實(shí)景三維青島：繪出立體“城市地圖”

已完成1．1萬(wàn)平方千米城市空間的數(shù)字化呈現(xiàn)，為40多個(gè)部門(mén)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(cè)繪和地理信息技術(shù)，對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)三維立體、客觀真實(shí)、時(shí)序化的表達(dá)。形象點(diǎn)來(lái)講，就是把整座城市1∶1放進(jìn)一個(gè)“電子沙盤(pán)”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(shí)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(cè)量技術(shù)航拍完成，通過(guò)在飛行平臺(tái)上搭載單個(gè)1．5億像素的五鏡頭傾斜航攝儀，同時(shí)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(guò)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(dòng)實(shí)景三維建設(shè)，歷時(shí)一年，完成了全域1．1萬(wàn)平方千米多類(lèi)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(jí)，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)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(gè)部門(mén)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(kāi)展提供精準(zhǔn)“數(shù)字底座”。如，無(wú)人機(jī)航線規(guī)劃方面，通過(guò)三維模型能預(yù)先模擬飛行路徑，避開(kāi)障礙物，優(yōu)化飛行效率，極大降低空中交通沖突的風(fēng)險(xiǎn)；在農(nóng)業(yè)植保、環(huán)境監(jiān)測(cè)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(shí)別作物生長(zhǎng)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(huà)：悟空》爆火，游戲通過(guò)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(chǎng)景紋理讓人身臨其境。這款國(guó)產(chǎn)3A大作，在引得玩家一片贊嘆的同時(shí)，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(cè)繪和地理信息技術(shù)，對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)三維立體、客觀真實(shí)、時(shí)序化的表達(dá)。形象點(diǎn)來(lái)講，就是把整座城市1∶1放進(jìn)一個(gè)“電子沙盤(pán)”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(shí)互聯(lián)互通、在線治理。

在數(shù)字中國(guó)上升為國(guó)家戰(zhàn)略的大背景下，實(shí)景三維中國(guó)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(guó)；2022年，明確了實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)的目標(biāo)、任務(wù)及分工等。作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的重要新型基礎(chǔ)設(shè)施，近年來(lái)，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(guó)城市率先“打樣”。

從2021年起，青島啟動(dòng)實(shí)景三維建設(shè)，歷時(shí)一年，完成了全域1．1萬(wàn)平方千米多類(lèi)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(jí)，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)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(shí)空信息底座。

中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院院士李德仁曾這樣評(píng)價(jià)：“實(shí)景三維青島在全國(guó)做得很靠前，范圍很大，通過(guò)建設(shè)搭建陸海聯(lián)動(dòng)、城市和郊區(qū)聯(lián)動(dòng)、地上地下聯(lián)動(dòng)的基礎(chǔ)底座，可以為政府決策提供科學(xué)依據(jù)。”

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(wú)論從數(shù)據(jù)支撐還是應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，如今實(shí)景三維在城市建設(shè)和管理過(guò)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(gè)部門(mén)百余項(xiàng)工作提供實(shí)景三維技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐。“實(shí)景三維已成為城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型過(guò)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(lái)還將更多地普及到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和百姓生活當(dāng)中。”青島市勘察測(cè)繪研究院院長(zhǎng)張志華說(shuō)。

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。”青島市勘察測(cè)繪研究院展示大廳內(nèi)，長(zhǎng)方形大屏幕中顯示著“智慧青島時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)”的字樣，信息所開(kāi)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(wú)遺地呈現(xiàn)在眼前，每個(gè)地物要素的位置、高度、面積都可以被精確測(cè)量。

青島作為較早開(kāi)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(wàn)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(lái)的呢？

按照自然資源部的要求，實(shí)景三維中國(guó)的建設(shè)按照精細(xì)程度，劃分了地形級(jí)、城市級(jí)和部件級(jí)三種類(lèi)型——

地形級(jí)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(chǎng)景。例如，修建高鐵、高速公路，在選線的過(guò)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(jí)實(shí)景三維精細(xì)到房屋的窗戶(hù)、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(shuō)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(jí)實(shí)景三維主要面向精細(xì)應(yīng)用場(chǎng)景，可以為歷史建筑、文物保護(hù)等留下精細(xì)的“3D檔案”。《黑神話(huà)：悟空》運(yùn)用的就是部件級(jí)實(shí)景三維，能夠?yàn)橛螒蛘咛峁┏两襟w驗(yàn)。

“針對(duì)地形級(jí)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(wàn)平方千米地形級(jí)實(shí)景三維建設(shè)，成果覆蓋全市800余千米海岸線、49個(gè)海灣、46個(gè)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(duì)城市級(jí)實(shí)景三維，完成了1800平方千米的0．03米分辨率城市級(jí)實(shí)景三維建設(shè)，覆蓋青島城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界范圍內(nèi)建成區(qū)和鎮(zhèn)駐地，并對(duì)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。”市勘測(cè)院信息所相關(guān)負(fù)責(zé)人杜鵬告訴記者。

形象點(diǎn)來(lái)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(chǎng)景畫(huà)面和航拍視頻無(wú)異，幾乎與真實(shí)世界一模一樣。但實(shí)際上實(shí)景三維畫(huà)面是由無(wú)數(shù)個(gè)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(cè)，同時(shí)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(cè)量技術(shù)航拍完成，通過(guò)在飛行平臺(tái)上搭載單個(gè)1．5億像素的五鏡頭傾斜航攝儀，同時(shí)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(guò)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(wàn)張照片。走入市勘測(cè)院工作現(xiàn)場(chǎng)，“噠、噠、噠”敲擊鍵盤(pán)的聲音此起彼伏，一行行代碼在每臺(tái)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(shí)級(jí)甚至是分鐘級(jí)。”趙軍介紹。

之所以擁有如此強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析能力，是因?yàn)槲沂写蛟炝诵袠I(yè)內(nèi)首個(gè)集云原生、云主機(jī)、云桌面于一體，面向時(shí)空全業(yè)務(wù)場(chǎng)景的新型基礎(chǔ)設(shè)施——超融合時(shí)空算力中心。相比原來(lái)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(píng)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(chǎng)景中的奧帆中心。

應(yīng)用場(chǎng)景“無(wú)限廣闊”

以往，傳統(tǒng)測(cè)繪只能基于二維平面來(lái)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(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(jí)國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)，匯聚了現(xiàn)狀、規(guī)劃、管理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)四大類(lèi)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(dòng)實(shí)踐，已經(jīng)創(chuàng)造出許多極具未來(lái)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(chǎng)景下展開(kāi)，通過(guò)真實(shí)、全方位的分析模型，幫助專(zhuān)家和決策者們更客觀、精準(zhǔn)地遴選最佳方案。“我們開(kāi)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(chǎng)、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(cè)、淹沒(méi)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。”據(jù)杜鵬介紹，目前實(shí)景三維青島已為200多個(gè)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(shì)，如今不少城市管理、園林部門(mén)工作人員實(shí)現(xiàn)在電腦前利用三維場(chǎng)景開(kāi)展巡查，更快速、全面地發(fā)現(xiàn)隱藏于城市各個(gè)角落的私搭亂建、亂堆亂放、采掘山體等問(wèn)題節(jié)點(diǎn)。

“我們坐在電腦桌前瀏覽三維場(chǎng)景，比到現(xiàn)場(chǎng)看得更精準(zhǔn)、更全面，效率還高。現(xiàn)在僅用兩天時(shí)間就完成了以往需要兩個(gè)月現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，實(shí)景三維青島還為公安、應(yīng)急等部門(mén)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(guó)土壤普查、全國(guó)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查等工作中，通過(guò)內(nèi)業(yè)場(chǎng)景分析緩解了現(xiàn)場(chǎng)核查的工作壓力，得到相關(guān)部門(mén)高度評(píng)價(jià)。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(kāi)發(fā)與利用等場(chǎng)景。可以說(shuō)，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(lèi)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(chē)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(kāi)“看不見(jiàn)”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(lái)前所未有的繁忙。從外賣(mài)配送、觀光旅游等消費(fèi)場(chǎng)景，到電力巡檢、應(yīng)急管理等生產(chǎn)場(chǎng)景，低空經(jīng)濟(jì)正在大踏步地向我們走來(lái)。

眾所周知，在低空經(jīng)濟(jì)中，無(wú)人機(jī)是最活躍的參與者之一。相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)今年工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到約1500億元，測(cè)繪行業(yè)約448億元。“飛行在空中，作用在地面”，低空經(jīng)濟(jì)所描繪的正是一個(gè)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(zhuān)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(lái)說(shuō)，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(wú)人機(jī)航線規(guī)劃更加科學(xué)安全，通過(guò)三維模型能預(yù)先模擬飛行路徑，避開(kāi)障礙物，優(yōu)化飛行效率，極大降低空中交通沖突的風(fēng)險(xiǎn)；在農(nóng)業(yè)植保、環(huán)境監(jiān)測(cè)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(shí)別作物生長(zhǎng)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(cè)院樓頂一塊幾平方米的區(qū)域中，有一個(gè)四方盒子，盒子打開(kāi)后，停放在里面的無(wú)人機(jī)便啟動(dòng)升空，按設(shè)定航線開(kāi)始執(zhí)行飛行任務(wù)。記者了解到，像這樣的無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)，目前市勘測(cè)院已經(jīng)在全市布局20余個(gè)。現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有飛手操控，無(wú)人機(jī)會(huì)按照預(yù)設(shè)任務(wù)，自動(dòng)定時(shí)起飛對(duì)作業(yè)區(qū)域巡查，實(shí)時(shí)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(chǎng)景。未來(lái)，結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景還將繼續(xù)擴(kuò)展無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)布局。

布設(shè)在青島市勘察測(cè)繪研究院的無(wú)人機(jī)機(jī)場(chǎng)。

杜鵬還告訴記者，市勘測(cè)院正在發(fā)揮實(shí)景三維優(yōu)勢(shì)，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(wú)人機(jī)飛行可以像開(kāi)車(chē)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(shí)，實(shí)景三維將為我們認(rèn)識(shí)和表達(dá)世界，提供更多想象空間。（青島日?qǐng)?bào)／觀海新聞?dòng)浾?王冰潔）