实景三维中国,南方数码这样建

为切实做好实景三维中国建设,明确建设任务和技术路线,规范指导国家和地方有序开展工作,自然资源部办公厅印发了《实景三维中国建设技术大纲(2021版)》(以下简称《技术大纲》),引起了地理信息行业的广泛关注。

实景三维的理解

《技术大纲》给出了实景三维的定义,指出实景三维是新型基础测绘标准化产品,是国家新型基础设施建设的重要组成部分,为经济社会发展和各部门信息化提供统一的空间基底。同时明确实景三维中国由空间数据体、物联感知数据支撑环境三部分构成。

实景三维是对人类生产、生活和生态空间进行真实、立体、时序化反映和表达的数字虚拟空间,按照表达内容分为地形级实景三维建设、城市级实景三维建设、部件级实景三维建设三部分

地形级、城市级实景三维具有基础性、公益性的属性,纳入到新型基础测绘体系建设,部件级实景三维更侧重于满足个性化应用需求,由相关行业和主管部门根据需要发起需求,通过更灵活的市场化方式来完成建设。

实景三维是实体化、三维化、语义化、结构化、全空间和人机兼容理解的现实世界的数字孪生。通过在三维地理场景上承载结构化、语义化、人机兼容理解和物联实时感知的地理实体进行构建,其前提任务和最核心的内容是地理实体的生产和建设,这也是新型基础测绘的重要内容。开展地理实体建设,并在地理实体基础上建设实景三维产品,也都离不开相关支撑环境的建设。

《技术大纲》指出,实景三维中国建设按照统一的时空基准进行数据获取与处理、建库与服务。南方数码围绕这几个方面开展了重点研究并进行实践,形成了业务流程全覆盖的服务体系,下文将展开介绍。

南方数码实景三维建设服务体系

自2019年开始新型基础测绘与实景三维中国建设相关技术及产品的探索和研究工作以来,南方数码参与了国家新型基础测绘与实景三维中国建设关键技术及标准编制任务,重点对地理实体的分类、编码规则、采集内容、数据获取及构建、数据建库等多个方面进行研究;基于对新型基础测绘和实景三维的研究及实践研发了实景三维从数据生产、管理到展示和应用的软件产品体系;同时采购了国际领先的数据采集和处理设备。整体形成了实景三维数据从数据采集生产、融合处理、到数据建库管理、应用服务的全业务链整体解决方案,能够提供实景三维工程建设服务以及生产软件、质检软件、数据库管理平台、数据应用服务平台等软件系统建设服务。

南方数码实景三维建设服务体系

实景三维数据采集生产

1 “天空地一体化”

实景三维数据采集处理设备

经过多年的行业服务积累,南方数码建设了“天空地一体化”实景三维数据采集处理设备环境,包括无人机、地面站、车载测量系统等,可根据采集对象的实际情况,选用相应的三维全景采集设备和处理技术,实现实景三维“地上下、室内外、水上下”全空间的一体化建设。

南方数码实景三维数据采集设备

2 基于“激光点云+倾斜摄影”

实景三维数据采集生产

实景三维建设内容中难度最高、工作量最大的是城市级、部件级地理场景和地理实体建设生产工作,而基于激光点云和倾斜摄影的实景三维建设模式可以根据不同需求设置不同的精度,同时满足城市级、部件级实景三维建设的需要,其应用的新技术也最多,在实景三维建设中最具有代表性。

基于激光点云和倾斜摄影的实景三维建设可集合SLAM背包、车载(机载)激光扫描系统和无人机倾斜航摄采集方法,形成空、地一体的数据采集系统,快速获取测区的地上下、室内外全息数据。采用半自动化(如人工勾画)或自动化(如基于深度学习)方式进行地物实体三角 及纹理裁剪,获取实体的三维几何形状、纹理,经处理后得到地物实体的三维立体表达的单体模型数据,同时可采集或派生二维平面表达的地物实体数据,并记录地物实体类别等信息。

通过“激光点云+倾斜摄影”的实景三维数据采集生产,实现对现实世界的从“抽象”到“真实”,从“平面”到“立体”,从“按要素、分尺度”到“按实体、分精度”的表达。

实景三维采集处理软件

南方数码长期致力于地理实体相关标准及支撑软件研究工作,为研发出满足实景三维建设工作实际需求的数据采集处理软件,积极开展实践工作,在参与国家组织的新型基础测绘和实景三维中国建设关键技术及标准研究工作的同时,还投入到多个地理实体产品与实景三维产品生产的项目中,并基于相关实践经验进行总结和研究,形成了数据生产与建库一体化流程技术方案,同时研发了相应的支撑工具软件,具体包括地理实体和实景三维生产软件、质量检查软件以及数据库管理平台。

数据生产与建库一体化流程

实景三维应用服务系统

作为新型基础测绘标准化产品,实景三维数据的应用和服务是数据发挥价值的重要方式,与传统三维数据有区别的是,实景三维数据服务不仅是提供三维数据服务,其中具备结构化、语义化等特点的地理实体数据服务尤为重要。最终要通过系统展现实景三维“时序化”、“人机兼容理解”等特点并深化应用。

南方数码具备成熟的智慧城市时空大数据平台解决方案,并以此平台为基础,构建实景三维应用服务系统,具备二三维一体化、地上下一体化、室内外一体化、微宏观一体化等特点,为新型智慧城市、数字孪生城市、CIM基础平台等建设提供统一的时空信息底座,为国土空间规划和自然资源管理提供统一的底图、底板、底线。

实景三维数据展示

实景三维中国建设是“十四五”时期基础测绘转型升级发展的重要任务之一,也体现了地理信息产品从二维向三维转化的发展趋势,南方数码近年在实景三维建设工作中做了大量研发投入并取得了相关研究成果,致力于为全国实景三维建设提供全面服务。后续将分期详细介绍南方数码实景三维建设服务体系,敬请关注!

初审:张艳玲

复审:宋启凡

终审:金 君

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