鍛造超大城市精細(xì)化管理利器
——上海城市實景三維建設(shè)探索

◎ 于德福

1 月13 日晚，上海市新冠肺炎疫情防控工作領(lǐng)導(dǎo)小組將靜安區(qū)靜安寺街道愚園路228 號列為中風(fēng)險地區(qū)，被稱為全球最小的中風(fēng)險地區(qū)。疫情防控精準(zhǔn)化，得益于上海市大力推行的精細(xì)化管理。其基礎(chǔ)則是通過上海城市實景三維建設(shè)、云平臺、5G 網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)構(gòu)建的時空數(shù)字底座。

“上海這種超大城市，管理應(yīng)該像繡花一樣精細(xì)?！边@是2017 年，習(xí)近平總書記在參加十二屆全國人大五次會議上海代表團(tuán)審議時提出的要求。從2018 年開始，上海的城市管理重點(diǎn)聚焦精細(xì)化，全面推進(jìn)城市管理精細(xì)化三年行動計劃。

實現(xiàn)“科學(xué)化、精細(xì)化、智能化”的城市治理，需要空間地理數(shù)據(jù)向“全域、全息、全空間、多維、高頻”推進(jìn)，實現(xiàn)物理世界的數(shù)字孿生。當(dāng)前，上海市測繪部門圍繞市政府“五個新城”（嘉定、青浦、松江、奉賢、南匯）的建設(shè)要求，正全力推進(jìn)高精度全息測繪，將形成全市約15000 多公里道路、覆蓋近2000 平方公里的城市實景三維成果。

形成“四全”空間數(shù)據(jù)模型

“實景三維是新型基礎(chǔ)測繪標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，它通過對物理空間進(jìn)行數(shù)字化、實體化、結(jié)構(gòu)化和語義化的三維建模，支持人機(jī)兼容理解和物聯(lián)實時感知數(shù)據(jù)的掛接，實現(xiàn)數(shù)字空間與物理空間精準(zhǔn)映射和相互賦能?！鄙虾Ｊ袦y繪院首席專家顧建祥介紹說。

上海市在實景三維建設(shè)中形成了以地理實體為核心的“四全”空間數(shù)據(jù)模型。

一是全空間。該模型突破傳統(tǒng)GIS 以地球為參照的地理空間范疇，將空間信息的尺度擴(kuò)展到微觀和宏觀空間，在空間維度上實現(xiàn)全要素覆蓋。

二是全類型。該模型能夠描述和表達(dá)現(xiàn)實世界中的各種有形和無形的實體類型，包括靜態(tài)和動態(tài)的物體、現(xiàn)象、過程、事件等；在信息表達(dá)維度上，能適應(yīng)智慧城市各種場景表現(xiàn)。

三是全時態(tài)。該模型對應(yīng)的每一個實體都可以是動態(tài)的（包括位置、屬性、形態(tài)、行為等），具有其存在的生命周期；從時間維度上，實現(xiàn)多時態(tài)覆蓋。

四是全屬性。該模型是實現(xiàn)地理實體與經(jīng)濟(jì)社會屬性數(shù)據(jù)（包括人、車、物、事件）及其他數(shù)據(jù)的深度融合，全方位地描述表達(dá)高精度的二三維一體的地理信息空間模型。

“開展實景三維建設(shè)與傳統(tǒng)測繪相比，最大的變化是由從測繪視角進(jìn)行數(shù)據(jù)建模轉(zhuǎn)變成從應(yīng)用視角按需多細(xì)節(jié)多層次建模?！鳖櫧ㄏ檎f，“例如，傳統(tǒng)測繪中對于道路只需要把兩條邊線畫出來，但是在城市管理中這樣的地理信息就不夠用。從政務(wù)應(yīng)用視角出發(fā)，我們必須把道路的覆蓋面做出來，到了十字路口還要再單獨(dú)構(gòu)一個面。在新型基礎(chǔ)測繪中，除了基本的道路要素，道路上用于輔助交通管理的斑馬線、停車位等都要做出來?！?/p>

“天空地網(wǎng)”全息采集

據(jù)介紹，開展實景三維建設(shè)，數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式也發(fā)生了改變。和傳統(tǒng)的全野外數(shù)字化、航空攝影和以人工采集為主的數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式不同，其數(shù)據(jù)生產(chǎn)融合了測地衛(wèi)星、航空傾斜攝影、移動測量、探地雷達(dá)等多傳感器，采用互聯(lián)網(wǎng)的“天空地網(wǎng)”一體化空間信息獲取技術(shù)以及人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實現(xiàn)了地理空間數(shù)據(jù)智能提取和智能建模升級。

上海城市實景三維建設(shè)以“全息實體，應(yīng)采盡采”為目標(biāo)，通過新增采集要素，擴(kuò)充要素的屬性等方法，突破傳統(tǒng)地形標(biāo)準(zhǔn)的框架；基于人工智能（AI）的要素提取，最終可形成基于地理實體的全息數(shù)據(jù)采集體系，解決數(shù)據(jù)采集完整性的問題以及城市空間和管理要素的全覆蓋問題。

數(shù)據(jù)提取時，其生產(chǎn)方式采用綜合特征工程與深度學(xué)習(xí)功能，實現(xiàn)了道路部件實體高精度半自動提??；在地理實體構(gòu)建中采用基于概略圖形的地理實體智能構(gòu)建技術(shù)和基于空間相似性和語義相似性的地理實體智能構(gòu)建技術(shù)，實現(xiàn)了地理實體的高效構(gòu)建和多源異構(gòu)業(yè)務(wù)信息融合，顯著提高了生產(chǎn)效率。

數(shù)據(jù)成果也從傳統(tǒng)的形式單一、依比例尺、二維產(chǎn)品或以可視化表達(dá)為主的三維產(chǎn)品向非比例尺、結(jié)構(gòu)化、實體化、可計算、可提供按需組裝服務(wù)的“1+5+N”的實景三維成果轉(zhuǎn)變，減少了外業(yè)工作量；以需求為導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)各類要素按需組裝和自動綜合，提供多樣化地理信息產(chǎn)品，形成一次采集、多種成果的特點(diǎn)。

其構(gòu)建的基于地理實體的空間數(shù)據(jù)庫，從服務(wù)粒度上，既可以提供各種地理實體的查詢、瀏覽、統(tǒng)計與分析等服務(wù)，又可在線獲取與導(dǎo)出相應(yīng)的地理實體數(shù)據(jù)；從服務(wù)對象上，提供面向不同行業(yè)的按需組裝服務(wù)，進(jìn)一步實現(xiàn)由傳統(tǒng)的格式化服務(wù)向“一庫多能、按需組裝”的實時在線的智慧服務(wù)邁進(jìn)。

動態(tài)更新讓數(shù)據(jù)活起來

數(shù)據(jù)更新上，上海市改變以往測繪成果更新入庫主要通過年度方式，保持?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)的現(xiàn)勢性，滿足各行業(yè)對于數(shù)據(jù)的動態(tài)更新需求。

在實踐中，上海市形成了基于政府管理的地理信息實時更新機(jī)制，即“多測合一”；基于遙感影像的地表覆蓋變化發(fā)現(xiàn)機(jī)制，實現(xiàn)地表覆蓋（含建筑、植被、水系等要素）的周期更新；與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)合作進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、信息共享等方式，驅(qū)動基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)實時更新。

數(shù)據(jù)融合上，基于虛擬現(xiàn)實融合技術(shù)，使用者可以將靜態(tài)三維模型和動態(tài)實時視頻相融合，在觀看視頻畫面的同時感知三維視角和空間位置，從而增強(qiáng)視頻數(shù)據(jù)的三維空間“沉浸感”。

“上海國際旅游度假區(qū)市政設(shè)施運(yùn)維管理系統(tǒng)”是一個典型的區(qū)域型實景三維成果應(yīng)用典范。打開系統(tǒng)，任意選擇度假區(qū)內(nèi)的一處攝像頭，本來只能靜止的馬路上會出現(xiàn)來往穿梭的車輛，給靜態(tài)的三維場景賦予了真實感。

在高點(diǎn)虛擬視角下，如果使用者同時拼接融合多路實時視頻，可讓整個區(qū)域“活”起來，從宏觀上掌握該區(qū)域的整體態(tài)勢變化，對于指揮調(diào)度有很大幫助。

據(jù)介紹，通過虛擬三維場景可以方便地獲取攝像頭的覆蓋范圍，再通過多路攝像頭的部署和匯總?cè)诤?，完全可以對特定區(qū)域乃至更大范圍的地域形成三維融合視頻全覆蓋，結(jié)合人臉、車牌識別等技術(shù)，可以在新冠肺炎疫情防控期間完整地在地理信息場景里面回溯出一條流動軌跡。

數(shù)據(jù)表達(dá)上，根據(jù)不同層級城市管理者所關(guān)注的城市對象不同，分別呈現(xiàn)大、中、小三種場景類型。其中，大場景是城市、長三角級別的場景，重點(diǎn)展現(xiàn)城市的整體概貌，屬地形級實景三維的呈現(xiàn)。中場景是城市區(qū)一級的場景，可展示比大場景更多的細(xì)節(jié)信息，屬城市級實景三維范疇，在網(wǎng)格化管理的應(yīng)用中也可以涉及部件級實景三維信息。小場景是對街鎮(zhèn)、園區(qū)、小區(qū)、商業(yè)樓宇級別的場景展示。

賦能精細(xì)化管理

上海擁有近1.3 萬座玻璃幕墻建筑。通過實景三維城市成果的支撐和其他物聯(lián)感知信息的接入，上海市相關(guān)部門在大屏上實現(xiàn)了玻璃幕墻的精細(xì)化管理。如何管理這些玻璃幕墻？

進(jìn)入上海市住建委的小城云管理系統(tǒng)，大屏的中央地圖上展示了上海所有玻璃幕墻建筑的分布，通過實景三維模型直觀地展示玻璃幕墻位置和形態(tài)。點(diǎn)擊具體建筑，可呈現(xiàn)內(nèi)容翔實的“檔案”，包括地理位置、幕墻結(jié)構(gòu)、維保記錄等方面共幾十項數(shù)據(jù)。使用者通過智能算法模型對這些基礎(chǔ)檔案信息和物聯(lián)感知設(shè)備實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的反復(fù)演算，推導(dǎo)出可能存在隱患的樓宇，賦予紅、黃、綠三種風(fēng)險等級顏色在中央地圖上進(jìn)行展示。其中，黃色和紅色建筑將受到重點(diǎn)關(guān)注，由線下工作人員進(jìn)一步排查核實，及時發(fā)現(xiàn)玻璃幕墻潛在的各類隱患。

這是實景三維應(yīng)用于上海城市精細(xì)化管理的縮影。如今，在城市規(guī)劃領(lǐng)域，規(guī)劃部門可在城市全要素實景模型基礎(chǔ)上，把規(guī)劃指標(biāo)立體化，進(jìn)行方案比對，不僅能夠提高城市規(guī)劃決策水平，也能提升建筑設(shè)計融合度。上海市目前已在黃浦江蘇州河沿岸等重點(diǎn)區(qū)域及市區(qū)會審項目方案研究與審批過程中，開展了三維規(guī)劃輔助決策，有效提升了重點(diǎn)地區(qū)整體規(guī)劃水平。

在交通領(lǐng)域，智慧交通通過移動測量系統(tǒng)等多源傳感技術(shù)高精度、全要素獲取道路、停車場（庫）等空間信息，形成語義化的全要素實景模型和高精地圖，可為社會提供更加精準(zhǔn)的定位導(dǎo)航服務(wù)，為交通管理部門疏導(dǎo)車流、緩解交通擁堵提供了實時信息。

“按照確定的建設(shè)思路和技術(shù)路線，形成的成果基本實現(xiàn)了我們開始就堅持的能用、好用、愛用理念?！鄙虾Ｊ袦y繪院地理信息管理與應(yīng)用處處長毛煒青說，目前，上海已有多個部門或行業(yè)在實景三維的數(shù)字底座上生產(chǎn)出了新的產(chǎn)品，成為精細(xì)化管理的利器。