安徽省實(shí)景三維建設(shè)試點(diǎn)與思考

戴錫花

（安徽省第三測(cè)繪院）

1 實(shí)景三維城市建設(shè)技術(shù)

1.1 實(shí)景三維城市建設(shè)的優(yōu)勢(shì)

相較于傳統(tǒng)的二維數(shù)據(jù)信息而言，其在傳統(tǒng)測(cè)繪工作中承擔(dān)了基礎(chǔ)性的作用，但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展要求的提升，二維信息數(shù)據(jù)在語(yǔ)義層次化、可視程度以及空間傳遞性上存在較多缺陷。同時(shí)，二維技術(shù)產(chǎn)出的模型在城市規(guī)劃及方案確立等方面的應(yīng)用，存在著成本高，數(shù)據(jù)傳達(dá)性弱等問題。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)景三維城市化建設(shè)技術(shù)具備了更為強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)處理能力，并能夠在廣泛的空間內(nèi)高效、高速地傳播數(shù)據(jù)信息，為實(shí)景三維數(shù)據(jù)的共享提供了保障。同時(shí)，基于4D技術(shù)的三維建模及全景、實(shí)景繪圖，為城市化建設(shè)及各領(lǐng)域的管理提供了便捷，集海陸空一體化的信息采集方式，為后續(xù)城市化自然資源勘測(cè)、道路交通勘測(cè)以及山川河流地貌勘測(cè)，提供了有效的技術(shù)支持。

1.2 實(shí)景三維城市建設(shè)的特征

現(xiàn)階段實(shí)景三維城市建設(shè)主要有以下特征表現(xiàn)。①實(shí)景三維輸出產(chǎn)品形式多樣，其全景及實(shí)景測(cè)繪同時(shí)具備可視化、直觀、量化且具象化的特征。②成果信息蘊(yùn)含高效性和時(shí)效性，能夠第一時(shí)間為測(cè)繪工作人員提供信息數(shù)據(jù)。③實(shí)景三維城市化建設(shè)具備個(gè)性化發(fā)展的特點(diǎn)，其在城市專項(xiàng)規(guī)劃及更新方面發(fā)揮著重要作用。④實(shí)景三維城市化建設(shè)具備商業(yè)性的特點(diǎn)，在城市規(guī)劃初期，其投資主體靈活，市場(chǎng)參與和政府投入并重。

2 安徽實(shí)景三維建設(shè)技術(shù)實(shí)踐

2.1 傾斜三維建設(shè)

傾斜三維建設(shè)主要是用影像建模軟件生成的地表三維模型數(shù)據(jù)。其主要運(yùn)用傾斜攝影平臺(tái)技術(shù)結(jié)合傾斜相機(jī)等設(shè)備，對(duì)地表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并生成有序列的影像材料，再將影像材料傳輸至云平臺(tái)進(jìn)行信息處理，最終形成三維模型。安徽省的實(shí)景三維試點(diǎn)城市建設(shè)主要以傾斜航空攝影方法來(lái)獲取數(shù)據(jù)。同時(shí)，結(jié)合城市建設(shè)及規(guī)劃要求，在特定范圍內(nèi)開展傾斜三維建模并投入生產(chǎn)作業(yè)，可適當(dāng)運(yùn)用車載式設(shè)備或激光測(cè)量等方式輔助數(shù)據(jù)采集。到目前為止，傾斜三維模型已覆蓋規(guī)劃的主要城區(qū)，其分辨率優(yōu)于0.03m。

2.2 地形級(jí)實(shí)景三維數(shù)據(jù)

三維地形是用實(shí)景三維技術(shù)模擬的一種連續(xù)性的地表模型，其主要用于反映地表高低起伏的外形形態(tài)，通過(guò)實(shí)景三維技術(shù)中的DOM 和DEM 疊加技術(shù)，完成城市化基礎(chǔ)測(cè)繪建設(shè)，對(duì)其進(jìn)行周期性的信息數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過(guò)數(shù)字影像的組建過(guò)程，從而生成的地表表面模型。項(xiàng)目開展合肥市肥西縣、包河區(qū)及蜀山區(qū)部分區(qū)域共2067km2地形級(jí)實(shí)景三維數(shù)據(jù)試生產(chǎn)和建庫(kù)，組裝生成地形級(jí)實(shí)景三維產(chǎn)品。

2.3 城市級(jí)實(shí)景三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)

三維模型是用實(shí)景三維技術(shù)構(gòu)建的一種城市模擬場(chǎng)景數(shù)據(jù)，其主要用3D Max 等三維建模軟件，通過(guò)將立體素材運(yùn)用位移、旋轉(zhuǎn)、拉伸等操作實(shí)現(xiàn)的三維模擬，主要以DEM、DOM和紋理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在模型建設(shè)上，獲取包河區(qū)城市建成區(qū)24.8km2傾斜航空攝影數(shù)據(jù)和激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，開展Mesh模型和三維基礎(chǔ)地理實(shí)體數(shù)據(jù)生產(chǎn)，組裝生成城市級(jí)實(shí)景三維產(chǎn)品。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)城市核心區(qū)房屋建筑、道路交通及河流等的覆蓋，并制定相關(guān)的三維模型標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2.4 部件級(jí)實(shí)景三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)

部件級(jí)實(shí)景三維是一種可測(cè)量全視角的三維模擬模型。是對(duì)城市級(jí)實(shí)景三維的分解和細(xì)化表達(dá)。重點(diǎn)是滿足專業(yè)化、個(gè)性化應(yīng)用需求。在城市級(jí)實(shí)景三維產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，通過(guò)按需選取相關(guān)的部件級(jí)數(shù)據(jù)成果組裝成部件級(jí)實(shí)景三維產(chǎn)品。其主要是通過(guò)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)技術(shù)，配合全景照片設(shè)備，在對(duì)特定的拍攝精度以及高程精度加以控制的前提下，形成拍攝高程精度優(yōu)于0.5m的全景影像三維數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)信息化數(shù)據(jù)平臺(tái)處理之后形成的全景三維模型。同時(shí)，在獲取全景三維數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過(guò)數(shù)碼相機(jī)等高分辨率的設(shè)備獲取紋理數(shù)據(jù)，結(jié)合掃描設(shè)備，對(duì)彩色點(diǎn)云及全景數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。安徽省實(shí)景三維試點(diǎn)建設(shè)主要采用了搭載激光雷達(dá)、GNSS 接收機(jī)、慣性測(cè)量系統(tǒng)（IMU）、全景相機(jī)以及控制系統(tǒng)的車載式三維掃描測(cè)量系統(tǒng)對(duì)云谷路（包河大道-環(huán)湖北路路段）周邊道路設(shè)施部件點(diǎn)云與全景影像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同步使用數(shù)碼相機(jī)獲得高分辨率的紋理數(shù)據(jù)[2]。

2.5 實(shí)景三維建設(shè)

目前，安徽省采用新型的實(shí)景三維測(cè)繪技術(shù)展開試點(diǎn)建設(shè)工作，其試點(diǎn)總面積約2000km2，實(shí)景三維在一定程度上通過(guò)客觀形式反映出了試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的整體城市建構(gòu)、道路交通規(guī)劃、自然資源以及山川、河流脈絡(luò)走向，在一定程度上，實(shí)景三維技術(shù)結(jié)構(gòu)化、可視化、實(shí)體化的優(yōu)勢(shì)，可以充分幫助城市建設(shè)在模型綜合分析及空間量算方面，提供優(yōu)質(zhì)的三維模型數(shù)據(jù)。

2.6 三維成果應(yīng)用

現(xiàn)階段，安徽省的實(shí)景三維試點(diǎn)城市建設(shè)所取得的技術(shù)成果將推廣應(yīng)用于城市設(shè)計(jì)與規(guī)劃、城市建筑及建筑保護(hù)，道路交通運(yùn)行管控、河流走向規(guī)劃、環(huán)境整治、耕地保護(hù)監(jiān)管、街區(qū)風(fēng)貌改進(jìn)及其他重要活動(dòng)管理中，同時(shí)，實(shí)景三維技術(shù)在自然資源勘測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估以及環(huán)境修復(fù)等方面形成的模擬數(shù)據(jù)也為以上發(fā)展提供重要的作用[3]。

2.7 實(shí)景三維建設(shè)規(guī)劃

安徽省實(shí)景三維建設(shè)現(xiàn)已列入《安徽省“十四五”測(cè)繪地理信息規(guī)劃》，結(jié)合其試點(diǎn)城市發(fā)展需求，依據(jù)安徽省“實(shí)景三維中國(guó)”建設(shè)總目標(biāo)，全面提升實(shí)景三維技術(shù)在海陸空一體化方面的測(cè)繪優(yōu)勢(shì)，提升整體測(cè)繪水平，并通過(guò)分級(jí)、分類的形式，覆蓋試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的城市建設(shè)，為城市化建設(shè)提供重要的數(shù)據(jù)保障，鼓勵(lì)三維模型技術(shù)創(chuàng)新。

3 城市實(shí)景三維建設(shè)的思考

3.1 關(guān)于建設(shè)的層級(jí)

實(shí)景三維從層級(jí)上可以劃分為：地形級(jí)、城市級(jí)和部件級(jí)三個(gè)層級(jí)。

地形級(jí)主要是運(yùn)用可視化的方式，采用相對(duì)低精度，大尺度的高程信息采集方法，對(duì)紋理、時(shí)間以及地理屬性等進(jìn)行規(guī)劃。通常情況下，用以展示城市化分布及具體的建筑形態(tài)、山川河流、地貌特征等，主要是實(shí)景三維技術(shù)中DOM 和DEM 技術(shù)疊加產(chǎn)出的三維地形數(shù)據(jù)信息[4]。

城市級(jí)是指針對(duì)實(shí)景三維試點(diǎn)城市部分實(shí)景所建立的三維模型，例如，試點(diǎn)城市內(nèi)部重要的交通樞紐以及重要建筑等，并對(duì)其進(jìn)行語(yǔ)義化和三維化的模型創(chuàng)設(shè)，為城市下一步的規(guī)劃設(shè)計(jì)以及管控提供數(shù)據(jù)信息支持。

部件級(jí)主要應(yīng)用于微觀層面的實(shí)景三維技術(shù)展示，其可對(duì)城市建設(shè)中需要采集的高精度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)籌分析，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的精度優(yōu)化，再以實(shí)體化和語(yǔ)義化的形式產(chǎn)出。其產(chǎn)品形式較以上兩種更為多樣，包括傾斜三維、全景三維、點(diǎn)云三維、模型三維、BIM等，其在城市專項(xiàng)管理及管控方面應(yīng)用更為廣泛。

3.2 關(guān)于建設(shè)的內(nèi)容

通過(guò)對(duì)比實(shí)景三維試點(diǎn)城市在三維信息數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的精度數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式可知，實(shí)景三維試點(diǎn)城市建設(shè)的內(nèi)容具備不同場(chǎng)景、不同階段下的各類優(yōu)勢(shì)，并且相得益彰。城市實(shí)景三維建設(shè)是多領(lǐng)域融合創(chuàng)建的過(guò)程，建設(shè)內(nèi)容具備一定的深度，而且各個(gè)內(nèi)容之間可以在廣度上融合。另外，BIM 可以為實(shí)景三維建設(shè)在應(yīng)用顆粒度及空間上提供進(jìn)一步地深入創(chuàng)設(shè)。CIM作為數(shù)字城市建設(shè)的關(guān)鍵內(nèi)容之一，其可以通過(guò)實(shí)景三維內(nèi)容作為支持[3]。

3.3 關(guān)于建設(shè)的指標(biāo)

安徽省實(shí)景三維試點(diǎn)城市建設(shè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)要求如下：首先，對(duì)于幾何精度指標(biāo)，要求能夠準(zhǔn)確對(duì)三維數(shù)據(jù)在空間位置及事物形態(tài)上進(jìn)行認(rèn)定和評(píng)判。其次，在紋理精度方面，可獲取清晰的實(shí)體影像及形象特征數(shù)據(jù)。最后，對(duì)實(shí)景試點(diǎn)城市建設(shè)中各類模型的屬性指標(biāo)精度要求需分門別類、并統(tǒng)籌數(shù)據(jù)信息，理清數(shù)據(jù)信息之間的語(yǔ)義關(guān)系。

3.4 關(guān)于建設(shè)的路徑

3.4.1 聚焦職責(zé)

實(shí)景三維試點(diǎn)城市建設(shè)聚焦生態(tài)環(huán)保以及生態(tài)文明建設(shè)，并為各領(lǐng)域各行業(yè)提供技術(shù)支持，進(jìn)一步服務(wù)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)城市的整體創(chuàng)新。并且，技術(shù)人員可以通過(guò)實(shí)景三維技術(shù)進(jìn)一步推進(jìn)在耕地保護(hù)、自然資源勘測(cè)、山川河流脈絡(luò)勘測(cè)，智慧交通等層面的研究和應(yīng)用，盡可能地聚焦城市的高效管控和更新發(fā)展職責(zé)。

3.4.2 統(tǒng)籌謀劃

在實(shí)景三維試點(diǎn)城市建設(shè)的過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)分級(jí)、分工創(chuàng)建。工程人員要統(tǒng)籌謀劃各試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的實(shí)景三維框架，通過(guò)衛(wèi)星遙感通信技術(shù)，傳導(dǎo)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)部件級(jí)的實(shí)景三維數(shù)據(jù)處理。并針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域結(jié)合BIM和CIM疊加技術(shù)，統(tǒng)籌城市實(shí)景三維規(guī)劃建設(shè)。

3.4.3 以用促建

在實(shí)景三維試點(diǎn)城市建設(shè)過(guò)程中，可采取邊用邊建的措施來(lái)引領(lǐng)實(shí)景三維技術(shù)的應(yīng)用。首先，可以運(yùn)用人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)以及傾斜攝影等方面的優(yōu)勢(shì)，來(lái)提升實(shí)景三維技術(shù)的支持力。同時(shí)，在信息數(shù)據(jù)共享方面，可以通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享模式，優(yōu)化三維數(shù)據(jù)的傳輸空間局限，從而提升實(shí)景三維試點(diǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)傳播的能力。

3.4.4 試點(diǎn)先行

實(shí)景三維試點(diǎn)城市建設(shè)可結(jié)合生態(tài)、綠色、可持續(xù)發(fā)展等理念，進(jìn)一步探索三維技術(shù)在中國(guó)城市化建設(shè)中的創(chuàng)新路線。安徽省本次開展的實(shí)景三維試點(diǎn)城市建設(shè)，其中囊括了對(duì)產(chǎn)品形式、組織管理、技術(shù)技巧、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、應(yīng)用模式等方面的探索，并形成了很好的帶動(dòng)作用，進(jìn)一步為實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維試點(diǎn)城市建設(shè)以及推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，工程人員通過(guò)對(duì)安徽省實(shí)景三維試點(diǎn)城市建設(shè)的實(shí)踐與思考的分析，充分認(rèn)識(shí)到了新型基礎(chǔ)測(cè)繪與大數(shù)據(jù)云平臺(tái)及三維模型間的融合關(guān)系，實(shí)景三維技術(shù)在對(duì)大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供數(shù)據(jù)服務(wù)的前提下，能夠有效地提升當(dāng)下測(cè)繪工作的效率和質(zhì)量，同時(shí)，實(shí)景三維試點(diǎn)城市建設(shè)，還需要工程技術(shù)人員不懈地努力與探索，以期實(shí)景三維技術(shù)取得更好的創(chuàng)新成果。