基于实景三维技术的自然资源三维立体“一张图”应用研究

基于实景三维技术的自然资源三维立体“一张图”应用研究

汪甜甜

武汉大势智慧科技有限公司  湖北 武汉 430074

摘要：传统的二维平面制图方法，已不能满足现代自然资源管理信息化的新要求，无法直接显示地物的高程、纹理、地形等空间信息，因此，实景三维技术是突破这一难题的关键。本文描述了以大数据、云计算等技术为手段，对湖北“一张图”的构建与应用进行了研究，以期对该地区开展相应工作具有一定的借鉴意义。

关键词：实景三维技术；自然资源；三维立体“一张图”

引言

目前，我国已进入“数字化转型推动高质量发展”的重要阶段，资源高质量发展迫切需要科技创新，为其提供新的思路和方法。在自然资源行政审批工作中，传统二维平面图呈现出单一的角度，很难反映地物的高程、纹理、地形等空间信息。自然资源信息化的需求中心由“客户”向“服务”转变，由二维向三维、由“宏”向“微”的方向发展。以“GoogleEarth”为代表的三维数据可视化因其开放、可测量、易挖掘等特点，已成为用户之间进行空间信息交流的重要途径，也是各类门户网站信息服务的基础。

1三维立体“一张图”数据融合技术

1.1实景三维数据类型

《自然资源部信息化建设总体方案》明确了真实的三维数据，并将其分类，重点研究了多种真实的三维数据，如数字高程模型，倾斜摄影模型，激光点云，手工建模，BIM等，来构造“一张图”。DEM由1:5万、1:10000两类组成，由一系列有序的数字阵列构成。1:5万数字高程模型是以10m格网距为10m的全国基础测绘成果，涵盖了湖北全境的土地面积；1:10000数字高程模型采用2m格网距进行全省的基本制图。本项目将传统航拍与近景测量相结合，通过在同一线路上安装多个传感器，从垂直、前、左、右、后5个视角获取目标侧面的丰富纹理信息。利用自动批量造型技术产生的立体影像模型，是实景三维技术中的一个重要数据源[1]。激光点云数据是一种具有较高精度的三维数据，它是利用三维激光扫描技术获得的。三维激光扫描能够对被测物体的表面进行无接触、无损伤、不依赖于被测物体的形貌和状态，具有高精度、高信息量和高效率等优点，在测绘、规划、智慧城市等领域具有广阔的应用前景。手工建模是利用三维Max、MAYA等三维造型软件，人工构建真实或虚拟的物体，在小场景中绘制出更好的效果，并具有更好的细节表现，并配以阴影等特效，但耗时长，生产成本高，不适合大规模使用。BIM基于建设工程的各种信息，将其内部各个部分的几何与属性信息以三维方式存储起来，能够在规划、施工、验收、运营等各个阶段对其进行精细的管理，将BIM技术与自然资源大环境相结合，可以实现三维数据的管理、浏览与分析。

1.2二三维数据融合

多源异质是二三维场景数据的主要特点，存在着不同格式、不同结构、不同平台之间不能相互兼容、共享等问题。当前，面向多源异构数据融合和跨平台调用的Web服务应用接口（WebServiceAPI）已成为主流方法。二三维场景数据存储于大型云服务器中，经过加工，生成RESTful样式或SOAP样式的WebServiceAPI，用户可以通过URL来获取数据，从而实现二三维数据的浏览。本文利用湖北自行开发的ArcGISServer3SServer3DREBServer（以下简称I3SServer）来进行信息的融合。二维数据通过ArcGISServer实现，按照OGC网络地图服务标准，通过ArcGISServer发布。实景三维数据把数据转化成一个标准的OGCI3S场景层封装（SLPK)，然后把它下载到I3S服务器上，从而在I3S平台上实现WebServicesAPI。

1.3实景三维数据转换

在实景中进行三维数据的转换通常有两种思路。(1)直接向SLPK转化。(2)首先，将原来的ESRI资料格式及多边模型进行转换，然后指派模型、转换及投射，最后转化成SLPK。根据三维数据的类型，实景三维数据的转化可分为倾斜摄影，点云，BIM，手工建模等多种转化过程[2]。倾斜摄影方法大致有两种：(1)在ArcGISPro中，利用生成的ArcGISPro整合OGB与SLPK的映射关系，实现OGB到SLPK的直接转化，但是，当进行大量的数据处理时，系统会出现故障。(2)基于ArcGIS桌面平台的三维数据管理工具，完成OSGB坐标的校验、优化、平移、亮度调节、融合与转换等功能，达到优化处理与绘制的目的。另外，通用的点云格式是 LAS。ArcGIS pro为点云的加载、渲染、投影及分析等功能提供了一种全新的点云生成技术，并采用 SLPK格式对点云进行封装。ArcGISPro可以直接从Revit文件中获取BIM数据，也可以将其转化为文件GDB，实现几何编辑，纹理编辑，属性编辑。

1.4三维场景Web服务发布

当前，国内外许多GIS厂商均推出了Web Service，适合于三维场景的制作，装载速度快，稳定性好，完全符合现场的要求。但是，三维场景服务器过于庞大，不能被部署和移植。针对以上问题，我国[D1]科学技术研究院自主研发了三维场景服务平台I3SServer，支持倾斜摄影模型、点云、建筑、三维模型等 SLPK格式三维场景，具备可快速部署的优点。然后，通过对 LOD级别显示、缓存机制等进行合理的优化，以达到对三维场景进行快速加载与渲染的目的。

2三维立体“一张图”实际应用

2.1第三次全国国土调查

以湖北地区的第三次全国国土调查系统为例，将“一张图”运用于该地区，建立覆盖湖北全境的地貌图，通过视图，进行二三维融合联动、互动分析等功能，实现地物点与真实地貌的同步浏览，为野外研究与监测，主要农田划定，新耕地调查，耕地造林等方面提供技术支助3]。

2.2国土空间规划

湖北“一张图”是近年来在县级城市规划管理工作中的一项重大举措，尤其是在详细规划的比较审核工作中起到了很大作用。图1(a)是用激光点云技术绘制的湖北省主要城区地形图。利用了LiDAR技术对主城区的点云数据进行预处理，通过点云的高程绘制，为城市基础设施管理、城市规划、能源利用潜力评估等方面提供科学依据。图1 (b)是湖北一座城市（局部修正）的实际立体图，并附有一个倾斜视图，并配有一条地下管道。本项目提出了一种以城市公路边坡摄影模型为基础，与城市地下管道资料相结合，利用三维“地形校正”功能，实现对某一地区地形地貌的解析，以及对边坡的测绘，从而满足公路建设、管线施工等业务需要。图2 (a)，(b),(c),(d）是城市规划中常用的三维分析函数，包括地形分析，可视分析，日照分析，组分分析等。地形分析是一种模型，它在虚线通过的地方进行倾斜摄影，并且在实际的三维场景中对任意点线进行处理，以及地形模型的高度剖面图。组件分析是对BIM进行管理，人工造型模型装配生成零件，实现精细化管理。

图（1）湖北“一张图”在国土空间规划中的应用

图（2）城市规划设计的常用三维分析功能

2.3矿山监管

近几年，湖北“一张图”在煤矿监督管理中试行，主要是针对煤矿违法违规开采的情况。图3(a)是根据倾斜的露天开采相片模型，采用屏幕超级融合技术进行开采的立体视觉监视。图3(b)利用诸如激光点云和人造仿真之类的技术，来建立井下开采工作面之类的真正三维地理目标模型，以保证对井下开采过程的有效监控。

3结语

湖北“一张图”的构建在各种自然资源业务系统中都得到了运用，可以从某种意义上克服传统二维立体感的不足，为业务化自然资源提供一个崭新的观察角度。因此，实践表明，湖北“一张图”的建设规划是可行、可扩充的，具有良好的发展方向和应用前景。

参考文献

[1]凌文军.无人机倾斜摄影实景三维技术研究[J].科技资讯,2023,21(22):35-38.

[2]张小林.实景三维在国土空间规划中的应用探究[J].智能城市,2023,9(10):59-61.

[3]江文源,杨如军,刘琦,马骁驰,黄信望,马绍忠.基于实景三维技术的广西自然资源三维立体“一张图”应用研究[J].自然资源信息化,2022,(02):80-86.

[D1]？