湖北省實景三維建設路線研究

張莉，洪亮，薄立明

(1.湖北省測繪成果檔案館，湖北 武漢 430070； 2.湖北省地理國情監測中心，湖北 武漢 430071；3.武漢大學中國發展戰略與規劃研究院，湖北 武漢 430072)

1 引 言

實景三維是對人類生產、生活和生態空間進行真實、立體、時序化反映和表達的數字虛擬空間，是新型基礎測繪標準化產品，也是國家新型基礎設施建設的重要組成部分，能夠為經濟社會發展和各部門信息化提供統一的空間基底。實景三維要素全面，色彩真實，細節清晰，測量精度高，能更客觀、全面、細致地展現真實世界，對于觀測、理解和分析自然環境具有重要價值。

歐美等發達國家和地區對三維產業非常關注。德國目前已基本完成全國范圍內的三維環境建設。2020年發布的《歐洲地理空間產業展望報告》，將整個地理空間產業廣泛劃為GNSS與定位、GIS與空間分析、遙感和三維掃描四個類別，在傳統的3S領域添加了三維掃描領域。報告預計，到2020年歐洲三維掃描市場將占全球市場的28.3%，即34.8億歐元，年復合增長率約為14.3%，三維掃描市場將成為地理空間行業四個分類中增長最快的市場。

李德仁院士指出，實景三維中國在數據基礎儲備、數字化技術、數據處理技術等方面已具備充分條件。實景三維中國建設是適應我國測繪發展的產物，滿足了當前行業發展的迫切需求[1]。重慶市實現了全市范圍內的多尺度實景三維建設，成果包括全市域 0.4 m分辨率地形級實景三維模型、主城區全域 0.2 m分辨率地形級實景三維模型、主城建成區 0.08 m分辨率城市級實景三維模型、區縣建成區 0.05 m分辨率城市級實景三維模型以及部分重點區域 0.03 m分辨率城市級實景三維模型等[2]。青島市2021年啟動了為期兩年的實景三維青島建設項目。預計將建成全市域 0.15 m分辨率地形級實景三維底圖、重點區域 0.15 m分辨率實景三維底圖以及重點山林10點/m2激光雷達點云數據庫[3]。長沙市利用傾斜攝影的方法，利用多視影像使用了空中三角測量，三維重建，自動紋理映射等技術手段實現快速自動的城市級實景三維模型的建立，并提出了適應城市級實景三維的建模流程[4]。

綜上所述，國內外相關部門對實景三維建設十分重視，投入了巨大的財力和精力進行試點和建設，實景三維建設已經成為測繪地理信息行業的重要建設方向。

2 實景三維湖北建設現狀及意義

實景三維湖北的建設是湖北省基礎測繪十四五規劃的重要內容?！笆奈逡巹潯币幎?，到2025年，湖北省應基本建成以“產品豐富、聯動更新、靈活高效”為特征的新型基礎測繪體系，實現基礎測繪的全面供給、創新發展、智能服務，有力支撐自然資源管理更好履行“兩統一”職責，為湖北省經濟社會高質量發展和生態文明建設提供高效、優質、持續的基礎地理信息服務[6]。實景三維是新型基礎測繪的重要成果，在規劃中設計了全省地形級實景三維覆蓋率100%的建設指標。

2019年1月，自然資源部正式批復，同意武漢市作為新型基礎測繪建設試點城市，設立《國家新型基礎測繪建設武漢市試點項目》。同年4月，項目實施方案通過專家評審，試點項目正式啟動。2021年5月，武漢市在來自中國科學院、中國地質大學等測繪行業的多名專家綜合評估下，通過中期評估。武漢市研發了視頻流全景地圖、實景三維等新型測繪產品[7]。

湖北省實景三維建設與全國的建設基本保持同步，目前主要處于技術研究、框架設計和前期試點階段。具體而言，湖北省建設實景三維有優勢也有不足。主要優勢體現在湖北省政府對地理空間信息產業的戰略重視，湖北省內多家高校，科研院所，以及中央在漢技術單位的雄厚科研技術基礎和應用轉化能力；眾多的從業人員和厚實的地理信息空間“一庫一平臺”框架[8，9]。這些都為湖北省實景三維建設打下了厚實的基礎。在湖北省實景三維建設中，也存在不足，主要表現為滿足實景三維建設的高分辨率影像和大比例尺DEM數據現勢性不足，各地方及行業數據基準不統一，組織管理模式不夠科學，各科研單位，生產單位之間的協同轉化不夠順暢等方面。

在當前國家推動實景三維建設的大背景下，湖北省早謀劃、早設計、早試點、早實施實景三維建設是很有必要的。其意義主要有：

一是有利于推動自然資源事業發展

湖北省自然資源廳由多家單位整合而成，各單位有自己的工作規則、流程和模式，通過實景三維建設，不僅原測繪地理信息部門需要挑擔子，動心思，出力氣，同時也對原規劃、國土等部門提出了要求，需要提需求，改流程，促應用。在這個過程中可以打破原有隔閡，融會貫通，推動自然資源各部門的融合，推動自然資源事業發展。

二是有利于推動技術創新

湖北省是地球空間信息產業的技術強省，很多高校和科研院所的相關技術沒有很好地轉化為生產力。實景三維建設是一個技術密集型產業，在建設過程中涉及眾多先進技術，這可以引導科技人員，明確研究方向，凝聚科研力量，能夠出成果，出創新。

三是有利于促進就業

實景三維建設不僅是技術密集型產業，也是勞動密集型產業。實景三維建設鏈條長、工序多，需要大量勞動力的投入。所以推動實景三維建設，有利于穩定測繪隊伍，保就業穩增長，有利于實現大學生留漢創業。

四是有利于補短板

湖北省基礎測繪建設還存在著基礎測繪數據及產品的短板，在實景三維建設過程中，按照高標準，盡快采集和生產這些數據和產品，一方面彌補基礎測繪短板，另一方面可以快速得到新標準和高精度的數據和產品，實現基礎測繪的彎道超車，迅速追趕甚至超越先進省份。

總之，加快推進湖北省實景三維建設，符合國家的需求，響應了湖北省產業戰略規劃，有利于補數據短板，強科技優勢，對于促進就業，推動自然資源事業的發展具有重要價值。

3 實景三維湖北建設路線

實景三維湖北建設路線可以按照地形-城市-部件三級聯動的方式完成。依托現有平臺和數據，全面完成地形級實景三維建設，成果作為實景三維湖北的扎實基礎；瞄準應用市場，借鑒武漢市的實景三維建設經驗，擇優布局開展城市級實景三維的建設；最后按照具體需求，建設示范部件級實景三維，并為未來的市場開拓和應用開辟道路。

3.1 地形級建設方案

《實景三維中國建設技術大綱》中規定，地形級實景三維建設需構建地形級地理場景、基礎地理實體，獲取其他實體、物聯感知數據，組裝生成地形級實景三維產品?！洞缶V》中對地形級實景三維建設指標給出了標準[10]，建議地形級實景三維建設以DOM/TDOM+DEM/DSM為基底，構建地形級地理場景。在此基礎上疊加基礎地理實體、其他實體、物聯感知數據，組裝生成地形級實景三維產品。

總結國內外現有實景三維建設的經驗，地形級實景三維地理場景最合適、最經濟的生產方式是使用DOM/TDOM+DEM/DSM的方案建模，可以充分利用現有的基礎測繪數據，同時數據獲取方法簡單快捷、數據現勢性高，三維建模計算量小、效率高，適合大面積區域三維建模工作。

根據武漢市及咸寧市實景三維建設的經驗，湖北省地形級實景三維建設應該采用三維地理場景+二維形式地理實體方法，這種方式能夠充分利用湖北省基礎測繪的現有數據。技術路線如圖1所示。

圖1 地形級實景三維建設技術路線

3.2 城市級建設方案

《實景三維中國建設技術大綱(2021版)》指出，城市級實景三維建設需基于傾斜攝影三維模型構建地形級地理場景，并疊加基礎地理實體、他實體、物聯感知數據，組裝生成地形級實景三維產品?！洞缶V》中對城市級實景三維建設指標給出了具體標準。

根據這一要求，結合其他省市的城市級實景三維建設情況，湖北省地理場景宜采用傾斜攝影技術生產三維模型，城市建成區及其他重點區域影像空間分辨率不低于 0.05 m。在此基礎上疊加地理實體與物聯感知數據。

城市級實景三維構建任務，可以在加強監管的前提下，由市級測繪單位組織，由其決定測量精度與單體化規模；在下達任務前，湖北省應出臺相應標準規范，對城市級實景三維建設方案、數據源精度要求、三維建模規范、單體化建模標準、三維模型驗收要求等方面做好規定。

3.3 部件級建設方案

部件級實景三維是能夠表現建筑物細節、道路標志標線、街頭景觀小品、市政設施等更高精度的實景三維。該層級一般是在城市級實景三維場景的基礎上，對道路、水系、植被、管線和其他模型進行實體化處理而得到[12]?！秾嵕叭S中國建設技術大綱(2021版)》中對部件級實景三維建設內容指標給出了建議?！洞缶V》規定，部件級實景三維數據庫應由地理場景、部件三維模型和物聯感知數據組成。部件級實景三維的建設方法與城市級實景三維建設方法差別不大，可以通過有人機、無人機、移動車以及地面固定站等獲取高精度傾斜攝影、近景攝影或激光雷達數據，對這些數據進行精細化建模。建模精度等具體指標由各個項目甲方需求而定。

由于國內還沒有部件級實景三維建設的相關規范，建議湖北省建立部件級實景三維建設試點，深入探索部件級實景三維的建設方法、精度要求等問題，形成規范或指導性文件。后續部件級建設應通過市場化、商業化方式來實現。

4 實景三維湖北建設思路

4.1 建設路徑

(1)制定標準

鄉村空間改造就是對鄉村現存的解體的空間結構體系進行重新規劃與整合，使體系中各個元素達到完美優化組合。要整體考慮城鄉區域，全面研究鄉村空間結構，根據國家對鄉村發展的新要求、新政策來對鄉村空間的價值進行全面認識。在對鄉村進行空間改造時，還要對當地的文化進行保護，按照新農村建設的標準對鄉村空間進行改造。

湖北省應完善實景三維模型采集、處理、應用、服務等技術標準，并申報湖北省地方標準。形成一套實景三維建設的權威標準，這將有助于提高湖北省實景三維建設效率，也將有助于其他省市參考。

(2)建立協同機制

設計相應的制度和機制，發揮中央在漢企業、省內行業隊伍、高等院校、科研院所和民營企業的積極性和創造性，壯大高精度空間數據獲取裝備、隊伍。整合相關力量，提高湖北省從業人員作業水平，提高數據處理、產品生產的質量和效率。

(3)利用既有數據

在數字城市、智慧城市以及新型基礎測繪建設中，湖北省很多區域和行業采集和生產了大量高分辨率影像，生產了很多三維建模成果，有必要對此進行收集整理，在盡可能整合、利用現有數據的情況下，按建設方案的要求，全面統籌，充分利用。

(4)建設數據管理系統

實景三維建模后，需要將其統一存放、管理、發布，因此需要建立實景三維地理信息服務平臺。該平臺需要多維可用，能夠將歷史數據、二維數據疊加到三維模型中顯示和分析。

(5)推廣應用

4.2 組織方式

地形級實景三維的建設工作應由湖北省自然資源廳牽頭實施，主要內容包括可用數據調查整合、數據采集、地形級實景三維建模工作。除此之外，湖北省自然資源廳還應牽頭制定實景三維模型采集、處理、應用、服務等技術標準，建設實景三維數據管理與應用系統。

城市級實景三維建設應由湖北省自然資源廳監管，由各地市級測繪部門牽頭，依據湖北省自然資源廳制定的實景三維技術標準，選擇合適的建設方法、數據源，同時應該充分利用好現有數據，降低建設成本。建成后，應將數據整合到實景三維數據管理與應用系統中。

部件級實景三維可以建立省級、市級試點，同時鼓勵企業根據需要建立部件級三維模型。

5 展 望

建成實景三維湖北，是新型基礎測繪的重要成果，將為時空大數據平臺提供強有力的支持。時空大數據平臺是新型基礎測繪的應用載體，為城市管理提供一張底板、一個平臺、一套數據的重要基礎。

建設實景三維湖北，將對湖北省測繪行業與社會經濟發展起到極大的促進作用，在補數據短板，強科技優勢，促進就業，推動自然資源事業發展等方面發揮巨大作用。