实景三维模型城市综合管理应用研究 

实景三维模型城市综合管理应用研究 

云祺海

内蒙古自治区测绘地理信息中心 内蒙古呼和浩特市 010051

摘要：当今社会，数字城市建设已经成为当代测绘领域的研究重点，而数字城市建设离不开实景三维信息技术的发展。实景三维信息技术利用信息资源和通讯基础设施以及科学技术将空间地理信息、政务信息等，根据城市建模和三维景观可视化，重现城市三维景观，提高电子政务和公众服务效率，搭建现代民生服务平台。基于数字城市典型应用示范系统—三维地理信息系统开发中实景三维技术的应用。

关键词：实景三维技术； 数字城市；应用  

实景三维模型是通过激光、相机等手段获取地面各点位的空间信息和纹理信息，并利用专业软件构建而成的，是对高精度地理信息数据的集合展现，相比于其他地理信息产品，具有效果真实、精确度高的优势。实景三维中国建设是对全国范围内实景三维模型建设和应用的统一规划和实施推进，相关建设成果可以为经济社会发展和自然资源综合管理提供地理信息三维数据底板。我国城市综合管理随着物联网、智慧城市等先进的信息化技术普及而越来越注重管理的科学性,实景三维模型作为一种高精度、高还原度且数据采集制作迅速的三维空间数据,已经越来越多地应用到城市综合管理应用中。我国多个城市已经开展基于实景三维模型的城市综合管理相关应用探索。

一、实景三维模型应用需求

我国内数字城市、智慧城市建设等发展战略的带动下，国内部分省级地区和重点城市已经在实景三维建设方面开展了先行先试。早在2018 年就制作了实景三维地表模型和覆盖部分市、县建成区的精细实景三维模型，是全国最早建成实景三维地理信息系统实现覆盖全域8．24 万km2 的全市0．4 m、主城建成区0．08 m、最高分辨率达到0．03 m 的不同数据源、不同尺度的实景三维模型构建，建成了5 600 多km2 的实体级实景三维模型，可以完整地呈现建筑内部信息，是目前实景三维模型中精细度最高的。

1、面向经济社会发展领域。实景三维模型的早期建设和应用源于提升城市规划和精准化治理能力的需求，相关建设成果应用于智慧城市建设，可以实现与基础地理信息数据、专题数据相结合，服务于城市交通监管、地下管线综合管理、城市消防、物流运输管理以及城市民生等领域，且能够进一步把城市中地上地下、建筑物室内室外的三维空间信息与相关地物属性信息相结合，据此开展更智能化、精细化的城市规划、设计、建设、运行和治理。随着实景三维模型建设范围由城市向乡村拓展，现势性强、精度高的实景三维模型对乡村振兴战略的实施具有重要支撑作用，可以一体化服务于精准扶贫、乡村治理、乡村旅游和智慧农业等领域。

2、面向自然资源综合管理领域。实景三维模型建设主要面向自然资源管理对统一、准确的三维数据底板的需求。传统的基础测绘数据不能完整反映各类自然资源在立体空间上的分布关系，存在立体空间分布边界不清晰、平面空间分布不协调等问题，难以满足三维空间下自然资源精细化管理业务的需要。将实景三维模型作为数字化立体“底图”，核查、叠加、展示山水林田湖草矿等自然资源调查监测成果，更立体、更直观地展现自然资源“本底”情况，可为使用者和决策者提供360°全方位的可视化、可量可算、信息丰富的模型和更具大局观、更加贴近自然生态现状的决策依据。因此，在建立国土空间规划体系、严守耕地保护红线、全国国土调查、生态保护修复等一系列重大工作中，都提出了对实景三维数据的需求。

二、实景三维技术与数字城市建设模型构建

数字城市的基本框架由信息支撑技术、基本内容、服务对象三个部分组成。首先，数字城市建设的信息支撑技术主要包括信息技术系统、全球定位系统、城市综合功能GIS 技术、数字城市的管理信息技术、虚拟技术、数据库建设技术、元数据和宽带网络，通过使用这些技术能够对当代空间信息数据进行综合性分析整理。其次，数字城市建设的基本内容作为城市信息综合信息平台以及城市电信基础核心系统具有重要应用价值。最后，数字城市的服务对象是人，以人为本是数字城市建设的精髓。

城市实景三维模型是“数字城市”建设的基础数据。本项目实景三维模型建设充分发挥倾斜摄影测量技术构建实景三维模型的优势，基于无人机航摄获取的多视影像，创建真实、完整、高精度的实景三维模型。即以倾斜摄影影像为基础，经过空三加密处理后，生成测区整体的实景三维场景模型，在此基础上，通过三维建模软件对场景模型进行修饰、对重要建筑物单体化，完成三维模型生产。充分利用倾斜摄影测量技术，大大降低城市三维建模的成本提高了工作效率，生成的城市三维模型更真实。

1、无人机航摄。采用燃油动力无人机执行航飞任务，搭载多台传感器同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像。本项目一共航飞10 个架次，获取影像超2000片。经检验，像片均符合规范要求。其中，无人机航飞获取的多视影像中，通过垂直影像获取建筑物的顶部纹理信息，通过倾斜影像获取建筑物侧面纹理；对于近地面受遮挡或航摄影像无法表现出相应等级模型所需细节等情况的，通过人工补拍获取重点建筑物底层清晰纹理，灵活获取更为详细的建筑信息。

2、像控点测量。利用VirtuoZo Smait 航空摄影测量影像快速拼接软件生成的正射影像图作为工作地图，利用GPS-RTK 等技术手段进行像控点测量。

3、空三加密处理。本项目按航摄分区共建立10 个作业项目，每个作业项目对应一个目录，作业项目的所有相关数据都存入对应目录。作业项目建立后进行空三作业，依照影像输入、内定向、图形区域建立、自动点测量、交互式编辑、控制点量测和区域网评的步骤进行处理。

4、三维建模。利用ContextCapture 软件, 创建工程后进行加载影像、提交空三、三维建模、生成模型，生成模型后检查挑选模型，生产OBJ 格式数据等步骤完成三维建模，形成实景三维模型成果。最后通过三维场景制作软件和高效的数据压缩、融合算法，以影像、地形数据和3D 模型数据为核心，综合运用GIS、RS、二三维一体化等技术建立三维地理信息系统，实现对该市主要区域的三维景观模拟。基于实景三维技术的三维地理信息系统是数字城市建设的特色之一，该系统为用户提供三维环境下场景的缩放、360°旋转、平移、升降等浏览漫游；实现在三维场景中添加兴趣点、治安监测点、旅游点等热点标注、搜索定位；实现全面的三维可视化功能，包括实现长度、面积、体积的量算等功能，以提升应用体验与管理效果。

城市是人类政治经济和文化活动的中心, 是人流、物流、经济流和信息流聚集和扩散的基地, 在我国现代经济和社会的发展中发挥着重要的作用。数字城市是体现城市现代化、信息化水平的重要标志。数字城市也是领导科学决策的重要依据，是城市各部门进行综合管理的有效工具，是公众提高生活质量的便利帮手。随着“ 数字中国”战略的提出促使“数字城市”的发展, 使得当代数字城市的建设在全国范围内迅速铺开，并且以数字化、信息化为主体的城市建设取得了相当的建设成效。在这期间，实景三维技术为数字城市的建设和发展提供了基础性空间信息。实景三维技术能够对城市以全方位定位，将极具真实感的场景信息展示出来，给人以真实、直观的虚拟城市环境，城市管理者利用这些技术制定科学的规划方案，基于实景三维技术的三维地理信息系统是该市数字城市建设的一部分，作为典型应用示范系统进行开发。系统最终实现了三维景观模拟，并具备三维环境下的浏览漫游、空间测距、搜索定位、信息标注等功能，该系统符合用户要求通过了验收，在该市的推广应用中取得良好效果。

参考文献：

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［2］冯启翔．基于无人机倾斜摄影技术的三维实景建模技术研究［J］．地理空间信息，2018，16( 8) : 34－37．

［3］谢国雪，杨如军，卢远．一种实用型无人机三维模型重建方法［J］． 测绘与空间地理信息，2019，42 ( 3 ) :114－118．

［4］王凯时，胡正伟，赵富燕．三维激光扫描技术在地下空间三维建模中的应用［J］．测绘地理信息，2020，45( 3) :78－80．