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(jiān)測中心，湖北 武漢 430071；3.武漢大學中國發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)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(tài)空間進行真實、立體、時序化反映和表達的數(shù)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(fā)展和各部門信息化提供統(tǒng)一的空間基底。實景三維要素全面，色彩真實，細節(jié)清晰，測量精度高，能更客觀、全面、細致地展現(xiàn)真實世界，對于觀測、理解和分析自然環(huán)境具有重要價值。

歐美等發(fā)達國家和地區(qū)對三維產業(yè)非常關注。德國目前已基本完成全國范圍內的三維環(huán)境建設。2020年發(fā)布的《歐洲地理空間產業(yè)展望報告》，將整個地理空間產業(yè)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(tǒng)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(yè)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(shù)據(jù)基礎儲備、數(shù)字化技術、數(shù)據(jù)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(fā)展的產物，滿足了當前行業(yè)發(fā)展的迫切需求[1]。重慶市實現(xiàn)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(qū)全域 0.2 m分辨率地形級實景三維模型、主城建成區(qū) 0.08 m分辨率城市級實景三維模型、區(qū)縣建成區(qū) 0.05 m分辨率城市級實景三維模型以及部分重點區(qū)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(qū)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(yè)的重要建設方向。

2 實景三維湖北建設現(xiàn)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(guī)劃的重要內容?！笆奈逡?guī)劃”規(guī)定，到2025年，湖北省應基本建成以“產品豐富、聯(lián)動更新、靈活高效”為特征的新型基礎測繪體系，實現(xiàn)基礎測繪的全面供給、創(chuàng)新發(fā)展、智能服務，有力支撐自然資源管理更好履行“兩統(tǒng)一”職責，為湖北省經濟社會高質量發(fā)展和生態(tài)文明建設提供高效、優(yōu)質、持續(xù)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(guī)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(yè)的多名專家綜合評估下，通過中期評估。武漢市研發(fā)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(yōu)勢也有不足。主要優(yōu)勢體現(xiàn)在湖北省政府對地理空間信息產業(yè)的戰(zhàn)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(yè)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(xiàn)為滿足實景三維建設的高分辨率影像和大比例尺DEM數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性不足，各地方及行業(yè)數(shù)據(jù)基準不統(tǒng)一，組織管理模式不夠科學，各科研單位，生產單位之間的協(xié)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(yè)發(fā)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(guī)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(guī)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(yè)發(fā)展。

二是有利于推動技術創(chuàng)新

湖北省是地球空間信息產業(yè)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(yè)，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(chuàng)新。

三是有利于促進就業(yè)

實景三維建設不僅是技術密集型產業(yè)，也是勞動密集型產業(yè)。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(wěn)定測繪隊伍，保就業(yè)穩(wěn)增長，有利于實現(xiàn)大學生留漢創(chuàng)業(yè)。

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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)和產品，實現(xiàn)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(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃，有利于補數(shù)據(jù)短板，強科技優(yōu)勢，對于促進就業(yè)，推動自然資源事業(yè)的發(fā)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(lián)動的方式完成。依托現(xiàn)有平臺和數(shù)據(jù)，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(yōu)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(guī)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(lián)感知數(shù)據(jù)，組裝生成地形級實景三維產品。《大綱》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(lián)感知數(shù)據(jù)，組裝生成地形級實景三維產品。

總結國內外現(xiàn)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(xiàn)有的基礎測繪數(shù)據(jù)，同時數(shù)據(jù)獲取方法簡單快捷、數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性高，三維建模計算量小、效率高，適合大面積區(qū)域三維建模工作。

根據(jù)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(xiàn)有數(shù)據(jù)。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(lián)感知數(shù)據(jù)，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(jù)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(qū)及其他重點區(qū)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(lián)感知數(shù)據(jù)。

城市級實景三維構建任務，可以在加強監(jiān)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(guī)模；在下達任務前，湖北省應出臺相應標準規(guī)范，對城市級實景三維建設方案、數(shù)據(jù)源精度要求、三維建模規(guī)范、單體化建模標準、三維模型驗收要求等方面做好規(guī)定。

3.3 部件級建設方案

部件級實景三維是能夠表現(xiàn)建筑物細節(jié)、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(guī)定，部件級實景三維數(shù)據(jù)庫應由地理場景、部件三維模型和物聯(lián)感知數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)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(guī)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(guī)范或指導性文件。后續(xù)部件級建設應通過市場化、商業(yè)化方式來實現(xiàn)。

4 實景三維湖北建設思路

4.1 建設路徑

(1)制定標準

鄉(xiāng)村空間改造就是對鄉(xiāng)村現(xiàn)存的解體的空間結構體系進行重新規(guī)劃與整合，使體系中各個元素達到完美優(yōu)化組合。要整體考慮城鄉(xiāng)區(qū)域，全面研究鄉(xiāng)村空間結構，根據(jù)國家對鄉(xiāng)村發(fā)展的新要求、新政策來對鄉(xiāng)村空間的價值進行全面認識。在對鄉(xiāng)村進行空間改造時，還要對當?shù)氐奈幕M行保護，按照新農村建設的標準對鄉(xiāng)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(xié)同機制

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

(3)利用既有數(shù)據(jù)

在數(shù)字城市、智慧城市以及新型基礎測繪建設中，湖北省很多區(qū)域和行業(yè)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(xiàn)有數(shù)據(jù)的情況下，按建設方案的要求，全面統(tǒng)籌，充分利用。

(4)建設數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

實景三維建模后，需要將其統(tǒng)一存放、管理、發(fā)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(shù)據(jù)、二維數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)調查整合、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)管理與應用系統(tǒng)。

城市級實景三維建設應由湖北省自然資源廳監(jiān)管，由各地市級測繪部門牽頭，依據(jù)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(shù)據(jù)源，同時應該充分利用好現(xiàn)有數(shù)據(jù)，降低建設成本。建成后，應將數(shù)據(jù)整合到實景三維數(shù)據(jù)管理與應用系統(tǒng)中。

部件級實景三維可以建立省級、市級試點，同時鼓勵企業(yè)根據(jù)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(shù)據(jù)平臺提供強有力的支持。時空大數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的重要基礎。

建設實景三維湖北，將對湖北省測繪行業(yè)與社會經濟發(fā)展起到極大的促進作用，在補數(shù)據(jù)短板，強科技優(yōu)勢，促進就業(yè)，推動自然資源事業(yè)發(fā)展等方面發(fā)揮巨大作用。