù)，軟件自動(dòng)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(shù)據(jù)越來越具有實(shí)時(shí)性、真實(shí)性。另一方面在數(shù)據(jù)應(yīng)用端，5G網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的逐漸成熟讓業(yè)界具備了海量數(shù)據(jù)處理與發(fā)布的能力?？梢哉f，目前建設(shè)實(shí)景山東已經(jīng)具備了成熟充分的技術(shù)條件。

3.1 數(shù)據(jù)獲取手段日益成熟

利用傾斜攝影平臺(tái)快速獲取多角度影像，已成為當(dāng)前獲取空間數(shù)據(jù)的有效方式之一[3]。傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際攝影測(cè)量領(lǐng)域近十幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)[4]，目前主流的傾斜相機(jī)都采用下視、前視、后視、左視、右視五個(gè)將鏡頭結(jié)合來獲取地物傾斜影像。不同于傳統(tǒng)的單鏡頭下視攝影測(cè)量只能采集地物頂部的完整信息，傾斜攝影測(cè)量可以獲取地物側(cè)面詳細(xì)的輪廓及紋理信息，再對(duì)影像進(jìn)行空三加密、密集匹配，生成TIN三角網(wǎng)，根據(jù)TIN三角網(wǎng)構(gòu)建三維白模，并將影像紋理映射至白模，構(gòu)建實(shí)景三維模型。目前這一技術(shù)在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，以往采用人工建模方式一兩年才能完成的一個(gè)中小城市建模工作，通過傾斜攝影建模方式只需要3～5個(gè)月時(shí)間即可完成，大大降低了三維模型數(shù)據(jù)采集的經(jīng)濟(jì)代價(jià)和時(shí)間成本。

3.2 數(shù)據(jù)處理能力日益強(qiáng)大

實(shí)景三維建模軟件的雛形來自于華盛頓大學(xué)的Visual SFM，這是一個(gè)學(xué)術(shù)界的開源軟件，也是大部分實(shí)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(tǒng)包括Context Capture、Pix4D、Inpho、PhotoMesh、PhotoScan以及國(guó)產(chǎn)的Mirauge3D、DP-Smart等。這些軟件均可針對(duì)整個(gè)區(qū)域構(gòu)建三維模型，作業(yè)自動(dòng)化及效率較高[5]，且大部分都形成了完整的市場(chǎng)化解決方案。

3.3 行業(yè)隊(duì)伍日益壯大

截至2018年，山東省甲、乙、丙、丁級(jí)測(cè)繪資質(zhì)單位各有51家、173家、373家、496家[6]，全省測(cè)繪資質(zhì)單位數(shù)量及測(cè)繪專業(yè)技術(shù)人員保持穩(wěn)步增加，結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，整體測(cè)繪水平和測(cè)繪服務(wù)行業(yè)市場(chǎng)成熟度較高，其中濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院、青島市勘察測(cè)繪研究院、中科遙感科技集團(tuán)有限公司等企業(yè)單位在濟(jì)南、青島、濰坊、臨沂等市相繼開展實(shí)景三維建設(shè)，在此過程中積累了豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。

4? 結(jié)語

隨著行業(yè)的不斷深入發(fā)展，實(shí)景三維將在國(guó)土空間規(guī)劃、生態(tài)保護(hù)與修復(fù)、公安應(yīng)急處置、城市風(fēng)貌管理、文物古跡保護(hù)等方面將發(fā)揮越來越重要的作用。綜上，實(shí)景三維山東既具備成熟的建設(shè)條件，又能滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的迫切需求，應(yīng)從全省層面統(tǒng)籌規(guī)劃，盡快開展實(shí)施。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬紅.大范圍多源多尺度實(shí)景三維模型建設(shè)及應(yīng)用研究——以重慶市實(shí)景三維模型建設(shè)為例[J].測(cè)繪通報(bào)，2019（S2）：61-64.

[2] 陳思，馮學(xué)兵，劉陽.基于傾斜攝影實(shí)景三維模型單體化分類與應(yīng)用[J].北京測(cè)繪，2018，32（4）：409-414.

[3] 李德仁，肖雄武，郭丙軒，等.傾斜影像自動(dòng)空三及其在城市真三維模型重建中的應(yīng)用[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2016，41（6）：711-721.

[4] 李安福，曾政祥，吳曉明.淺析國(guó)內(nèi)傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展[J].測(cè)繪與空間地理信息，2014，37（9）：57-59，62.

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