實景三維青島：繪出立體“城市地圖”

已完成1．1萬平方千米城市空間的數(shù)字化呈現(xiàn)，為40多個部門百余項工作提供技術和數(shù)據(jù)支撐

什么是實景三維

實景三維是采用現(xiàn)代測繪和地理信息技術，對現(xiàn)實場景實現(xiàn)三維立體、客觀真實、時序化的表達。形象點來講，就是把整座城市1∶1放進一個“電子沙盤”里，只需輕點鼠標便可獲取“地上下、室內(nèi)外、水上下”的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)字空間與現(xiàn)實空間的實時互聯(lián)互通、在線治理

實景三維如何打造

目前實景三維建設主要采用傾斜攝影測量技術航拍完成，通過在飛行平臺上搭載單個1．5億像素的五鏡頭傾斜航攝儀，同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準確的信息。獲取影像后，再通過龐大的算力服務器將二維的影像處理成實景三維模型

從2021年起，青島啟動實景三維建設，歷時一年，完成了全域1．1萬平方千米多類型、多尺度的實景三維全覆蓋，實現(xiàn)了全市基礎地理信息由二維向三維的跨越升級，成為國內(nèi)首個完成集“山、海、城、島、灣”于一體高精度實景三維數(shù)據(jù)打造的城市

實景三維有什么用

在青島，目前相關成果已廣泛應用于城市建設更新、歷史城區(qū)保護、數(shù)字政府、應急處置、智慧公安、規(guī)劃論證、拆違治亂等全市重點工作，為40多個部門百余項工作提供實景三維技術和數(shù)據(jù)支撐

低空經(jīng)濟領域，實景三維可為相關工作開展提供精準“數(shù)字底座”。如，無人機航線規(guī)劃方面，通過三維模型能預先模擬飛行路徑，避開障礙物，優(yōu)化飛行效率，極大降低空中交通沖突的風險；在農(nóng)業(yè)植保、環(huán)境監(jiān)測等應用中，實景三維結合多光譜與熱紅外數(shù)據(jù)，可精確識別作物生長狀況和環(huán)境變化，實現(xiàn)精準作業(yè)，提升作業(yè)效率與效果

不久前，《黑神話：悟空》爆火，游戲通過實景三維等技術，把應縣木塔、云岡石窟等大量名勝古跡“搬”進數(shù)字世界，1∶1還原的真實場景紋理讓人身臨其境。這款國產(chǎn)3A大作，在引得玩家一片贊嘆的同時，也讓“實景三維”再次進入大眾視野。

所謂實景三維，是指采用現(xiàn)代測繪和地理信息技術，對現(xiàn)實場景實現(xiàn)三維立體、客觀真實、時序化的表達。形象點來講，就是把整座城市1∶1放進一個“電子沙盤”里，只需輕點鼠標便可獲取“地上下、室內(nèi)外、水上下”的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)字空間與現(xiàn)實空間的實時互聯(lián)互通、在線治理。

在數(shù)字中國上升為國家戰(zhàn)略的大背景下，實景三維中國建設步伐日益加快。2019年，自然資源部提出構建實景三維中國；2022年，明確了實景三維中國建設的目標、任務及分工等。作為數(shù)字經(jīng)濟時代的重要新型基礎設施，近年來，各大城市均在部署實景三維城市建設，“實景三維青島”項目為全國城市率先“打樣”。

從2021年起，青島啟動實景三維建設，歷時一年，完成了全域1．1萬平方千米多類型、多尺度的實景三維全覆蓋，實現(xiàn)了全市基礎地理信息由二維向三維的跨越升級，成為國內(nèi)首個完成集“山、海、城、島、灣”于一體高精度實景三維數(shù)據(jù)打造的城市，可為數(shù)字政府、數(shù)字經(jīng)濟、數(shù)字生活和生態(tài)文明等提供統(tǒng)一、立體、智能的時空信息底座。

中國科學院、中國工程院院士李德仁曾這樣評價：“實景三維青島在全國做得很靠前，范圍很大，通過建設搭建陸海聯(lián)動、城市和郊區(qū)聯(lián)動、地上地下聯(lián)動的基礎底座，可以為政府決策提供科學依據(jù)?！?/span>

實景三維圖像讓港口可視化、精細化管理成為可能。圖為山東港口青島港指揮調度大廳。

無論從數(shù)據(jù)支撐還是應用場景來看，如今實景三維在城市建設和管理過程中都已“大顯身手”——數(shù)據(jù)顯示，目前成果已應用于城市建設更新、歷史城區(qū)保護、數(shù)字政府、應急處置、智慧公安、規(guī)劃論證、拆違治亂等全市重點工作，為40多個部門百余項工作提供實景三維技術和數(shù)據(jù)支撐?！皩嵕叭S已成為城市數(shù)字化轉型過程中新質生產(chǎn)力的典型代表，除了應用于城市管理領域，未來還將更多地普及到經(jīng)濟社會發(fā)展和百姓生活當中?！鼻鄭u市勘察測繪研究院院長張志華說。

數(shù)字世界里“平地起高樓”

“看，這就是實景三維中的圣彌厄爾大教堂，建筑上的紋理都能看得一清二楚?！鼻鄭u市勘察測繪研究院展示大廳內(nèi)，長方形大屏幕中顯示著“智慧青島時空大數(shù)據(jù)平臺”的字樣，信息所開發(fā)部主任工程師趙軍向記者展示著實景三維模型——只需在控制端的電子屏上用手指點觸，三維立體的城市景觀便能巨細無遺地呈現(xiàn)在眼前，每個地物要素的位置、高度、面積都可以被精確測量。

青島作為較早開展實景三維建設的城市，目前已經(jīng)實現(xiàn)將1．1萬平方千米的大山大河、立體城市“搬進”數(shù)字空間。面積如此之大的實景三維模型是如何搭建出來的呢？

按照自然資源部的要求，實景三維中國的建設按照精細程度，劃分了地形級、城市級和部件級三種類型——

地形級實景三維反映的是地形地貌、地理景觀，主要服務于宏觀應用場景。例如，修建高鐵、高速公路，在選線的過程當中，可以大大減少野外勘察的工作量，又能夠提高規(guī)劃的科學性。城市級實景三維精細到房屋的窗戶、檐口等細部結構，最主要用于支撐城市智慧管理，也就是常說的“城市大腦”。例如，在低空經(jīng)濟中進行空域規(guī)劃、航線設計、立體導航、監(jiān)控調度等。部件級實景三維主要面向精細應用場景，可以為歷史建筑、文物保護等留下精細的“3D檔案”。《黑神話：悟空》運用的就是部件級實景三維，能夠為游戲者提供沉浸式體驗。

“針對地形級實景三維，青島采用0．15米分辨率傾斜攝影方式，完成1．1萬平方千米地形級實景三維建設，成果覆蓋全市800余千米海岸線、49個海灣、46個海島，真實還原了全域地形地貌和城鄉(xiāng)建設現(xiàn)狀；針對城市級實景三維，完成了1800平方千米的0．03米分辨率城市級實景三維建設，覆蓋青島城鎮(zhèn)開發(fā)邊界范圍內(nèi)建成區(qū)和鎮(zhèn)駐地，并對建筑、道路等進行了實體化建模；此外，還采用機載激光雷達生產(chǎn)了800平方千米山林的高密度點云數(shù)據(jù)和高精度數(shù)字高程模型。”市勘測院信息所相關負責人杜鵬告訴記者。

形象點來講，青島已將全市域按照0．15米的精細度“復刻”進電腦，其中主城區(qū)的精度更是達到0．03米，十分高清。乍一看上去，清晰的場景畫面和航拍視頻無異，幾乎與真實世界一模一樣。但實際上實景三維畫面是由無數(shù)個細小的帶三維坐標的數(shù)據(jù)點構成，可以實現(xiàn)精細化量測，同時可以被計算機智能化解讀。

目前實景三維建設主要采用傾斜攝影測量技術航拍完成，通過在飛行平臺上搭載單個1．5億像素的五鏡頭傾斜航攝儀，同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準確的信息。獲取影像后，需要通過龐大的算力服務器將二維的影像處理成實景三維模型。

在數(shù)字世界里“平地起高樓”的背后，需要海量數(shù)據(jù)的支撐。根據(jù)估算，要制作高分辨率的實景三維圖像，每10平方千米區(qū)域需要拍攝近4萬張照片。走入市勘測院工作現(xiàn)場，“噠、噠、噠”敲擊鍵盤的聲音此起彼伏，一行行代碼在每臺電腦上高速更新著，“這里每天可生產(chǎn)80多平方千米的高分辨率實景三維數(shù)據(jù)，能將傳統(tǒng)處理分析周期從數(shù)天、數(shù)周壓縮至小時級甚至是分鐘級?！壁w軍介紹。

之所以擁有如此強大的數(shù)據(jù)存儲和分析能力，是因為我市打造了行業(yè)內(nèi)首個集云原生、云主機、云桌面于一體，面向時空全業(yè)務場景的新型基礎設施——超融合時空算力中心。相比原來圖形工作站方式，實景三維運算效能得到10倍以上提升。其中，0．03米分辨率傾斜攝影建模日處理能力從8平方千米提升到80平方千米以上。在城市體檢評估工作中，將傳統(tǒng)處理分析周期從7天優(yōu)化到20分鐘。

0．03米分辨率實景三維場景中的奧帆中心。

應用場景“無限廣闊”

以往，傳統(tǒng)測繪只能基于二維平面來描述和表達客觀世界。如今，實景三維技術正逐步成為推動經(jīng)濟社會發(fā)展的新引擎。

記者了解到，目前我市以實景三維為底板升級國土空間基礎信息平臺，匯聚了現(xiàn)狀、規(guī)劃、管理、社會經(jīng)濟四大類800余層數(shù)據(jù)，包括三區(qū)三線、耕地資源、礦山資源、海洋資源等。

基于龐大的信息支撐，實景三維青島的生動實踐，已經(jīng)創(chuàng)造出許多極具未來感的圖景，為我市高質量發(fā)展強基賦能。

在城市規(guī)劃方面，如今青島市重大項目規(guī)劃方案論證幾乎都在實景三維場景下展開，通過真實、全方位的分析模型，幫助專家和決策者們更客觀、精準地遴選最佳方案。“我們開發(fā)了實景三維輔助重大項目選址決策系統(tǒng)，進而改變了傳統(tǒng)‘跑現(xiàn)場、看圖紙’選址論證方式，只需在電腦前操作便能一覽全貌。由于實景三維模型兼具三維和實景兩大特性，還可以提供如日照分析、填挖方分析、三維量測、淹沒分析、通視性分析等豐富的空間分析功能，為城市高質量發(fā)展提供強大的數(shù)據(jù)支撐?！睋?jù)杜鵬介紹，目前實景三維青島已為200多個重大項目規(guī)劃方案論證提供技術支撐。

實景三維還讓城市更新和城市管理多了一雙“天眼”?；趯嵕叭S真實、精準、立體全覆蓋的優(yōu)勢，如今不少城市管理、園林部門工作人員實現(xiàn)在電腦前利用三維場景開展巡查，更快速、全面地發(fā)現(xiàn)隱藏于城市各個角落的私搭亂建、亂堆亂放、采掘山體等問題節(jié)點。

“我們坐在電腦桌前瀏覽三維場景，比到現(xiàn)場看得更精準、更全面，效率還高?，F(xiàn)在僅用兩天時間就完成了以往需要兩個月現(xiàn)場摸排才能完成的任務，這正是城市精細化治理的有力抓手！”一名城市管理領域的工作人員這樣感嘆道。

與此同時，實景三維青島還為公安、應急等部門累計提供了數(shù)倍于原始成果數(shù)據(jù)量的實景三維數(shù)據(jù)，有效支撐了相關綜合演練、應急處置任務。在第三次全國土壤普查、全國自然災害風險普查等工作中，通過內(nèi)業(yè)場景分析緩解了現(xiàn)場核查的工作壓力，得到相關部門高度評價。此外，實景三維還廣泛應用于森林防火、城市防汛、歷史城區(qū)保護更新、地下空間開發(fā)與利用等場景?？梢哉f，實景三維、空間地理數(shù)據(jù)與城市運行、百姓生活息息相關。

實景三維青島不僅為城市管理和服務提供了新視角，也為各類企業(yè)提供了決策支持。膠州灣畔，岸線綿延，一艘艘巨輪進港靠泊，一座座橋吊擎臂而立，集卡車絡繹不絕，皮帶機有序運轉……山東港口青島港各大港區(qū)，處處都是繁忙景象。事實上眼前的井然有序離不開“看不見”的實景三維。據(jù)悉，我市以實景三維數(shù)據(jù)為底座，實現(xiàn)了港口港區(qū)資產(chǎn)、碼頭船舶調度作業(yè)的可視化、精細化管理，整體作業(yè)管理效率提升了3％。

為低空經(jīng)濟提供數(shù)字底座

千米以下的天空，正迎來前所未有的繁忙。從外賣配送、觀光旅游等消費場景，到電力巡檢、應急管理等生產(chǎn)場景，低空經(jīng)濟正在大踏步地向我們走來。

眾所周知，在低空經(jīng)濟中，無人機是最活躍的參與者之一。相關機構預測今年工業(yè)級無人機市場規(guī)模將達到約1500億元，測繪行業(yè)約448億元?！帮w行在空中，作用在地面”，低空經(jīng)濟所描繪的正是一個三維作業(yè)形態(tài)。而在這一浪潮中，實景三維既是低空經(jīng)濟發(fā)展的受益者，也是低空數(shù)字底座的供給者。

有專家提到，實景三維技術能為低空經(jīng)濟提供可靠的數(shù)字基礎。詳細來說，地理信息技術能夠快速獲取地表及近地空間的高精度三維信息，并構建出與現(xiàn)實世界高度一致的虛擬模型，為低空應用提供精準的“數(shù)字底座”。此外，還可讓無人機航線規(guī)劃更加科學安全，通過三維模型能預先模擬飛行路徑，避開障礙物，優(yōu)化飛行效率，極大降低空中交通沖突的風險；在農(nóng)業(yè)植保、環(huán)境監(jiān)測等應用中，實景三維結合多光譜與熱紅外數(shù)據(jù)，可精確識別作物生長狀況和環(huán)境變化，實現(xiàn)精準作業(yè)，提升作業(yè)效率與效果。

在市勘測院樓頂一塊幾平方米的區(qū)域中，有一個四方盒子，盒子打開后，停放在里面的無人機便啟動升空，按設定航線開始執(zhí)行飛行任務。記者了解到，像這樣的無人機機場，目前市勘測院已經(jīng)在全市布局20余個?，F(xiàn)場沒有飛手操控，無人機會按照預設任務，自動定時起飛對作業(yè)區(qū)域巡查，實時獲取高清影像和視頻，可用于重點項目進展跟蹤、城市安全巡檢、耕地保護、礦山修復等豐富場景。未來，結合應用場景還將繼續(xù)擴展無人機機場布局。

布設在青島市勘察測繪研究院的無人機機場。

杜鵬還告訴記者，市勘測院正在發(fā)揮實景三維優(yōu)勢，在低空數(shù)字空域與航路網(wǎng)規(guī)劃研究成果基礎上，積極布局低空三維導航圖，讓無人機飛行可以像開車一樣，擁有精準的導航指引，進而助力青島低空“自由飛、安全飛”。

屆時，實景三維將為我們認識和表達世界，提供更多想象空間。（青島日報／觀海新聞記者 王冰潔）