编者按：实景三维作为一种具有高真实感、高精度可量测、成本低、效率高的测绘产品，具有广泛的发展前景。本文将介绍实景三维的概念、优势及应用情况，并对实景三维增城建设
图1 实景三维场景
图2 增城某安置区三维模型
图3 倾斜摄影测量作业图
图4 广州圆三维城市模型
图5 增城区某村实景三维模型
图6 数字城管系统
图7 悬空寺实景三维模型
图8 1978电影小镇实景三维模型
图9 开发区人才公寓三维模型
图10 三维规划系统辅助建筑红线退让
随着全景、虚拟现实等技术的发展，实景三维的概念逐渐走进公众视野。那么，实景三维是什么？实景是人眼所见的真实场景，是对现实世界的实体化再现。现实世界是立体的空间，空间中的任何数据都是三维信息，过去测绘人把垂直方向数据主动忽略了，只剩下二维平面数据，是非常可惜的。山川地貌和城市细节在二维平面上是很难展现的，而三维却可以弥补这一不足。三维数据在二维的基础上增加垂向关系表达，更符合人眼视觉系统特性，更为直观、形象，符合人的基本认知。现在，随着技术发展，三维数据逐渐被利用，以挖掘更多的信息。而实景三维兼具实景和三维两大特性，基于对实物的多角度拍摄，通过图像匹配和数据融合进行三维重建，真实展示现实的三维世界。
那么，哪些场景可以做成实景三维数据呢？以一条路为例，路边的建筑、垃圾桶、树木、路灯、沙井盖、路牌等等，都可通过实景三维的方式表达出来。给城市建立实景三维模型，不仅可以清晰地看到每栋建筑物、每条河流，就连道路旁的一棵树、公园里的设施都能看到，犹如身临其境。
二、实景三维有何优势？
2008年，增城区首次采用航空摄影测量的方式获取全域覆盖的影像和地形图，成为全国首个1：2000 4D（DOM数字正射影像图）、DEM（数字高程模型）、DRG（数字栅格地图）、DLG（数字线划地图）测绘成果全覆盖的的县域城市。从2008年至今的十多年里，二维测绘成果广泛应用于增城城市规划建设与管理、自然资源开发利用等领域，起到了重要支撑作用。
随着新型城镇化的快速发展，人们对城市精细化要求越来越高，二维测绘产品逐渐表现出一定的局限，如缺乏系统性和直观性。比如测量增江的长度，传统的地形图是单幅分割开的，无法以一个完整的要素来表达，无法对数据进行分析与计算。另外，传统测绘数据缺乏属性特征，无法被计算机识别，无法与大数据进行关联融合。另外，二维数据缺失垂向信息，不能直观展示建筑物高度、地下空间等纵向信息，以地图和影像图为代表的二维空间数据表达已经远远不能满足社会的需要，人们对全面、准确、实时的地理信息数据需求越来越多。
现在，随着云计算、5G技术、物联网等技术的发展，信息获取方式逐渐多样化，传统测绘专用技术正在被新技术取代，现有的测绘数据生产体系受到挑战。以卫星、无人机、移动测量系统为代表的三维数据采集方式的日渐成熟，三维技术进入公众视野。实景三维作为地理空间信息的一种表达手段，具有诸多优势。
1.成本低效率高
当前常用的倾斜摄影测量技术结合地面扫描建设实景三维数据，通过同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜的不同角度进行影像数据的采集，快速、高效获取地面物体侧面轮廓及纹理信息，真实反映地面信息（图3），再通过软件计算，自动生成高分辨的、带有纹理贴图的三维模型数据。这种方法生成的模型，极大减少了人工的投入，成本可降低到仅为人工建模的1/2到1/3，且其生成效率大大提高，可达到每平方公里费时三小时，即50平方公里可以在一周之内生产完毕。
2.精度高可量测
实景三维建模由于无人机进行航拍时可搭载高精度的定位设备，以及通过地面控制点的辅助，其平面和水平误差可控制在20-30厘米，甚至在15厘米之内，达到大比例尺地图的精度要求。对比人工建模依赖底图的平面精度和人工判断误差高达数米的高程精度，具备明显的优势。
城市中的道路、桥梁、植被、水系、城市风貌等通过实景三维模型被一一记录下来，每一个元素的位置、坐标、建筑高度都进行了精确标示，并且可以进行非接触性的量测。
3.高真实感
常见的二维影像图表现的是城市的“表皮”，而实景三维模型不仅把“表皮”升级为“真皮”，更是把“骨架”立了起来。在此基础上还可以叠加、融合各行业的管理数据，形成有“血肉”的城市模型，进而为各部门提供社会治理模式创新路径，例如三维地籍管理、实景三维不动产登记、辅助决策场景化、未来城市演进可视化等。
三、实景三维有何政策驱动？
2019年下半年，自然资源部多次发文，提出构建“实景三维中国”项目。《自然资源部关于印发〈自然资源调查监测体系构建总体方
案〉的通知》也要求“依托基础测绘成果和各类自然资源调查监测数据，建立自然资源三维立体时空数据库和管理系统”。《广东省基础测绘“十四五”规划》（征求意见稿），提出“打造二三维一体化数据库”。2020年5月，广东省自然资源厅印发了《关于加强三维基础地理信息数据建设的通知》，通知要求2020年底基本建成省、市、县三级联动的，以地形三维模型数据、倾斜摄影三维模型数据为主要内容的三维基础地理信息数据资源及其展示分析能力。
分析以上政策性文件可知，实景三维数据建设已成为基础测绘转型的新方向。
四、实景三维城市有何应用案例？
在国外，多个国家和城市开展了大范围实景三维建设，谷歌地球上能看到德国主要城市的实景三维，空客公司利用卫星完成了洛杉矶、西雅图等25个城市约1万平方千米的实景三维建设。国内大部分城市也在积极推进实景三维建设，如成都、广州、东莞等城市均利用倾斜摄影技术完成中心城区实景三维生产（如图4），重庆、西安、武汉、石家庄、深圳等利用倾斜摄影技术为违章建筑查处、城市管理、数字城市建设及工程应用等提供了良好的服务，重点突破、以点带面、逐步深入地进行智慧城市的建设。
三维应用市场潜力巨大，仅自然资源及规划方面，实景三维就可服务于基础测绘服务、土地利用服务、自然资源开发利用、自然资源调查监测、自然资源确权登记、基本农田耕地保护、地质勘查管理等工作。此外，将实景三维数据作为底图，叠加建筑BIM、民生数据等多种类别数据服务图层后，还可在交通、消防、电力、应急、环保、医疗等各个领域拓展相关应用，能够为政府提供决策参考，为企业和居民提供相关服务，增强政府决策与民生服务的现实性、时效性。
应用一：农村不动产权籍调查
增城区正在开展的“房地一体”项目，采用无人机倾斜摄影测量技术建立实景三维模型，基于实景三维模型采集房屋数据，大幅提高了工作效率，降低了工作成本。其中，测量人员减少4/5，效率提高5倍。
应用二：数字城管
以信息化手段和移动通信技术手段来处理、分析和管理整个城市的所有部件和事件信息，促进城市人流、物流、交通流的通畅与协调。基于移动测量系统的带有三维街景地图的“实景数字城管”，真实再现城市各种部件，满足城市管理在纵深方向上的需求，如路灯位置论证，广告牌的高度等问题。同时，辅助城市管理者进行决策分析，如公共设施选址分析，应急预案模拟，从而提高城市管理的效率和质量。
应用三：历史建筑保护
对历史建筑、传统村落进行全方位、多视角的精细测绘与三维建模，并搭建数字化名城保护信息管理平台，已成为历史建筑管理的首选解决方案。大疆联合武汉大学张祖勋院士团队对恒山悬空寺进行倾斜摄影测量，建立悬空寺高精度实景三维模型，为文物古迹数字化提供技术支持。无锡惠山运用实景三维技术，完成惠山古镇19处古建筑群（约120座古建筑单体）测绘工作，包括全方位几何信息采集、二维图绘制、形变勘察等工作，为文化遗产研究、监测和信息平台等多方面推进历史建筑管理提供了数据支持。
五、实景三维增城已有哪些准备？
从增城层面来看，我们做足了开展实景三维建设工作的准备。
决策层面：以广州市规划和自然资源局增城区分局、区文体旅游局代表的单位和部门陆续立项，建设重点区域高精度三维实景模型数据和历史建筑精细化三维模型。
设备方面：增城区城乡规划与测绘地理信息研究院（以下简称“城乡院”）现拥有无人机持证飞手5人，固定翼、多旋翼无人机共计8台，高精度三维激光扫描仪1台，拥有10个节点的数据处理机房，日均三维数据生产能力达到0.5平方公里。拥有高精度三维激光扫描仪，是对无人机三维模型数据的地面补充。
数据生产方面：增城区城乡院已陆续做了多个村庄、小区、特色建筑的实景三维模型。如应用于朱村街横塱村的旧村改造；通过多期三维模型数据对比，监测太珍石场开挖方量；展示1978电影小镇、工信部电子五所等多处建筑风格。
应用系统方面：已建成二三维一体化的数据展示平台一期和开发区核心区三维地下管理系统，从数据展示、数据查询方面迈出探索性的步伐。
六、实景三维增城有何建设建议？
增城位于广州东部，联系惠州、东莞，是广州东进的桥头堡和粤港澳大湾区的菜篮子基地。增城在建设现代化中等规模生态之城过程中，坚持中南部一体化、北部生态化的差异化空间发展战略，构建多层次、多中心、网络型城市体系，区域经济快速发展，各类重大建设项目和基础设施逐步落成。为促进增城区实景三维城市建设的发展，为社会和公众提供更有价值的三维应用信息产品，建议从以下方面进行实践：
数据生产方面：建议增城区根据建设强度划分不同区域，在建设强度高的地区应用无人机倾斜摄影测量，推动真正射影像与实景三维模型二三维一体化发展；在建设强度低的区域，应用现有的0.5米分辨率的省级下发影像。
制定实景三维数据建设的近远期规划，以5年为周期，由城市到农村，逐步完成基础性和优化型的三维模型建设，具体实施分两步走战略。一是到2021年底，在农村地区使用无纹理的简单三维，或2.5维建设即可完整呈现地形地貌，在满足现阶段应用要求的情况下就不必苛求呈现纹理细节；二是到十四五末期，完成建成区三维模型的构建，形成满足城市精细化管理需求的服务能力。在路况复杂的立体交通枢纽，或者基于安防、环保等特殊需求，部分地区必须采用包含地上地下环境，纹理清晰、细节准确的高精度实景三维体系才可进行实际应用。
系统应用方面：为提升规划、国土业务应用及管理效能，建议增城区优先从三维地下管线系统、三维城市规划系统、城市信息模型、三维地籍系统等方面开发三维系统的专题建设与应用。
（1）三维地下管线系统。采集与城市发展和居民生活息息相关的城市地下管网（含供水、排水、天然气、通信等）数据，从三维尺度表达管网特征、空间关系及其附属物，实现地下管线的三维可视化管理、存储、查询、分析、定位等功能，提升地下管线数据的管理水平，为城市管线的规划、施工及运行管理、城市地上地下空间统一开发利用提供完整的管线信息服务，为城市建设、预警防灾、应急抢险提供辅助决策支持。
（2）三维城市规划系统。以直观、真实的三维场景反映出报建审批项目与周边现状环境的融合度，规划设计及审批人员可以从任意角度考察报建项目空间布局的合理性。另外，通过对建筑高度、位置、体量等进行所见即所得的调整，实现多个方案的对比分析，进而选择最优方案。三维城市规划系统突破传统依赖有限的艺术渲染图和短视频概念动画的“好看”形式，实现真实资料可视可量测的准确研判规划项目的范围、高度、密度、空间拓扑、周边辐射，真实准确、一览无余。
（3）城市信息模型（CIM）。CIM是以建筑信息模型（BIM）、数字孪生（Digital Twin）、地理信息系统（GIS）、物联网（IOT）等技术为基础，整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来多维信息模型数据和城市感知数据，构建起三维数字空间的城市信息有机综合体。建设CIM平台有助于规划、管理城市，让城市更智慧，城市管理更精细化，打破各部门信息数据孤岛。
（4）三维地籍系统。受经济发展的限制，过去的土地利用主要集中在地表，传统的地籍管理制度仅针对二维地籍进行管理。随着经济发展和城市土地的立体化利用发展，以三维地籍为核心的土地空间立体化使用管理问题逐渐突出。2020年7月国务院发文《关于做好自由贸易试验区第六批改革试点经验复制推广工作的通知》中提到，要建设以三维地籍为核心的土地立体化管理模式，并选择深圳前海作为试点建立三维地籍管理系统，区分设立土地使用权，建立土地空间权利体系，细化地上、地表、地下土地使用权边界和权益，进一步提高土地管理精细化水平。
七、结语
实景三维不仅能有力支撑自然资源管理、服务于生态文明建设，还能为城市管理提供更科学高效、智能化的手段。增城区历来重视基础测绘建设，已具备良好的数据及实践基础，建议尽早制定实景三维数据建设的近远期规划，逐步完成基础性和优化型的三维模型建设，助力增城城市建设的信息化、智慧化，实现新作为。
[1]鲁国栋.实景三维技术助力自然资源管理[N].中国自然资源报,2019-10-26(002).
[2]数字化城管[EB/OL].https://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E5%AD%97%E5%8C%96%E5%9F%8E%E7%AE%A1/633635?fr=aladdin.
[3]徐莹,王涛.实景三维GIS的应用前景概述[J].城市建设理论研究,2014,(30).
（作者：张文娟 史经）
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