鄧頌平，周俊杰，范延平，姚 敏，李治君，趙 越

（自然資源部信息中心，北京 100830）

0 背景

2018年，自然資源部提出自然資源相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)要由二維系統(tǒng)向三維系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。2019年，在“十四五”基礎(chǔ)測(cè)繪規(guī)劃編制工作啟動(dòng)時(shí)提出將“實(shí)景三維中國建設(shè)”納入自然資源部“十四五”基礎(chǔ)測(cè)繪重點(diǎn)工作。《自然資源部信息化建設(shè)總體方案》要求，全面增強(qiáng)自然資源三維動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與態(tài)勢(shì)感知能力，提升地上、地下自然資源管理的一體化、精細(xì)化和智能化水平，形成地上地下、陸海相連、集成融合、可持續(xù)更新的自然資源三維立體“一張圖”大數(shù)據(jù)體系。加快推進(jìn)各類自然資源、國土空間各類要素的三維實(shí)景數(shù)據(jù)獲取，開展物理空間實(shí)體對(duì)象的單體化和對(duì)象化的仿真建模，建立二三維一體化的自然資源和國土空間三維實(shí)景數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)客觀世界的大場(chǎng)景三維動(dòng)態(tài)可視化管理，并努力實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)實(shí)景可視化，提升自然資源治理能力和治理現(xiàn)代化[2]。

2020年，《自然資源部網(wǎng)絡(luò)安全與信息化工作要點(diǎn)》明確提出，構(gòu)建自然資源三維立體“一張圖”[3]，通過國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)對(duì)自然資源三維立體“一張圖”數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自然資源管理與服務(wù)的精準(zhǔn)化和高效化。

1 建設(shè)目標(biāo)

按照《自然資源部信息化建設(shè)總體方案》的整體部署，自然資源三維立體“一張圖”建設(shè)遵循“一張網(wǎng)”“一張圖”“一平臺(tái)”和“三大應(yīng)用體系”[2]原則。通過建立安全高效的自然資源“一張網(wǎng)”、全國統(tǒng)一“地上地下、陸海相連”的自然資源三維立體“一張圖”、完善的分布式國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)、不斷滿足新業(yè)務(wù)要求的“三大應(yīng)用體系”等，形成自然資源三維立體“一張圖”數(shù)據(jù)資源管理體系與應(yīng)用服務(wù)支撐信息化機(jī)制，為建立國土空間規(guī)劃體系、用途管制和生態(tài)修復(fù)、自然資源確權(quán)登記等新時(shí)代國土空間開發(fā)利用保護(hù)格局提供數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支撐，為國家各部門信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同提供支持，保障國家戰(zhàn)略有效實(shí)施、促進(jìn)國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化。

2 總體框架

自然資源三維立體“一張圖”建設(shè)以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和安全運(yùn)行體系為保障，以統(tǒng)一的自然資源信息化基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，遵循國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)總體架構(gòu)[1]，通過國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)進(jìn)行管理并提供滿足自然資源管理需求的國土空間規(guī)劃、自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)、耕地保護(hù)、生態(tài)修復(fù)、礦產(chǎn)資源管理、土地管理等多種三維應(yīng)用。國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)三維擴(kuò)展框架如圖1所示。

圖1 國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)三維擴(kuò)展框架

3 主要建設(shè)內(nèi)容

3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定

3.1.1 三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)建設(shè)指南

依據(jù)自然資源信息化業(yè)務(wù)域的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景需求，提出三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)建設(shè)指南規(guī)范，約定傾斜攝影、激光點(diǎn)云、精細(xì)模型、BIM等主流三維模型數(shù)據(jù)的一種或多種主要交換格式及主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)。

3.1.2 通用三維數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn)

除兼容主流的三維數(shù)據(jù)格式外，針對(duì)多源三維空間數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布與共享，建立開放的三維空間數(shù)據(jù)交換格式，通過一種高效、易擴(kuò)展、可協(xié)作的數(shù)據(jù)規(guī)范，滿足用戶在不同終端（移動(dòng)、瀏覽器、桌面）三維數(shù)據(jù)傳輸和解析方面的需求。

3.1.3 三維數(shù)據(jù)匯交與更新技術(shù)規(guī)范

在建立數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，保證數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性，建立行業(yè)三維模型數(shù)據(jù)匯交與更新技術(shù)規(guī)范。

3.1.4 三維數(shù)據(jù)共享服務(wù)規(guī)范

根據(jù)不同部門對(duì)三維數(shù)據(jù)服務(wù)的不同需求，從三維信息服務(wù)共享的范圍、內(nèi)容、權(quán)限、時(shí)效和更新頻率等方面制定數(shù)據(jù)共享與安全等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 三維實(shí)景數(shù)據(jù)庫建設(shè)

（1）三維地形數(shù)據(jù)庫。建立全國地形庫，利用已有或收集的全國更高精度DEM、DSM地形數(shù)據(jù)，經(jīng)過拼接融合、降噪等處理后，形成三維地形數(shù)據(jù)庫，并將地形數(shù)據(jù)生成緩存文件后發(fā)布服務(wù)。三維地形數(shù)據(jù)庫將作為自然資源“一張圖”大場(chǎng)景三維實(shí)景展示的主要底板。

（2）三維自然資源確權(quán)登記與不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用自然資源確權(quán)登記成果及不動(dòng)產(chǎn)登記數(shù)據(jù)，構(gòu)建自然資源與不動(dòng)產(chǎn)登記一體化的三維實(shí)景數(shù)據(jù)庫。

（3）三維探明儲(chǔ)量礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫。利用鉆孔、剖面圖、水平投影圖等地質(zhì)勘查資料，構(gòu)建三維礦體模型，形成三維探明儲(chǔ)量礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫。

（4）三維地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)庫。收集和整理各類地質(zhì)勘查資料，利用鉆孔資料、地質(zhì)圖、地形圖、剖面圖等多元信息進(jìn)行多源數(shù)據(jù)整合與三維建模，建立鉆孔實(shí)體模型、三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型、三維地質(zhì)屬性模型等。

（5）三維海洋觀（監(jiān)）測(cè)數(shù)據(jù)庫。整合通過海洋站、海洋雷達(dá)站、浮標(biāo)、海底觀測(cè)、標(biāo)準(zhǔn)海洋斷面、海洋生態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、衛(wèi)星海洋觀（監(jiān)）測(cè)、漂流浮標(biāo)和海洋機(jī)動(dòng)觀（監(jiān)）測(cè)等方式采集的數(shù)據(jù)，以海底地形數(shù)據(jù)為底板，建立海洋三維立體觀（監(jiān)）測(cè)數(shù)據(jù)庫。

（6）三維城市精細(xì)模型數(shù)據(jù)庫?；?DMax、MAYA等軟件建立模型數(shù)據(jù)，通過制作建筑物框架，采用現(xiàn)場(chǎng)拍攝的紋理，并輔以光影的效果建立精細(xì)模型數(shù)據(jù)，可有效真實(shí)還原城市綜合體的復(fù)雜構(gòu)造。

3.3 二三維多源數(shù)據(jù)獲取與融合

針對(duì)現(xiàn)狀、規(guī)劃管控、管理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、傾斜攝影建模和BIM、3DMax建筑物模型、地質(zhì)體等數(shù)據(jù)，開展二三維多源數(shù)據(jù)融合，形成自然資源三維立體“一張圖”。對(duì)現(xiàn)狀、規(guī)劃管控、管理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一空間參考，開展三維自然資源場(chǎng)景制作，生成緩存文件，發(fā)布二三維數(shù)據(jù)服務(wù)。對(duì)傾斜攝影建模數(shù)據(jù)進(jìn)行單體化，對(duì)BIM、3DMax建筑物模型、地質(zhì)體等數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，生成緩存文件，發(fā)布地圖服務(wù)。二三維多源數(shù)據(jù)獲取與融合流程如圖2所示。

圖2 二三維多源數(shù)據(jù)獲取與融合流程

3.4 國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)三維可視化與分析能力擴(kuò)展

國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)三維擴(kuò)展功能如圖3所示，包括大場(chǎng)景多源異構(gòu)數(shù)據(jù)二三維一體可視化、三維基礎(chǔ)分析、三維專業(yè)分析、自然資源空間分析、查詢與統(tǒng)計(jì)全面三維場(chǎng)景化、三維專題數(shù)據(jù)產(chǎn)品、二三維一體化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與發(fā)布管理等。

圖3 國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)三維擴(kuò)展功能

3.4.1 三維數(shù)據(jù)管理能力

對(duì)傾斜攝影、激光點(diǎn)云、手工建模等各類三維模型數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的存儲(chǔ)、更新與資源目錄管理能力。支持模型的文件型、數(shù)據(jù)庫型存儲(chǔ)方式，支持?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)和地圖服務(wù)的發(fā)布與管理，支持模型緩存數(shù)據(jù)的管理。

3.4.2 三維可視化能力

通過三維符號(hào)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面要素在三維場(chǎng)景中的快速構(gòu)建與可視化表達(dá)。應(yīng)用三維可視化特效，真實(shí)再現(xiàn)國土空間分布。

3.4.3 三維基礎(chǔ)應(yīng)用服務(wù)能力

提供坡度坡向分析、等高線分析、通視分析、可視域分析、日志分析、陰影率統(tǒng)計(jì)分析、天際線分析、剖面線分析、限高分析等功能，三維體間的交、差、并等三維空間分析服務(wù)，基于三維場(chǎng)景的合規(guī)性分析、項(xiàng)目選址分析等通用基礎(chǔ)分析服務(wù)。

3.4.4 三維數(shù)據(jù)共享服務(wù)能力

對(duì)三維數(shù)據(jù)服務(wù)、地圖服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)等提供安全可靠的共享服務(wù)機(jī)制與技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)能力滿足國家發(fā)展和改革委員會(huì)、生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運(yùn)輸部、水利部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等部門信息共享需求，服務(wù)業(yè)務(wù)協(xié)同部門。

3.4.5 三維專題數(shù)據(jù)產(chǎn)品制作

在提供三維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)的基礎(chǔ)上，按照實(shí)際工作和各部門需求，開展特定專題三維產(chǎn)品定制與服務(wù)，將成熟的產(chǎn)品接入平臺(tái)，通過平臺(tái)為廣大的用戶提供服務(wù)。

4 建設(shè)模式

自然資源三維立體“一張圖”按照“各負(fù)其責(zé)、分布式管理”和“集成整合、共建共享”的原則進(jìn)行建設(shè)，如圖4所示。采用分布式構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)物理上分散、邏輯上集中。面向自然資源部，基于內(nèi)網(wǎng)為項(xiàng)目審批、日常監(jiān)管、分析決策、國土空間規(guī)劃編制、“三區(qū)三線”劃定等工作提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。面向其他相關(guān)部委，基于國家電子政務(wù)內(nèi)網(wǎng)提供國土空間“底數(shù)”“底線”數(shù)據(jù)服務(wù)，同時(shí)提供專項(xiàng)規(guī)劃、審批項(xiàng)目的套合比對(duì)分析等功能。面向社會(huì)組織和公眾，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，提供基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務(wù)。

圖4 自然資源三維立體“一張圖”建設(shè)模式

5 主要進(jìn)展

5.1 標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

《國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)規(guī)范》《自然資源三維立體“一張圖”數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》《基于國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)開展城市信息模型集成和應(yīng)用指南》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)正在開展，部分標(biāo)準(zhǔn)已形成征求意見稿。

5.2 數(shù)據(jù)資源體系建設(shè)

整個(gè)自然資源三維立體空間被劃分為地下資源層、地表基質(zhì)層、基底層、地表覆蓋層、規(guī)劃管控層、管理層、社會(huì)經(jīng)濟(jì)層。

（1）地下資源層包括礦產(chǎn)資源調(diào)查、地下空間利用調(diào)查、陸地地質(zhì)調(diào)查、海洋地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)。

（2）地表基質(zhì)層包括巖石、礫石、沙和土壤等調(diào)查數(shù)據(jù)，海底基質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)。

（3）基底層包括多時(shí)相遙感影像數(shù)據(jù)、陸地三維模型、海底地形三維模型、城市三維數(shù)據(jù)、陸地地形地貌等基礎(chǔ)地理、海洋基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。

（4）地表覆蓋層包括重點(diǎn)區(qū)域、地下水、海洋資源、生態(tài)狀況等監(jiān)測(cè)、應(yīng)急數(shù)據(jù)，森林、草原、水、濕地、海域海島等專項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)，第三次全國國土調(diào)查及變更調(diào)查、地理國情普查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

（5）規(guī)劃管控層包括生態(tài)保護(hù)紅線、永久基本農(nóng)田控制線、城鎮(zhèn)開發(fā)邊界等重要控制線，“五級(jí)三類”國土空間規(guī)劃數(shù)據(jù)。

（6）管理層包括地政、礦政、海政、測(cè)政等日常審批和監(jiān)督業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，自然資源確權(quán)和不動(dòng)產(chǎn)登記、自然資源資產(chǎn)數(shù)據(jù)。

（7）社會(huì)經(jīng)濟(jì)層包括互聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口數(shù)據(jù)。

5.3 三維數(shù)據(jù)庫建設(shè)

5.3.1 三維礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量數(shù)據(jù)庫

為推動(dòng)全國礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量的三維管理水平，2020年9月2日，自然資源部印發(fā)《礦產(chǎn)資源國情調(diào)查技術(shù)要求》，要求大中型礦區(qū)建立礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量估算空間范圍立體圖，立體圖由礦體（含油氣層）、地層、構(gòu)造、鉆孔等內(nèi)容組成，有條件的礦區(qū)可開展地質(zhì)建模，無條件的礦區(qū)可開展礦體建模。

5.3.2 三維時(shí)空數(shù)據(jù)庫

自然資源三維立體時(shí)空數(shù)據(jù)庫是自然資源三維立體“一張圖”的重要內(nèi)容，是國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)支撐，由1個(gè)主庫、9個(gè)分庫組成，涉及土地、礦產(chǎn)、森林、草原、濕地、水、海域海島7類自然資源[4]。

5.3.3 三維海洋觀（監(jiān)）測(cè)數(shù)據(jù)庫海洋生態(tài)預(yù)警監(jiān)測(cè)是自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)體系的重要組成部分，是自然資源管理的基礎(chǔ)支撐和管理手段。各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果逐級(jí)匯交、集成至海洋生態(tài)預(yù)警監(jiān)測(cè)信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)海洋生態(tài)信息的集中管理與共享服務(wù)，支撐監(jiān)管督察、資源環(huán)境承載力監(jiān)測(cè)預(yù)警、城市體檢評(píng)估等工作。相關(guān)成果納入自然資源三維立體“一張圖”[5]。

5.3.4 三維全國森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫

全國森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)重大的基礎(chǔ)性自然資源調(diào)查工作，其目的是掌握全國森林資源分布、種類、數(shù)量、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和生態(tài)狀況以及變化情況。各級(jí)成果經(jīng)逐級(jí)檢查驗(yàn)收后納入全國森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫，由國家統(tǒng)一匯總，并納入自然資源三維立體時(shí)空數(shù)據(jù)庫[6]。

5.4 國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)三維數(shù)據(jù)接入和調(diào)用技術(shù)要求

在國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)數(shù)據(jù)接入和調(diào)用技術(shù)要求基礎(chǔ)上，對(duì)接入或匯集到國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)三維數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)格式或服務(wù)類型，以及調(diào)用國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)三維數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、服務(wù)類型、服務(wù)地址等內(nèi)容給出明確要求，如表1所示。

表1 國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)部分三維數(shù)據(jù)服務(wù)格式

5.5 國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)三維功能擴(kuò)充基本實(shí)現(xiàn)

國土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)的坡度坡向分析、等高線分析、通視分析、可視域分析、日志分析、陰影率統(tǒng)計(jì)分析、天際線分析、剖面線分析、限高分析等三維基礎(chǔ)分析功能已基本實(shí)現(xiàn)。

6 應(yīng)用展望

在技術(shù)方面，三維GIS技術(shù)經(jīng)過近10年的發(fā)展，逐步解決了空間全要素?cái)?shù)據(jù)表達(dá)模型、多源數(shù)據(jù)融合、三維數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、真三維模型分析運(yùn)算及大數(shù)據(jù)量的模型管理等方面的問題。在三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)成本方面，單位面積的生產(chǎn)成本逐年降低，數(shù)據(jù)生產(chǎn)的軟件廠商越來越多，技術(shù)手段也越來越豐富。在應(yīng)用效果方面，基本解決了三維GIS從“好看”到“好用”的問題，為三維GIS面向?qū)嶋H業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景提供了技術(shù)支撐。

（1）在礦產(chǎn)資源管理方面，通過DEM、DOM建立地表三維模型；利用鉆孔、剖面圖、水平投影圖等地質(zhì)勘查資料構(gòu)建三維礦體模型；采用激光點(diǎn)云結(jié)合虛擬全景技術(shù)，對(duì)地下巷道空間建立地下采掘空間模型；實(shí)現(xiàn)三維空間可視化，達(dá)到礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量自動(dòng)計(jì)算、扣減核銷等應(yīng)用效果。

（2）在三維地質(zhì)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)方面，利用鉆孔資料、地質(zhì)圖、地形圖、剖面圖、地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)等多元信息進(jìn)行多源數(shù)據(jù)整合三維建模，通過地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前后的三維地形對(duì)比分析、力學(xué)仿真分析等功能，實(shí)現(xiàn)三維地質(zhì)災(zāi)害管理、分析與監(jiān)測(cè)。

（3）在國土空間規(guī)劃編制實(shí)施與監(jiān)測(cè)評(píng)估方面，以基礎(chǔ)地形與影像數(shù)據(jù)為基底，整合已有的城市精細(xì)模型或傾斜攝影數(shù)據(jù)，整合各類現(xiàn)狀、規(guī)劃、管理等數(shù)據(jù)資源底板，搭建國土空間規(guī)劃三維輔助編制平臺(tái)，利用實(shí)景三維場(chǎng)景，完整、真實(shí)地還原國土空間分布，為“三線”劃定、空間規(guī)劃分區(qū)劃定、城市設(shè)計(jì)等提供更直觀的輔助設(shè)計(jì)依據(jù)。擴(kuò)充國土空間規(guī)劃“一張圖”實(shí)施監(jiān)督信息系統(tǒng)中的規(guī)劃實(shí)施階段項(xiàng)目輔助選址、項(xiàng)目合規(guī)性審查、規(guī)劃沖突檢查的三維場(chǎng)景應(yīng)用。

（4）在海洋管理三維應(yīng)用方面，集成地形數(shù)據(jù)，港口、導(dǎo)航物、航行物數(shù)據(jù)，海洋測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)，二維電子海圖數(shù)據(jù)，洋流、潮汐、大氣等各種動(dòng)態(tài)場(chǎng)信息，實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景下的動(dòng)態(tài)監(jiān)管，對(duì)規(guī)模動(dòng)態(tài)標(biāo)量場(chǎng)、向量場(chǎng)及復(fù)雜屬性信息數(shù)據(jù)進(jìn)行高質(zhì)量的實(shí)時(shí)可視分析。