實景三維建設(shè)洪流

實景三維作為真實、立體、時序化反映人類生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間的時空信息，通過“人機兼容、物聯(lián)感知、泛在服務(wù)”實現(xiàn)數(shù)字空間與現(xiàn)實空間的實時關(guān)聯(lián)互通，為數(shù)字中國提供統(tǒng)一的空間定位框架和分析基礎(chǔ)，是國家重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施，是數(shù)字政府、數(shù)字經(jīng)濟重要的戰(zhàn)略性數(shù)據(jù)資源和生產(chǎn)要素。

2021年是實景三維中國建設(shè)元年。按照新時期測繪事業(yè)“兩支撐、一提升”的工作定位，切實做好實景三維中國建設(shè)，2021年8月-2022年4月，自然資源部辦公廳先后印發(fā)了《實景三維中國建設(shè)技術(shù)大綱（2021版）》《自然資源部辦公廳關(guān)于全面推進實景三維中國建設(shè)的通知》《基礎(chǔ)測繪與實景三維中國建設(shè)技術(shù)文件1-7》，全面扎實推進新型基礎(chǔ)測繪與實景三維建設(shè)工作。

隨著全國多地加快推進實景三維建設(shè)工作，在技術(shù)創(chuàng)新日新月異，多元應(yīng)用百花齊放的實踐洪流下，城市級實景三維建設(shè)也逐漸顯現(xiàn)投資巨大、需求局限等問題。廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院（簡稱“廣州市規(guī)劃院”）立足技術(shù)探索、建設(shè)管理和實踐應(yīng)用的多維創(chuàng)新，基于國產(chǎn)軟硬件裝備，建立自主可控、高質(zhì)高效的數(shù)據(jù)采集、處理、產(chǎn)品制作全流程新型生產(chǎn)模式，構(gòu)建平臺級和要素級多人在線協(xié)同“數(shù)字工廠”，形成一套低成本、標準化、安全可靠、高效的測繪生產(chǎn)體系。

“數(shù)字工廠”建設(shè)思路

（一）成果譜系設(shè)計：一次測繪，多種成果

在城市1:500數(shù)字化地形圖測繪中，傳統(tǒng)生產(chǎn)方式是全野外數(shù)字化測圖，目前已形成非常成熟的技術(shù)流程，但是該技術(shù)存在人工投入大、生產(chǎn)成本高、易受天氣影響、工期不易控制等局限性。隨著技術(shù)的進步和前期探索經(jīng)驗積累，廣州市規(guī)劃院采用傾斜攝影和激光雷達相結(jié)合的新型測繪方式，基于一次測繪形成了數(shù)據(jù)基底一致、現(xiàn)勢性統(tǒng)一的實景三維影像數(shù)據(jù)、數(shù)字化地形圖數(shù)據(jù)、數(shù)字真正射影像圖、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)等系列測繪產(chǎn)品，實現(xiàn)一次投入、多種成果、多方受益，有效避免了重復(fù)測繪，最大限度地節(jié)約資金，大大減少了外業(yè)人力投入，減少了天氣對工期的影響，顯著降低了生產(chǎn)成本，提升了工作效能，為形成時序化動態(tài)更新的測繪產(chǎn)品奠定了可靠的時空數(shù)據(jù)底座。

圖1全系列測繪成果

（二）技術(shù)生態(tài)構(gòu)建：全流程國產(chǎn)化自主可控技術(shù)接入，擺脫技術(shù)“卡脖子”困境

在硬件方面，廣州市規(guī)劃院利用直升機平臺，基于國產(chǎn)多視角航空攝影儀與機載激光掃描設(shè)備的系統(tǒng)集成傾斜攝影方案，該方案具有航高低，空域協(xié)調(diào)容易、數(shù)據(jù)處理簡單、成像質(zhì)量佳、色彩還原度高、側(cè)面紋理豐富、價錢實惠等特點，實現(xiàn)了高分辨率傾斜影像及LiDAR點云一體化全域數(shù)據(jù)采集，不僅打破了國外一體化設(shè)備壟斷局面，也有效減少外業(yè)人力投入，顯著降低生產(chǎn)成本。

圖2一次航飛，兩種數(shù)據(jù)

在軟件方面，自主研發(fā)外業(yè)像控布設(shè)APP，實現(xiàn)定位、拍攝、記錄為一體的數(shù)字化像控點布設(shè)流程；基于國產(chǎn)大規(guī)模實景三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)集群并行處理軟件，支持單次導(dǎo)入空三處理數(shù)據(jù)面積更大、通過率更高、速度更快，三維模型重建的渲染效率更高，模型細節(jié)更加豐富，通過多人在線協(xié)同刺點、多引擎智能調(diào)度、自動模型修飾等方式實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)的實景三維模型生產(chǎn)；利用國產(chǎn)實景三維測圖系統(tǒng)，實現(xiàn)1:500地形圖的云端要素級協(xié)同作業(yè)與流程化管理、生產(chǎn)、質(zhì)檢；采用國產(chǎn)化激光雷達處理軟件，構(gòu)建一鍵式批處理的點云數(shù)據(jù)處理流程,輔以AI和機器學(xué)習(xí)，高效精確地編輯、分析大范圍點云數(shù)據(jù)，參數(shù)化定制生成標準DEM、DSM等數(shù)字產(chǎn)品，探索形成了一條自主可控、貼合生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集、處理、產(chǎn)品制作的新型測繪生產(chǎn)流程。

（三）生產(chǎn)模式革新：“數(shù)字工廠”全流程協(xié)同生產(chǎn)新模式，實現(xiàn)效率跨越式提升

廣州市規(guī)劃院通過研發(fā)生產(chǎn)體系智云協(xié)作平臺，基于各項成果之間的工序步驟，采用拉式生產(chǎn)的方式，根據(jù)下一項成果的生產(chǎn)進度，動態(tài)調(diào)整上一項數(shù)據(jù)成果的作業(yè)范圍和投入人員，形成各項成果之間“零庫存”的高效并行生產(chǎn)機制。以流程化的管理思路進行實景三維測圖測繪作業(yè)模式的創(chuàng)新，通過“數(shù)據(jù)工廠”模式，將“數(shù)據(jù)、任務(wù)、人員、軟件、算法”連接起來，形成“海量、彈性、可定制、協(xié)同、在線的”的智能計算生產(chǎn)能力，做到跨平臺、跨區(qū)域、跨部門、跨作業(yè)階段的協(xié)同生產(chǎn)，達到作業(yè)生產(chǎn)工藝和流程統(tǒng)一、生產(chǎn)和質(zhì)檢統(tǒng)一的效果，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)高效化。

圖3數(shù)字工廠生產(chǎn)模式

此外，基于數(shù)字看板，在任務(wù)安排、進度追蹤、質(zhì)量控制、人員權(quán)限、組織架構(gòu)等方面實現(xiàn)透明化、自動化、精益化以及可視化，從而實現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的流程化管理全過程可監(jiān)控、可追溯，保障了數(shù)據(jù)安全和成果質(zhì)量。廣州市規(guī)劃院打造的數(shù)據(jù)工廠規(guī)模近200人，基于數(shù)字工廠的流程化管理，每周地形圖測圖可達90平方公里以上，單人日均產(chǎn)能可達1.5-2幅，傾斜模型日均可生產(chǎn)15平方公里，點云單人日均可生產(chǎn)8平方公里，對比傳統(tǒng)測繪生產(chǎn)模式，實現(xiàn)了效率的跨越式提升。

圖4多人在線協(xié)同生產(chǎn)體系

（四）面向新型基礎(chǔ)測繪的服務(wù)應(yīng)用探索

廣州市規(guī)劃院以“一庫多能、按需組裝、定制服務(wù)”為導(dǎo)向，打造了地理實體數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)流程，即利用一套數(shù)據(jù)、一個系統(tǒng)，產(chǎn)出二三維一體化的多類型圖元，形成從原始數(shù)據(jù)到最終應(yīng)用端一整套的數(shù)據(jù)生產(chǎn)閉環(huán)解決方案。通過對基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫進行“實體化、一體化”全面升級改造，逐步開展對新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè)的創(chuàng)新探索，基于存量重構(gòu)和增量采集兩套地理實體化技術(shù)路線，構(gòu)建內(nèi)業(yè)生產(chǎn)為主，外業(yè)調(diào)繪為輔的生產(chǎn)技術(shù)體系，在試點范圍內(nèi)搭建實景三維數(shù)字孿生應(yīng)用平臺，基于該平臺打造城市時空基礎(chǔ)設(shè)施底座，建成單體化模型、分層分戶模型等，融合經(jīng)濟、人文、法人、交通、民政等信息、建立了地、樓、房要素的空間索引，實現(xiàn)質(zhì)量效率雙提升，將更好地滿足經(jīng)濟社會發(fā)展、政府治理以及公眾服務(wù)的需要，進一步夯實測繪工作基礎(chǔ)，不斷豐富基礎(chǔ)地理信息資源提升數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性，為國民經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展、國家安全和國防等方面提供保障和服務(wù)，推動城市高質(zhì)量發(fā)展。

圖5地理實體化應(yīng)用示范平臺

中山實踐，專家推廣

中山市為進一步響應(yīng)部、省政策文件精神，積極推進新型測繪和實景三維中國建設(shè)的全面落地實踐，由中山市自然資源局統(tǒng)籌組織，廣州市規(guī)劃院提供技術(shù)支撐，以“一次測繪，多項成果”作為總體建設(shè)路線，同步生產(chǎn)傾斜攝影三維模型、機載Lidar點云、DEM（數(shù)字高程模型）、DSM（數(shù)字表面模型）、TDOM（真正射影像）、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)等全系列測繪產(chǎn)品，項目覆蓋范圍784.2平方公里，通過本項目建立了大灣區(qū)首個新型測繪與城市實景三維建設(shè)體系，形成了實景三維建設(shè)和新型測繪一體化協(xié)同生產(chǎn)的“中山范式”，為國土空間規(guī)劃、城市精細化管理及高質(zhì)量發(fā)展賦能。

李德仁院士等專家評價該項目技術(shù)路線先進，采用的國產(chǎn)化新型測繪解決方案成熟可靠；構(gòu)建的二三維一體化協(xié)同生產(chǎn)體系高效實用；建立的“數(shù)字工廠”測繪生產(chǎn)模式具有前瞻性；搭建的實景三維與BIM、物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的數(shù)字孿生城市信息示范系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，項目整體技術(shù)達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，具有推廣價值。下一步，實景三維的“中山范式”，將在實景三維中國建設(shè)中全面推廣應(yīng)用。

技術(shù)交流：廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，陳朝霞，17666536869