湖北省实景三维建设路线研究

张莉，洪亮，薄立明

(1.湖北省测绘成果档案馆，湖北 武汉 430070； 2.湖北省地理国情监测中心，湖北 武汉 430071；3.武汉大学中国发展战略与规划研究院，湖北 武汉 430072)

1 引 言

实景三维是对人类生产、生活和生态空间进行真实、立体、时序化反映和表达的数字虚拟空间，是新型基础测绘标准化产品，也是国家新型基础设施建设的重要组成部分，能够为经济社会发展和各部门信息化提供统一的空间基底。实景三维要素全面，色彩真实，细节清晰，测量精度高，能更客观、全面、细致地展现真实世界，对于观测、理解和分析自然环境具有重要价值。

欧美等发达国家和地区对三维产业非常关注。德国目前已基本完成全国范围内的三维环境建设。2020年发布的《欧洲地理空间产业展望报告》，将整个地理空间产业广泛划为GNSS与定位、GIS与空间分析、遥感和三维扫描四个类别，在传统的3S领域添加了三维扫描领域。报告预计，到2020年欧洲三维扫描市场将占全球市场的28.3%，即34.8亿欧元，年复合增长率约为14.3%，三维扫描市场将成为地理空间行业四个分类中增长最快的市场。

李德仁院士指出，实景三维中国在数据基础储备、数字化技术、数据处理技术等方面已具备充分条件。实景三维中国建设是适应我国测绘发展的产物，满足了当前行业发展的迫切需求[1]。重庆市实现了全市范围内的多尺度实景三维建设，成果包括全市域 0.4 m分辨率地形级实景三维模型、主城区全域 0.2 m分辨率地形级实景三维模型、主城建成区 0.08 m分辨率城市级实景三维模型、区县建成区 0.05 m分辨率城市级实景三维模型以及部分重点区域 0.03 m分辨率城市级实景三维模型等[2]。青岛市2021年启动了为期两年的实景三维青岛建设项目。预计将建成全市域 0.15 m分辨率地形级实景三维底图、重点区域 0.15 m分辨率实景三维底图以及重点山林10点/m2激光雷达点云数据库[3]。长沙市利用倾斜摄影的方法，利用多视影像使用了空中三角测量，三维重建，自动纹理映射等技术手段实现快速自动的城市级实景三维模型的建立，并提出了适应城市级实景三维的建模流程[4]。

综上所述，国内外相关部门对实景三维建设十分重视，投入了巨大的财力和精力进行试点和建设，实景三维建设已经成为测绘地理信息行业的重要建设方向。

2 实景三维湖北建设现状及意义

实景三维湖北的建设是湖北省基础测绘十四五规划的重要内容。“十四五规划”规定，到2025年，湖北省应基本建成以“产品丰富、联动更新、灵活高效”为特征的新型基础测绘体系，实现基础测绘的全面供给、创新发展、智能服务，有力支撑自然资源管理更好履行“两统一”职责，为湖北省经济社会高质量发展和生态文明建设提供高效、优质、持续的基础地理信息服务[6]。实景三维是新型基础测绘的重要成果，在规划中设计了全省地形级实景三维覆盖率100%的建设指标。

2019年1月，自然资源部正式批复，同意武汉市作为新型基础测绘建设试点城市，设立《国家新型基础测绘建设武汉市试点项目》。同年4月，项目实施方案通过专家评审，试点项目正式启动。2021年5月，武汉市在来自中国科学院、中国地质大学等测绘行业的多名专家综合评估下，通过中期评估。武汉市研发了视频流全景地图、实景三维等新型测绘产品[7]。

湖北省实景三维建设与全国的建设基本保持同步，目前主要处于技术研究、框架设计和前期试点阶段。具体而言，湖北省建设实景三维有优势也有不足。主要优势体现在湖北省政府对地理空间信息产业的战略重视，湖北省内多家高校，科研院所，以及中央在汉技术单位的雄厚科研技术基础和应用转化能力；众多的从业人员和厚实的地理信息空间“一库一平台”框架[8，9]。这些都为湖北省实景三维建设打下了厚实的基础。在湖北省实景三维建设中，也存在不足，主要表现为满足实景三维建设的高分辨率影像和大比例尺DEM数据现势性不足，各地方及行业数据基准不统一，组织管理模式不够科学，各科研单位，生产单位之间的协同转化不够顺畅等方面。

在当前国家推动实景三维建设的大背景下，湖北省早谋划、早设计、早试点、早实施实景三维建设是很有必要的。其意义主要有：

一是有利于推动自然资源事业发展

湖北省自然资源厅由多家单位整合而成，各单位有自己的工作规则、流程和模式，通过实景三维建设，不仅原测绘地理信息部门需要挑担子，动心思，出力气，同时也对原规划、国土等部门提出了要求，需要提需求，改流程，促应用。在这个过程中可以打破原有隔阂，融会贯通，推动自然资源各部门的融合，推动自然资源事业发展。

二是有利于推动技术创新

湖北省是地球空间信息产业的技术强省，很多高校和科研院所的相关技术没有很好地转化为生产力。实景三维建设是一个技术密集型产业，在建设过程中涉及众多先进技术，这可以引导科技人员，明确研究方向，凝聚科研力量，能够出成果，出创新。

三是有利于促进就业

实景三维建设不仅是技术密集型产业，也是劳动密集型产业。实景三维建设链条长、工序多，需要大量劳动力的投入。所以推动实景三维建设，有利于稳定测绘队伍，保就业稳增长，有利于实现大学生留汉创业。

四是有利于补短板

湖北省基础测绘建设还存在着基础测绘数据及产品的短板，在实景三维建设过程中，按照高标准，尽快采集和生产这些数据和产品，一方面弥补基础测绘短板，另一方面可以快速得到新标准和高精度的数据和产品，实现基础测绘的弯道超车，迅速追赶甚至超越先进省份。

总之，加快推进湖北省实景三维建设，符合国家的需求，响应了湖北省产业战略规划，有利于补数据短板，强科技优势，对于促进就业，推动自然资源事业的发展具有重要价值。

3 实景三维湖北建设路线

实景三维湖北建设路线可以按照地形-城市-部件三级联动的方式完成。依托现有平台和数据，全面完成地形级实景三维建设，成果作为实景三维湖北的扎实基础；瞄准应用市场，借鉴武汉市的实景三维建设经验，择优布局开展城市级实景三维的建设；最后按照具体需求，建设示范部件级实景三维，并为未来的市场开拓和应用开辟道路。

3.1 地形级建设方案

《实景三维中国建设技术大纲》中规定，地形级实景三维建设需构建地形级地理场景、基础地理实体，获取其他实体、物联感知数据，组装生成地形级实景三维产品。《大纲》中对地形级实景三维建设指标给出了标准[10]，建议地形级实景三维建设以DOM/TDOM+DEM/DSM为基底，构建地形级地理场景。在此基础上叠加基础地理实体、其他实体、物联感知数据，组装生成地形级实景三维产品。

总结国内外现有实景三维建设的经验，地形级实景三维地理场景最合适、最经济的生产方式是使用DOM/TDOM+DEM/DSM的方案建模，可以充分利用现有的基础测绘数据，同时数据获取方法简单快捷、数据现势性高，三维建模计算量小、效率高，适合大面积区域三维建模工作。

根据武汉市及咸宁市实景三维建设的经验，湖北省地形级实景三维建设应该采用三维地理场景+二维形式地理实体方法，这种方式能够充分利用湖北省基础测绘的现有数据。技术路线如图1所示。

图1 地形级实景三维建设技术路线

3.2 城市级建设方案

《实景三维中国建设技术大纲(2021版)》指出，城市级实景三维建设需基于倾斜摄影三维模型构建地形级地理场景，并叠加基础地理实体、他实体、物联感知数据，组装生成地形级实景三维产品。《大纲》中对城市级实景三维建设指标给出了具体标准。

根据这一要求，结合其他省市的城市级实景三维建设情况，湖北省地理场景宜采用倾斜摄影技术生产三维模型，城市建成区及其他重点区域影像空间分辨率不低于 0.05 m。在此基础上叠加地理实体与物联感知数据。

城市级实景三维构建任务，可以在加强监管的前提下，由市级测绘单位组织，由其决定测量精度与单体化规模；在下达任务前，湖北省应出台相应标准规范，对城市级实景三维建设方案、数据源精度要求、三维建模规范、单体化建模标准、三维模型验收要求等方面做好规定。

3.3 部件级建设方案

部件级实景三维是能够表现建筑物细节、道路标志标线、街头景观小品、市政设施等更高精度的实景三维。该层级一般是在城市级实景三维场景的基础上，对道路、水系、植被、管线和其他模型进行实体化处理而得到[12]。《实景三维中国建设技术大纲(2021版)》中对部件级实景三维建设内容指标给出了建议。《大纲》规定，部件级实景三维数据库应由地理场景、部件三维模型和物联感知数据组成。部件级实景三维的建设方法与城市级实景三维建设方法差别不大，可以通过有人机、无人机、移动车以及地面固定站等获取高精度倾斜摄影、近景摄影或激光雷达数据，对这些数据进行精细化建模。建模精度等具体指标由各个项目甲方需求而定。

由于国内还没有部件级实景三维建设的相关规范，建议湖北省建立部件级实景三维建设试点，深入探索部件级实景三维的建设方法、精度要求等问题，形成规范或指导性文件。后续部件级建设应通过市场化、商业化方式来实现。

4 实景三维湖北建设思路

4.1 建设路径

(1)制定标准

乡村空间改造就是对乡村现存的解体的空间结构体系进行重新规划与整合，使体系中各个元素达到完美优化组合。要整体考虑城乡区域，全面研究乡村空间结构，根据国家对乡村发展的新要求、新政策来对乡村空间的价值进行全面认识。在对乡村进行空间改造时，还要对当地的文化进行保护，按照新农村建设的标准对乡村空间进行改造。

湖北省应完善实景三维模型采集、处理、应用、服务等技术标准，并申报湖北省地方标准。形成一套实景三维建设的权威标准，这将有助于提高湖北省实景三维建设效率，也将有助于其他省市参考。

(2)建立协同机制

设计相应的制度和机制，发挥中央在汉企业、省内行业队伍、高等院校、科研院所和民营企业的积极性和创造性，壮大高精度空间数据获取装备、队伍。整合相关力量，提高湖北省从业人员作业水平，提高数据处理、产品生产的质量和效率。

(3)利用既有数据

在数字城市、智慧城市以及新型基础测绘建设中，湖北省很多区域和行业采集和生产了大量高分辨率影像，生产了很多三维建模成果，有必要对此进行收集整理，在尽可能整合、利用现有数据的情况下，按建设方案的要求，全面统筹，充分利用。

(4)建设数据管理系统

实景三维建模后，需要将其统一存放、管理、发布，因此需要建立实景三维地理信息服务平台。该平台需要多维可用，能够将历史数据、二维数据叠加到三维模型中显示和分析。

(5)推广应用

4.2 组织方式

地形级实景三维的建设工作应由湖北省自然资源厅牵头实施，主要内容包括可用数据调查整合、数据采集、地形级实景三维建模工作。除此之外，湖北省自然资源厅还应牵头制定实景三维模型采集、处理、应用、服务等技术标准，建设实景三维数据管理与应用系统。

城市级实景三维建设应由湖北省自然资源厅监管，由各地市级测绘部门牵头，依据湖北省自然资源厅制定的实景三维技术标准，选择合适的建设方法、数据源，同时应该充分利用好现有数据，降低建设成本。建成后，应将数据整合到实景三维数据管理与应用系统中。

部件级实景三维可以建立省级、市级试点，同时鼓励企业根据需要建立部件级三维模型。

5 展 望

建成实景三维湖北，是新型基础测绘的重要成果，将为时空大数据平台提供强有力的支持。时空大数据平台是新型基础测绘的应用载体，为城市管理提供一张底板、一个平台、一套数据的重要基础。

建设实景三维湖北，将对湖北省测绘行业与社会经济发展起到极大的促进作用，在补数据短板，强科技优势，促进就业，推动自然资源事业发展等方面发挥巨大作用。