实景三维的实践与思考——以兴仁市为例

李晨

贵州省第一测绘院 贵州 贵阳 550025

引言

实景三维是对一定范围内人类生产、生活和生态空间进行真实、立体、时序化反映和表达的数字空间，是新型基础测绘的标准化产品，是国家重要的新型基础设施，为经济社会发展和各部门信息化提供统一的空间基底[1]。

倾斜摄影测量技术是通过无人机等传感设备，对地面进行单垂直、多倾斜、多角度拍摄，根据传输设备自身的坐标、航高、航速、航向及旁向重叠等参数及地理地形资料，得到详细实测地物信息数据的新型技术之一[2]。该技术在欧美等发达国家已经广泛应用于应急指挥、国土安全、城市管理、房产税收等行业[3]。

1 实景三维的发展和应用

实景三维模型的历史可以追溯至几十年前。最初，这种技术主要是军事上为了更好地进行侦察和情报收集而开发的。后来，学术界和工业界开始利用实景三维模型技术进行各种应用研究。

目前，国外已经成功利用卫星遥感影像快速生产大规模城市实景三维模型。随着计算机技术、传感技术和图像处理技术的不断进步，我国的实景三维建模技术也日益成熟和完善，产生了更加复杂、细致、真实的结果。这些进步极大地提高了空间设计和展示效果，并展现出其强大的应用前景。

一是城市规划和建筑设计：实景三维模型可以帮助城市规划者和建筑设计师更好地理解和预测城市发展情况，优化城市布局和建筑设计，提高城市规划的科学性和可行性。

二是景观设计：实景三维技术可以帮助景观设计师更好地模拟和展示景观效果，使设计更加真实、具体和可视化，提供更好的决策依据。

三是旅游推广：通过实景三维技术，可以将城市的旅游景点、自然风光、文化遗产等进行立体化的展示。这种虚拟旅游的体验不仅可以增加游客的参与感和互动性，还可以提高旅游推广的效果和影响力。

四是应急救援：在地质灾害、洪水灾害、公共卫生事件和突发应急等灾害防治方面，基于实景三维的技术可以实现立体化的时空分析决策和实时物联感知，为灾害预警和重大灾难事故的快速应急提供科学依据和辅助决策支持。

五是展览展示：实景三维技术可以创建高度逼真的展览场景，提供更真实、交互性更强的展示效果，增强观众的参与感和体验感。

六是数字化图书：实景三维技术可以用于数字化图书的制作，使读者可以通过三维模型更好地了解书中的内容，提供更丰富、生动的阅读体验。

七是虚拟现实：实景三维技术可以与虚拟现实技术结合，创造出更加真实、沉浸式的虚拟世界，提供更真实的体验和交互方式等。

1.1 兴仁市大规模实景三维建设实践

贵州省兴仁市作为一个历史悠久的城市，拥有丰富的文化资源和独特的风景名胜。然而，由于城市发展的需要，传统的城市规划和建设方法已经无法满足人们对于城市环境的需求。因此，大规模实景三维建设成为了一种重要的手段。

兴仁市大规模实景三维建设对城市发展有着积极的影响和作用。首先，通过实景三维建设，能够展示城市独特的文化和风景，吸引更多的游客和投资者。其次，实景三维建设可以提升城市规划和管理的效率。通过虚拟建模技术，城市管理者可以更加直观地了解城市的发展需求和问题，从而更好地制定规划、管理方案。

2 技术路径

采用无人机搭载满足测绘精度要求的摄影测量系统，获取全域优于20cm分辨率航空影像。

获取城镇开发边界范围内优于3cm高分辨率的航空遥感影像数据。

按区域网布点要求布设足够数量的像控点，采用GPS（RTK）方式，结合GZCORS进行外业像控点施测。

内业利用 ContextCapture Center开展空三加密，生产实景三维模型、真正射影像TDOM及数字表面模型DSM。

基于全域实景三维模型及真正射影像，结合行政区、道路、交通、水利等要素，生产实景三维基础地理信息数据库。

依托兴仁市实景三维基础地理信息数据库，充分利用自然资源调查监测、三区三线划定、建设用地批供数据、地灾数据、相关规划等专题数据成果，完成可用于查询、分析、统计、更新、管理、展示的实景三维地理空间数据分析与管理平台建设。开展兴仁市粮食作物种植情况监测及用地选址分析模块两个示范应用建设。

3 建设主要内容

全域航空摄影：利用无人机获取兴仁市全域0.2m分辨率航空影像，制作0.2m分辨率正射影像，覆盖面积1627.2km²。

地形级三维建设：利用获取0.2分辨率的航空影像，开展兴仁市农村部分地形级实景三维模型建设，覆盖面积1544.2km²。

城市级三维建设：通过无人机仿地飞行模式，获取优于0.03m高分辨率的倾斜摄影数据，完成兴仁市城镇部分83.0km²的实景三维模型制作。

实景三维地理空间数据分析与管理平台建设：平台采用开放性架构设计、通用性接口和标准化服务，兼容市场上主流软件系统与数据格式，依托兴仁市实景三维基础地理信息数据库，融合无人机、云计算、物联网以及人工智能等新兴技术，充分利用既有基础测绘、粮食作物监测、自然资源调查监测、国土空间规划、建设用地起底大调查等专题数据成果，搭建满足各类实景三维数据和专题数据的一体化管理平台等。

3.1 成果示范应用

3.1.1 用地选址。根据用地选址要求，充分利用自然资源调查监测、三区三线划定、建设用地批供数据、地灾数据、相关规划等专题数据成果，构建兴仁市用地选址分析功能模块。通过各类系统平台的互联互通，实现“多规”信息的集成和运用，依托平台开展项目合规性审查，实现合理用地选址。

3.1.2 粮食作物常态化监测。开发粮食作物监测举证App，用于实时收集兴仁市范围内粮食作物的空间分布和种植面积等属性情况，并将采集到的数据导入地理信息系统进行处理和分析。利用空间分析技术，可以统计作物的空间分布，并将处理和分析后的数据可视化展示在实景三维地理空间框架中。该应用实现了对粮食作物种植情况的日常监测，为兴仁市农业发展及有关产业发展规划提供数据支撑，并为市政府及农业农村相关部门提供决策研判。

4 实景三维建设的思考

4.1 关键技术与创新亮点

4.1.1 地形级生产。本次项目的创新之处在于地形级三维模型采用了无人机原始航片作为数据源，通过加载控制点和POS数据，经一系列的处理步骤，实现了高度逼真的实景三维模型生产。与传统的DEM数字高程模型与DOM正射影像叠加生产三维模型的方法相比，这种方法能够解决地形模型层次不分明、建（构）筑物不能较好体现等问题。

4.1.2 无人机仿地飞行。贵州山地落差较大，这对航空摄影测量也提出了更高的要求，常规航线设置获取的航片存在山顶分辨率高而山脚分辨率低的问题，为了解决该困难，项目城镇部分创新采用无人机仿地飞行模式开展倾斜摄影测量。通过精确的航线设计和控制算法，在飞行过程中可调整飞行高度获取的地形数据，即保持对地表的恒定高差，以构建精度较高的精细模型。

4.1.3 建立三维一张图信息管理平台。该项目依托兴仁市实景三维基础地理信息数据，融合了无人机、云计算、物联网以及人工智能等新兴技术，承载三维倾斜数据展示及为各项示范应用做底板支撑，建立了兴仁市三维一张图信息管理平台，用于集中管理和整合各类实景数据，并进行按需更新，提供给相关部门和企业使用，以避免数据孤岛和重复建设，提高数据的共享和利用效率。

4.2 存在的挑战

实景三维技术具有许多优势。然而，实景三维技术的应用也面临着一些挑战。首先，数据获取与处理复杂且耗费大量时间和资源。需要对实景进行大规模的数据采集、处理和整合，以确保数据的精确性和完整性。其次，实景三维技术的应用需要具备高性能的计算机硬件和软件支持，以保证实时渲染和交互效果的流畅性。此外，隐私和安全问题也需要引起重视，实景三维建设涉及大量的数据收集和处理，因此需要建立相关的隐私保护和安全措施，确保数据的安全性和合法性。

4.3 实景三维技术的发展策略

为了更好地推进城市实景三维技术的发展，可采取以下策略。

4.3.1 加强数据采集与整合：建立完善的数据采集机制，整合不同部门和机构的数据资源，提高数据的准确性和实时性。

4.3.2 优化技术支持：加强与计算机图形学、虚拟现实等相关领域的合作，提升实景三维技术的计算和渲染能力，使其更适应大规模应用的需求。

4.3.3 推动政策和标准制定：制定相关政策和标准，规范实景三维技术的应用和数据共享，加强隐私保护和安全管理。

4.3.4 加强应用场景开发：结合城市规划、社会治理、旅游推广和文化传承等需求，深入挖掘实景三维技术在不同领域的应用潜力，开发更多的应用场景和功能，提高用户体验和参与度。

5 结束语

实景三维中国建设是一项具有划时代意义的工程，它的推广和应用将带来巨大的社会效益和经济效益。本文通过对实景三维技术的发展、应用实践、关键技术与创新亮点、优势与挑战进行分析，可以得出一些发展策略，如加强数据采集与整合、优化技术支持、推动政策和标准制定、加强应用场景开发等。这些策略的实施将为实景三维新型测绘技术的发展提供有力支持，促进城市规划、社会治理、旅游推广和文化传承等方面的进步。