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      从数据到应用,看实景三维如何走(zǒu)向纵深 | 走向实景三维

       

       编 者 按 

      作(zuò)为近年(nián)来(lái)自然(rán)资源(yuán)领(lǐng)域尤其是(shì)测绘行业的热(rè)点话题(tí),实景三维是国家重要的新型基(jī)础(chǔ)设施。每每谈及实景三维(wéi)中国,很多人将其看作“高大上”的(de)概(gài)念,不仅是社会(huì)公众缺(quē)乏了(le)解(jiě),一些从业(yè)人(rén)员也很难用简单(dān)的语言作出清晰的解释。

      什(shí)么是实景三维?2021年12月,自然资源部印发《新型基础(chǔ)测(cè)绘与实景三维(wéi)中国技术文件》,对实景三维(wéi)的(de)描述是:对一定范围内(nèi)人类生(shēng)产(chǎn)、生(shēng)活和(hé)生态空间进行真实、立体、时序化反映和表达的数字空间,是新型(xíng)基(jī)础测绘的标准(zhǔn)化产品,是国家(jiā)的重要基础设(shè)施,为经济社会发展和各部门信息化(huà)提供统一的空间基(jī)底(dǐ)。

      早在(zài)2019年全国自然资(zī)源工(gōng)作会议上,开展(zhǎn)实景三维中国建设就被提上议事日(rì)程。国家(jiā)层(céng)面的实(shí)景三维中国建(jiàn)设是战略性、全局(jú)性的重大工程,需扎实稳步推(tuī)进(jìn)。在(zài)省、市级范围内特别是(shì)试点区(qū)域(yù)(项目),实景(jǐng)三维已经从数据转换为应用(yòng),并取得了阶段性(xìng)成效(xiào),其(qí)成果也进入了社会公众的视野。

      本期刊发的稿(gǎo)件选取实景三维(wéi)在生态保护(hù)、地质灾害(hài)防治、智慧城市(shì)建设(shè)等方面的应用成果及观点,展(zhǎn)示了实景三维在(zài)山水之(zhī)间、工程现场、城市生(shēng)活中对地理空间(jiān)和实体(tǐ)对象(xiàng)的结构(gòu)化表达,以(yǐ)及(jí)功能的搭建平台(tái)。

      一(yī)个平(píng)台就像一个舞台,各类(lèi)场景应用(yòng)就如同一幕幕剧目。如今,“舞台”正在逐步建成(chéng),属于实景三维的(de)“好戏”才刚刚上演。

       陕西:构建黄河流(liú)域(yù)数字空间底座 
      自然资(zī)源部第二地(dì)形测(cè)量队在延安市南门(mén)沟水库(kù)开展黄(huáng)河流域水库地下地形监测(cè)

       

      奔(bēn)腾的黄河金龙摆尾般(bān)甩出一个近90度的大弯,在榆林市府谷县(xiàn)来到陕西境内(nèi)。入陕后的黄河浩荡(dàng)南下,既有壶口瀑布的澎湃(pài)浩荡,也有洽川湿地的关雎之鸣。如何(hé)通过实景三维建设助(zhù)力黄河流域(yù)生态保护,是陕西省自(zì)然资源部门面临(lín)的新考(kǎo)题。

      近年(nián)来,在(zài)依托新型(xíng)基础测绘开展实景三维(wéi)建设的基础上,一(yī)个服务于陕西省黄河流(liú)域(yù)规划建设、生态修复、污(wū)染(rǎn)治理、水土保持、应急指挥、文化保护的“数字空间底(dǐ)座”正(zhèng)逐渐成形(xíng),为(wéi)全省黄河流域提供智慧(huì)化管理和决策支(zhī)撑。

       

      延安市乾坤湾实景三维图(tú)
      主动谋划,试点攻坚克难

       

      2020年,陕西省测绘地理信息(xī)局与陕西省发展和(hé)改革委员会依托自然资源部第二地形测量(liàng)队(duì)(陕西省(shěng)第三测绘工程院)联合成(chéng)立了陕(shǎn)西省智慧黄河研究院,发挥测绘技术优势支撑(chēng)黄河流域生(shēng)态保护和高质量发(fā)展。

      为(wéi)解决时空数据获取难、标准不统一、数据(jù)更新不(bú)及时(shí)等问题,自(zì)然资(zī)源部第二(èr)地形测量队(以(yǐ)下(xià)简称部第二地形测(cè)量队)从产品(pǐn)设计、组织模式(shì)、管(guǎn)理平台、应(yīng)用服务和标准规范5个方面开展攻关,最终通过多种技术手段将多源数据融合(hé)在同(tóng)一(yī)平台,构建(jiàn)陕西黄河流域数(shù)字空间底座,提升空间信息资源共享水(shuǐ)平和服务能力。

      “实景三维(wéi)的概念已经提了(le)很多(duō)年,产生了单体化(huà)建(jiàn)模贴纹(wén)理、DOM(数字(zì)正(zhèng)射影像图(tú))与 DEM(数(shù)字高程(chéng)模型)融合、倾斜摄影建(jiàn)模、激光三维扫描建模等(děng)多种方(fāng)式,这(zhè)些(xiē)技(jì)术(shù)为陕西省(shěng)黄(huáng)河流域实(shí)景三维建设奠定了基础(chǔ)。但(dàn)依旧有许(xǔ)多技术难(nán)点需要攻克。”部第二地形测量队生产技术科(kē)科长林璐说。

      部(bù)第二(èr)地形(xíng)测量队实景三维技术组研究人员介绍,针对点云编辑、影像镶嵌等人工量大的(de)工艺(yì)流程,通过优化匹配策略,采用(yòng)镶嵌线自动化处理,减少了人工编辑工作量、提高了生(shēng)产效率。针(zhēn)对黄河流域(yù)水下地形测绘(huì)中的技术难点,通过技术(shù)攻关,完成了(le)水下与近岸(àn)数据的接边(biān)、融(róng)合以及水下模型构建方法。此(cǐ)外,还重点攻(gōng)关了基础地理实体检查及(jí)质量(liàng)控(kòng)制等问(wèn)题。

      目前,平台已经实现多层级实景三维数据的(de)展示、查询(xún)、统计等(děng)基础功能,并解(jiě)决了与物联感知数据融(róng)合中(zhōng)的兼容性问(wèn)题。“后续将在海量多(duō)源数据自(zì)动综合处理技术、水上水下(xià)一体化(huà)测绘数据融合、高(gāo)精度实景(jǐng)三维模(mó)型快速生产和(hé)更新(xīn)、物联感知数据与(yǔ)地理实体时(shí)空关联、数据行(háng)业业(yè)务应用系统开(kāi)发等方面(miàn)持续推进研究(jiū)。”部第二地形测量队科技与成果应用科科(kē)长王爽(shuǎng)说。

       

      未来,陕(shǎn)西省(shěng)智慧黄河建设会形(xíng)成一个多层级实(shí)景三维模型,包括国家、省级、城市级(jí)和部件级三维模型(xíng)与地理实体等数据(jù)要素,实现“1+1+N”目标,即(jí)一(yī)个实景三维数据(jù)库(kù)管(guǎn)理平台,提供黄(huáng)河流域(yù)实景三维数(shù)据(jù)的(de)展示(shì)、查询(xún)、分析等功能;一套标准体系,包括数据(jù)生产技术、产品模式、共享交换等多个方面;开展多(duō)项(xiàng)应用示范,为自然资(zī)源、生(shēng)态环境(jìng)、应急、水利、农业、林(lín)业、文物等部门提供三维立体(tǐ)化、时序全面的数据资源(yuán)支撑。
      拓(tuò)展应用,助力战略发(fā)展

       

      “陕西省黄河流域实景三维数据实(shí)现了真实空间的数据虚拟映像,为黄河流域提供(gòng)统一的空间(jiān)定位框架和分析基础,是推动黄(huáng)河流域数字经济发展的重要(yào)生产要素。”部第二地形测量队副队(duì)长杨少勇说。

      2020年、2021年,陕西建成两期省域内黄河流域10米格网尺寸(cùn) DEM与优于2米地面分辨率 DOM套合的实景(jǐng)三维模型(xíng)。在(zài)重点生态环境保(bǎo)护(hù)区、文化景观区通过倾斜摄(shè)影测(cè)量、贴近摄(shè)影测量等(děng)技术,构建了多场(chǎng)景下(xià)对(duì)应(yīng)5厘米~20厘米多种分辨率(lǜ)的倾斜实(shí)景三维(wéi)模型,在黄河流(liú)域(yù)国土空间规划、防灾减灾、水(shuǐ)土(tǔ)保持、生态保护与修复等方面发挥了重要作用。

      据介(jiè)绍(shào),实景三维模型宏(hóng)观展示了黄河流域真(zhēn)实立体的山川地貌与地理要(yào)素分布。例如,在榆林市佳(jiā)县,通过(guò)实景三维与“三区三线”数据的融合,直(zhí)观展示各类规划的空间布局及其(qí)合理性。在延安市乾坤(kūn)湾,通过(guò)实景三维视(shì)角能(néng)发现并展(zhǎn)现山体(tǐ)裂痕情(qíng)况,并(bìng)监测地(dì)质灾害隐患点变化情况。在韩城(chéng)市西部山体,通过实景三维可实(shí)时精准测量(liàng)并获(huò)取开挖山体面积(jī)、体方及其整治情(qíng)况(kuàng)。在渭河入(rù)黄河段,通(tōng)过(guò)汛期前后水下地形的监测可获取河道淤积(jī)的数据。在南沟门水库(kù),通过水上水下一体化三维(wéi)模型(xíng),结合(hé)实时水流速度与水位(wèi)数据(jù),能准确掌握水库的库容信息(xī)并针(zhēn)对(duì)边坡滑坡情(qíng)况开展分(fèn)析。

       

      “下一步,我们会不(bú)断完(wán)善(shàn)全省黄河流域实景(jǐng)三维体系,有效支撑黄(huáng)河流域生态保护和高质量发展战(zhàn)略。”部第(dì)二地形测量队队长(zhǎng)罗志远说。

       山东:以测绘创新助力高山深峡地(dì)灾防治(zhì) 

      加(jiā)固修复后的年家(jiā)峪泥石流(liú)沟(gōu)
      2018年8月19日,受台风“温比亚”影(yǐng)响,山东省泰安市(shì)天宝镇年家峪村因强降雨突发泥石流,造成4人死亡,冲毁民房13间,造成了巨大损失。突如(rú)其来的(de)灾害(hài)让原本凭借“北(běi)方鲜果第一支(zhī)”的(de)天宝樱(yīng)桃过上(shàng)富裕日子的小镇蒙上一(yī)层(céng)阴影。

       

      为筑牢地质灾害防灾墙(qiáng),守护天宝镇村民的甜蜜生活,2020年6月,年家峪(yù)特(tè)大型泥(ní)石流防治项目(mù)启动(dòng),由山东省地矿局第五地(dì)质(zhì)大队承担前(qián)期调查和实景三维等技术服务。大队在(zài)项(xiàng)目中(zhōng)总结完成的(de)《实景三(sān)维在泥石流沟(gōu)灾后防治工程(chéng)施工(gōng)和监测预警中的(de)应用》于(yú)近(jìn)日成功入选“实景三维山东十(shí)大应用(yòng)创新案例”,成为构建国家新型基(jī)础测绘体系在山东省的典型经验。

       

      高(gāo)山深峡,“飞”出新数(shù)据

       

      天宝镇地势北高(gāo)南(nán)低,东高(gāo)西(xī)低。2018年发生泥(ní)石流(liú)的(de)年家峪村就坐落在(zài)高(gāo)山深峡向平原过渡的“布袋口”处。传统的航空摄影和调查方(fāng)法(fǎ)难(nán)以做(zuò)到(dào)全面性和直观性的有效统一。

      考虑到这一现实情况,项目实施初期,第五地质大队从聚焦国(guó)家、地方实景三(sān)维建(jiàn)设和管(guǎn)理需求(qiú)出发,首次在崩(bēng)滑流灾害调查监测中使(shǐ)用3种倾斜(xié)摄影数(shù)据采集(jí)模(mó)式。第五地质大队遥感(gǎn)监测(cè)处主任刘法军介绍:“在项目区不(bú)同区段,我们(men)使用仿(fǎng)地航线+贴(tiē)近摄影测量和环绕(rào)摄影测(cè)量采集数据,并进行超高精度三维建模。”

      据(jù)了解,为(wéi)了获取高精度三(sān)维模型,第(dì)五地(dì)质大队首先对测区进(jìn)行航飞,识(shí)别出电(diàn)线、铁(tiě)塔等干扰物,用粗模完(wán)整还原待测区域的三维结构。现场使用便携工作站对(duì)所(suǒ)采集影像进行计算,生成测区内 DOM(数字正射影像图)与 DSM(数字表(biǎo)面模型(xíng))。在(zài)此基(jī)础上,规划(huá)了3种分辨率更为精细飞行方(fāng)式(shì):

      一是对起伏较大的山坡,生(shēng)成分辨率为1厘米的仿地航线进行变高测量。二是对分散的危岩体,生成(chéng)分辨率为7毫米的贴(tiē)近摄影测量航线,进(jìn)行角度始(shǐ)终垂直于边坡的变(biàn)高飞行拍摄。三(sān)是对狭长泥石流冲沟,生成分辨率为1厘米的带状环绕仿地航(háng)线,获取冲沟(gōu)带状精细(xì)数据。

       

      在外业数(shù)据采集完成(chéng)后,采用(yòng)15节点(diǎn)的(de)大疆智图集(jí)群(qún)软(ruǎn)件在几小时内(nèi)生成毫米级高精度三维模(mó)型(xíng)及点(diǎn)云成(chéng)果,并进行统计和(hé)分(fèn)析,掌握监测区域的详(xiáng)细情况(kuàng)并(bìng)进行(háng)相关研究部署。“项目历时两年完成,相关成(chéng)果(guǒ)已得到运(yùn)用。”该项目相关负责人介绍说。
      创新技术,突破(pò)应用场景

       

      年家峪特大型泥(ní)石流(liú)防治项目最突出的特点表(biǎo)现在精、变、全、快等方面。

      一是首(shǒu)次利用高分(fèn)辨率实景三(sān)维模型,采用空间(jiān)三点坐标法计算得到岩层的(de)产状(zhuàng)要素(sù),在室内实现了岩体(tǐ)结构面张开度、发育密度等清晰识(shí)别,可获(huò)取危岩体的(de)准确几何空间和地(dì)质特征(zhēng),准确计算其稳定(dìng)状况和破(pò)坏能量(liàng)。如此一来,能为地灾调查保存更多细节(jiē)要素,为地灾(zāi)评估、勘查(chá)与(yǔ)治理(lǐ)提供可靠依据。

      二是组合使用了仿(fǎng)地摄影+贴近摄(shè)影+环绕倾斜摄影3种数据采集模式,在崩塌、滑坡、泥石流等地(dì)灾(zāi)调查中,能精准(zhǔn)确定治理区范围、覆盖情况及荷载情况,可(kě)清晰、快速获取(qǔ)岩(yán)性组合、结(jié)构面产状(zhuàng)及卸(xiè)荷(hé)带走向等精确数据,实(shí)现地灾(zāi)监测从二维平面到三维(wéi)立体的转变。

      三(sān)是将(jiāng)多(duō)时序(xù)三维模型融合 LAS数据用于(yú)项目全(quán)生命周期(qī)。通过多期影像比对,可对施工过程(chéng)进行监管,达到高(gāo)效、安(ān)全(quán)的目(mù)的。在(zài)竣工验收(shōu)方(fāng)面发挥三维可矢量化(huà)、可(kě)统计分析的(de)优(yōu)势,更精准量化(huà)土方等(děng)工程(chéng)量状况。

      四是(shì)通过超(chāo)高(gāo)精度实景三(sān)维(wéi)模(mó)型技(jì)术,采用空间三点坐标(biāo)法计算得到结构面产状要素(倾(qīng)向、倾角)。通过专业软件即(jí)可(kě)完成(chéng)结构(gòu)面岩体填充情(qíng)况、结(jié)构面张开(kāi)度、结构(gòu)面发育(yù)密度等方面(miàn)的(de)清晰(xī)识别,进行危岩体特征参数(几何尺寸(cùn)、坐标高程、高差、结(jié)构面特征)等定(dìng)量化勘测,明(míng)确危岩区段内任意一个危(wēi)岩体的准确几何特征、空间(jiān)特征(zhēng)和地质特征,为(wéi)危(wēi)岩(yán)体(tǐ)稳定性分(fèn)析提供更加精准的数(shù)据支撑,从而(ér)大大降低了(le)人员野外调查测(cè)量的安全(quán)风(fēng)险,同时实现了调查(chá)工作(zuò)的全(quán)面性与(yǔ)时效性的统(tǒng)一。

       

      沿着此次项目形成的技(jì)术路径(jìng),第五地(dì)质(zhì)大队通过倾斜摄影三维实景建模技术在崩滑(huá)流(liú)调查施工和(hé)山水林田(tián)湖草生态修复等(děng)工程中不断实践(jiàn),总结了一套包括“影像采(cǎi)集(jí)—模型—指标提取—定量(liàng)分析—三维应用”的地灾识别(bié)流程(chéng),在(zài)国家新型基础测绘体(tǐ)系(xì)建设“山东(dōng)试(shì)点(diǎn)”中(zhōng)脱颖而出,并将发挥出更大的作(zuò)用。

       

       

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      更新时间:2025-07-17 09:57 来源:yanan.0851.yichang.xinxiang.zz.pingliang.ww38.viennacitytours.com