實(shí)景三維青島：繪出立體“城市地圖”

實(shí)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(xiàng)工作提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐

什么是實(shí)景三維

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

實(shí)景三維如何打造

目前實(shí)景三維建設(shè)主要采用傾斜攝影測量技術(shù)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(zhǔn)確的信息。獲取影像后，再通過龐大的算力服務(wù)器將二維的影像處理成實(shí)景三維模型

從2021年起，青島啟動實(shí)景三維建設(shè)，歷時一年，完成了全域1．1萬平方千米多類型、多尺度的實(shí)景三維全覆蓋，實(shí)現(xiàn)了全市基礎(chǔ)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(shí)景三維數(shù)據(jù)打造的城市

實(shí)景三維有什么用

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

低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，實(shí)景三維可為相關(guān)工作開展提供精準(zhǔn)“數(shù)字底座”。如，無人機(jī)航線規(guī)劃方面，通過三維模型能預(yù)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(fēng)險；在農(nóng)業(yè)植保、環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用中，實(shí)景三維結(jié)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(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(shí)景三維等技術(shù)，把應(yīng)縣木塔、云岡石窟等大量名勝古跡“搬”進(jìn)數(shù)字世界，1∶1還原的真實(shí)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(shí)景三維”再次進(jìn)入大眾視野。

所謂實(shí)景三維，是指采用現(xiàn)代測繪和地理信息技術(shù)，對現(xiàn)實(shí)場景實(shí)現(xiàn)三維立體、客觀真實(shí)、時序化的表達(dá)。形象點(diǎn)來講，就是把整座城市1∶1放進(jìn)一個“電子沙盤”里，只需輕點(diǎn)鼠標(biāo)便可獲取“地上下、室內(nèi)外、水上下”的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字空間與現(xiàn)實(shí)空間的實(shí)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(shí)景三維中國建設(shè)步伐日益加快。2019年，自然資源部提出構(gòu)建實(shí)景三維中國；2022年，明確了實(shí)景三維中國建設(shè)的目標(biāo)、任務(wù)及分工等。作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代的重要新型基礎(chǔ)設(shè)施，近年來，各大城市均在部署實(shí)景三維城市建設(shè)，“實(shí)景三維青島”項(xiàng)目為全國城市率先“打樣”。

從2021年起，青島啟動實(shí)景三維建設(shè)，歷時一年，完成了全域1．1萬平方千米多類型、多尺度的實(shí)景三維全覆蓋，實(shí)現(xiàn)了全市基礎(chǔ)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(shí)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(jì)、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(xué)院、中國工程院院士李德仁曾這樣評價：“實(shí)景三維青島在全國做得很靠前，范圍很大，通過建設(shè)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(chǔ)底座，可以為政府決策提供科學(xué)依據(jù)?！?/span>

實(shí)景三維圖像讓港口可視化、精細(xì)化管理成為可能。圖為山東港口青島港指揮調(diào)度大廳。

無論從數(shù)據(jù)支撐還是應(yīng)用場景來看，如今實(shí)景三維在城市建設(shè)和管理過程中都已“大顯身手”——數(shù)據(jù)顯示，目前成果已應(yīng)用于城市建設(shè)更新、歷史城區(qū)保護(hù)、數(shù)字政府、應(yīng)急處置、智慧公安、規(guī)劃論證、拆違治亂等全市重點(diǎn)工作，為40多個部門百余項(xiàng)工作提供實(shí)景三維技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐?！皩?shí)景三維已成為城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中新質(zhì)生產(chǎn)力的典型代表，除了應(yīng)用于城市管理領(lǐng)域，未來還將更多地普及到經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和百姓生活當(dāng)中。”青島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(shí)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(shí)景三維模型——只需在控制端的電子屏上用手指點(diǎn)觸，三維立體的城市景觀便能巨細(xì)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(shí)景三維建設(shè)的城市，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)將1．1萬平方千米的大山大河、立體城市“搬進(jìn)”數(shù)字空間。面積如此之大的實(shí)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(shí)景三維中國的建設(shè)按照精細(xì)程度，劃分了地形級、城市級和部件級三種類型——

地形級實(shí)景三維反映的是地形地貌、地理景觀，主要服務(wù)于宏觀應(yīng)用場景。例如，修建高鐵、高速公路，在選線的過程當(dāng)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(xué)性。城市級實(shí)景三維精細(xì)到房屋的窗戶、檐口等細(xì)部結(jié)構(gòu)，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(jì)中進(jìn)行空域規(guī)劃、航線設(shè)計(jì)、立體導(dǎo)航、監(jiān)控調(diào)度等。部件級實(shí)景三維主要面向精細(xì)應(yīng)用場景，可以為歷史建筑、文物保護(hù)等留下精細(xì)的“3D檔案”?！逗谏裨挘何蚩铡愤\(yùn)用的就是部件級實(shí)景三維，能夠?yàn)橛螒蛘咛峁┏两襟w驗(yàn)。

“針對地形級實(shí)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(shí)景三維建設(shè)，成果覆蓋全市800余千米海岸線、49個海灣、46個海島，真實(shí)還原了全域地形地貌和城鄉(xiāng)建設(shè)現(xiàn)狀；針對城市級實(shí)景三維，完成了1800平方千米的0．03米分辨率城市級實(shí)景三維建設(shè)，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(jìn)行了實(shí)體化建模；此外，還采用機(jī)載激光雷達(dá)生產(chǎn)了800平方千米山林的高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)和高精度數(shù)字高程模型?！笔锌睖y院信息所相關(guān)負(fù)責(zé)人杜鵬告訴記者。

形象點(diǎn)來講，青島已將全市域按照0．15米的精細(xì)度“復(fù)刻”進(jìn)電腦，其中主城區(qū)的精度更是達(dá)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(shí)世界一模一樣。但實(shí)際上實(shí)景三維畫面是由無數(shù)個細(xì)小的帶三維坐標(biāo)的數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化量測，同時可以被計(jì)算機(jī)智能化解讀。

目前實(shí)景三維建設(shè)主要采用傾斜攝影測量技術(shù)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(zhǔn)確的信息。獲取影像后，需要通過龐大的算力服務(wù)器將二維的影像處理成實(shí)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(shí)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(shí)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。”趙軍介紹。

之所以擁有如此強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲和分析能力，是因?yàn)槲沂写蛟炝诵袠I(yè)內(nèi)首個集云原生、云主機(jī)、云桌面于一體，面向時空全業(yè)務(wù)場景的新型基礎(chǔ)設(shè)施——超融合時空算力中心。相比原來圖形工作站方式，實(shí)景三維運(yùn)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(shí)景三維場景中的奧帆中心。

應(yīng)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(dá)客觀世界。如今，實(shí)景三維技術(shù)正逐步成為推動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的新引擎。

記者了解到，目前我市以實(shí)景三維為底板升級國土空間基礎(chǔ)信息平臺，匯聚了現(xiàn)狀、規(guī)劃、管理、社會經(jīng)濟(jì)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(shí)景三維青島的生動實(shí)踐，已經(jīng)創(chuàng)造出許多極具未來感的圖景，為我市高質(zhì)量發(fā)展強(qiáng)基賦能。

在城市規(guī)劃方面，如今青島市重大項(xiàng)目規(guī)劃方案論證幾乎都在實(shí)景三維場景下展開，通過真實(shí)、全方位的分析模型，幫助專家和決策者們更客觀、精準(zhǔn)地遴選最佳方案。“我們開發(fā)了實(shí)景三維輔助重大項(xiàng)目選址決策系統(tǒng)，進(jìn)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(shí)景三維模型兼具三維和實(shí)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(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐?！睋?jù)杜鵬介紹，目前實(shí)景三維青島已為200多個重大項(xiàng)目規(guī)劃方案論證提供技術(shù)支撐。

實(shí)景三維還讓城市更新和城市管理多了一雙“天眼”。基于實(shí)景三維真實(shí)、精準(zhǔn)、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(shí)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(diǎn)。

“我們坐在電腦桌前瀏覽三維場景，比到現(xiàn)場看得更精準(zhǔn)、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(wù)，這正是城市精細(xì)化治理的有力抓手！”一名城市管理領(lǐng)域的工作人員這樣感嘆道。

與此同時，實(shí)景三維青島還為公安、應(yīng)急等部門累計(jì)提供了數(shù)倍于原始成果數(shù)據(jù)量的實(shí)景三維數(shù)據(jù)，有效支撐了相關(guān)綜合演練、應(yīng)急處置任務(wù)。在第三次全國土壤普查、全國自然災(zāi)害風(fēng)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(guān)部門高度評價。此外，實(shí)景三維還廣泛應(yīng)用于森林防火、城市防汛、歷史城區(qū)保護(hù)更新、地下空間開發(fā)與利用等場景。可以說，實(shí)景三維、空間地理數(shù)據(jù)與城市運(yùn)行、百姓生活息息相關(guān)。

實(shí)景三維青島不僅為城市管理和服務(wù)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(jìn)港靠泊，一座座橋吊擎臂而立，集卡車絡(luò)繹不絕，皮帶機(jī)有序運(yùn)轉(zhuǎn)……山東港口青島港各大港區(qū)，處處都是繁忙景象。事實(shí)上眼前的井然有序離不開“看不見”的實(shí)景三維。據(jù)悉，我市以實(shí)景三維數(shù)據(jù)為底座，實(shí)現(xiàn)了港口港區(qū)資產(chǎn)、碼頭船舶調(diào)度作業(yè)的可視化、精細(xì)化管理，整體作業(yè)管理效率提升了3％。

為低空經(jīng)濟(jì)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(fèi)場景，到電力巡檢、應(yīng)急管理等生產(chǎn)場景，低空經(jīng)濟(jì)正在大踏步地向我們走來。

眾所周知，在低空經(jīng)濟(jì)中，無人機(jī)是最活躍的參與者之一。相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測今年工業(yè)級無人機(jī)市場規(guī)模將達(dá)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(jì)所描繪的正是一個三維作業(yè)形態(tài)。而在這一浪潮中，實(shí)景三維既是低空經(jīng)濟(jì)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(shí)景三維技術(shù)能為低空經(jīng)濟(jì)提供可靠的數(shù)字基礎(chǔ)。詳細(xì)來說，地理信息技術(shù)能夠快速獲取地表及近地空間的高精度三維信息，并構(gòu)建出與現(xiàn)實(shí)世界高度一致的虛擬模型，為低空應(yīng)用提供精準(zhǔn)的“數(shù)字底座”。此外，還可讓無人機(jī)航線規(guī)劃更加科學(xué)安全，通過三維模型能預(yù)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(fēng)險；在農(nóng)業(yè)植保、環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用中，實(shí)景三維結(jié)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(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(jī)便啟動升空，按設(shè)定航線開始執(zhí)行飛行任務(wù)。記者了解到，像這樣的無人機(jī)機(jī)場，目前市勘測院已經(jīng)在全市布局20余個。現(xiàn)場沒有飛手操控，無人機(jī)會按照預(yù)設(shè)任務(wù)，自動定時起飛對作業(yè)區(qū)域巡查，實(shí)時獲取高清影像和視頻，可用于重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)展跟蹤、城市安全巡檢、耕地保護(hù)、礦山修復(fù)等豐富場景。未來，結(jié)合應(yīng)用場景還將繼續(xù)擴(kuò)展無人機(jī)機(jī)場布局。

布設(shè)在青島市勘察測繪研究院的無人機(jī)機(jī)場。

杜鵬還告訴記者，市勘測院正在發(fā)揮實(shí)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(chǔ)上，積極布局低空三維導(dǎo)航圖，讓無人機(jī)飛行可以像開車一樣，擁有精準(zhǔn)的導(dǎo)航指引，進(jìn)而助力青島低空“自由飛、安全飛”。

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