建设“实景三维中国数据银行”的大胆探索

正自从2019年自然资源部提出实景三维建设构想以来,社会反应强烈,并曾有媒体预测它将带来万亿级市场机会;而2020年全国国土测绘工作会议也再次强调:大力推动新型基础测绘体系建设,加快构建实景三维中国。由此看来实景三维已经呼之欲出,摆上议事日程。自然资源部国土测绘司也在11月28日召开实景三维中国建设与应用现场工作交流会,希望集思广益,快速推动工作的开展。     

实景三维中国建设布局与实现路径思考

实景三维中国建设作为"十四五"期间基础测绘的重要建设任务,相关成果可以为经济社会发展和自然资源综合管理提供地理信息三维数据底板.本文从实景三维模型的应用需求出发,分析了实景三维模型国内建设进展和技术基础,以及在建设和应用中存在的问题.在此基础上,提出了由全国地形级、城镇景观级、地物实体级三维模型构成的实景三维中国总体建设布局和以技术、数据、标准、机制建设为核心的实现路径.     

面向城市级服务的地理实体分类方法与建库分析北大核心CSCD

地理实体数据是实景三维结构化和语义化产品,是实景三维建设标准化产品数据。本文在分析自然资源部技术指导文件及各试点城市地理实体建设相关研究和应用的基础上,基于珠海市试验片区实体建库实践经验,提出了面向城市级服务的地理实体分级分类方法,构建了面向应用服务的地理实体数据集。并以院落、建筑物、道路实体等为例,深入分析其数据组织结构,探索了面向国土空间规划和城市精细治理方面的应用研究。     

实景三维在自然资源监测的应用

构建能与现实场景互联互通的实景三维数字基底,可为加快构建自然资源统一监测体系提供高质量的监测成果及地理信息服务。本文在自然资源统一调查监测评价框架下,开展自然资源季度监测工作,研究基于实景三维的自然资源调查监测实际应用。以常熟市自然资源监测省级试点为例,利用实景三维技术手段,为常熟市自然资源保护与管理提供技术支撑。结果表明,多尺度、时序化、关联化的实景三维技术表现力强、分析结果精准、监测效果优,能高质量地支撑自然资源监测应用场景。     

利用无人机激光点云数据更新地形级实景三维地理场景

随着实景三维建设工作的不断推进,对地形级实景三维地理场景的现势性要求日益提高。为解决地理场景更新的及时性和高效性,本文利用无人机获取遥感卫星监测变化图斑点云数据,通过TerraScan点云分类滤波算法批量提取地面点,并采用CloudCompare拉普拉斯平滑算法进行平滑处理,进一步消除离散噪点,输出数字高程模型,最终实现地形级实景三维地理场景更新。试验结果表明,该方法自动化程度高,精度可靠,更新后的实景三维地理场景准确、自然真实。     

基于倾斜影像和机载LiDAR点云的城市级实景三维模型生产技术

随着实景三维中国建设的推进,目前城市级的实景三维模型重建已成为研究重点。城市级的倾斜摄影测量建模,存在数据处理量大、涉及地形复杂多样和由于视线遮挡导致模型变形等问题。针对这些问题,本文总结了融合倾斜影像和机载LiDAR点云数据进行城市级实景三维模型重建的全技术流程,并以中山市为例进行了验证。结果表明,本文提出的全技术流程可以有效提高城市级实景三维模型的重建效率和质量。     

面向智能化测绘的城市地物三维提取

精准有效的三维时空信息是新型基础设施建设、实景三维中国、自然资源管理与监测等国家重大需求不可或缺的重要支撑。测绘装备的快速发展提升了点云和影像获取的便捷性,为智能化测绘提供了一种全新技术手段。然而,如何从点云、影像中智能地提取三维时空信息仍然面临诸多困境。本文围绕城市场景中地物目标智能化提取的需求,重点阐述点云位置精度改善、点云与全景影像融合、部件级典型地物要素精细提取、软件研发与工程实践4个方面的关键技术与研究进展,为实景三维中国建设等提供关键支持。     

实景三维多源数据场景融合北大核心CSCD

在城市级实景三维建设中,对多来源、多尺度实景三维数据进行场景融合,能够进一步完善实景三维场景细节表达,提高城市级实景三维场景的完整性,满足实景三维场景局部更新机制要求。本文针对海量、异构、多尺度实景三维融合技术方法开展了相关研究,探索并改进了多源实景三维数据的空间精度匹配与数据接边的方法,结合实景三维数据成果的标准化、轻量化处理方法,提升了实景三维场景调度显示效率,进一步扩大了实景三维融合成果的应用领域。     

利用倾斜摄影与激光扫描技术构建城市级实景三维模型

随着“实景三维中国”建设计划的推进,大规模、高精细的城市级实景三维生产需求日益增长。本文从顶层设计出发,结合倾斜摄影、激光扫描等技术,构建了面向城市级实景三维建设的全生命周期技术框架,并以成都市天府新区作为研究区域,验证了该技术架构的可行性。研究结果表明,最终的实景三维模型精度符合设计要求,表达质量符合要求,逻辑一致;在规范技术流程的同时,大幅节约了生产成本,同时也为其他城市的实景三维建设研究提供了参考。     

大场景实景三维模型精细化生产与单体化研究

以潍坊市主城区实景三维模型制作为例,侧重对倾斜影像实现城市级实景三维模型快速生产的流程、优势与局限、生产效率、模型精度等进行综合分析,针对技术局限,提出了模型精细化修补和三维大场景模型单体化的方法,并对不同单体化方法做出对比分析。实现了实景三维模型自动生产、模型精细化修补、单体化并挂接属性,为实景三维地理信息系统的实现提供技术支撑,对城市级三维模型建立后期应用进行了总结,对为山东省智慧城市建设提供高精度的实景三维数据具有实践意义。     

地市级实景三维城市建设及应用——以实景三维临沂建设为例

实景三维城市已成为三维空间支撑基础设施,是新型基础设施建设的重要内容,地市级实景三维城市建设是全面构建实景三维中国的基础。本文结合实景三维临沂的建设,提出了在低重叠度下,激光点云与倾斜摄影多源数据深度融合技术快速构建城市级实景三维城市的技术流程与体系,其数据成果在大比例尺地形图测绘、智慧临沂时空信息云平台建设、三维不动产登记管理等方面被深入应用,对推动城市级实景三维城市建设及应用具有实践意义。     

基于实景三维模型的城市1:500地形图测绘

利用六旋翼无人机航拍获取了实验区五镜头像片数据,应用倾斜摄影技术建设了实景三维模型,并基于模型开展了城市地形样本和村庄地形样本下的1:500地形图测绘,最后进行了精度评定和误差分析.结果表明,就图形精度而言,两类地形条件下的图形平面精度和高程精度均满足规范要求,但比较城市地形图和村庄地形图,前者平面精度和高程精度均略低于后者.基于实景三维模型的1:500地形图测绘可在城市地区开展,较之传统的全站仪或GPS RTK数字测图具有更快的生产速度和更高的生产效率.     

交叉环绕航线下的城市级复杂建筑物实景三维建模

目前各省、市正在加快推进实景三维中国建设,其中城市级实景三维建模相较于地形级,精度要求更高,展示内容更丰富,工作量更大。针对高低错落且结构复杂的建筑物场景,常用的提高无人机航线重叠度的方法,改进效果不明显,仍存在较多拉花变形区域,且会导致影像数量增加、飞行和建模过程更加耗时、生产成本增大的问题。因此,本文提出了无人机交叉环绕航线下的城市级实景三维建模方法,选取典型试验样区进行航摄建模试验,并与采用常规五向航线航摄的方法进行建模效率、质量、精度方面的对比分析。结果表明,交叉环绕航线航摄方法可大幅减少影像数量,节省空三计算和建模时间,提升整体建模效率;且在建筑物的门顶雨篷、玻璃窗户等难点区域,建模质量更好,整体精度更高,满足相关标准规范要求。     

基于无人机倾斜摄影的自然资源调查监测成果质量检查研究

以无锡市惠山区湿地自然资源专项调查采用无人机倾斜摄影采集湿地三维实景影像,生产二维湿地正射影像数据为例,重点研究了调查测绘成果质量检验的方法、内容。通过对像控点成果、空三加密成果的检查和实景三维模型精度的分析,证明了无人机航测技术能够高效、高精度地采集自然资源信息,为自然资源调查成果数据平台提供数据支撑,为自然资源规划各领域提供技术支持。     

基于WorldView-3卫星带状影像生产地形级地理场景数据

实景三维中国建设要求地方层面生产2 m格网DSM、DEM及优于0.5 m分辨率DOM的地形级地理场景数据。对WorldView-3卫星带状影像数据,采用传统的灰度匹配、特征匹配、变换域法匹配的方法,无法获得足够满足要求的连接点。本文采用基于频率相位匹配辅助的概率松弛控制点匹配方法进行连接点匹配,获得的满足精度要求的连接点数量多且分布均匀,后续生产的DSM、DEM及DOM地形级地理场景数据精度满足要求,为实景三维西藏察隅试点建设顺利开展提供了技术支撑。     

省级三维立体自然资源“一张图”建设方案研究与应用——以新疆为例

面对新形势下三维立体自然资源“一张图”建设要求,本文通过构建自然资源数据标准规范体系和空间大数据基础框架,整合新疆自然资源数据,基于高精度DEM数据,建成了新疆三维立体自然资源“一张图”,依托国土空间基础信息平台实现数据共享交换与联动更新,并探索了三维实景数据的管理,最终为“三大应用体系”提供直观、丰富、准确的信息支撑。     

高分七号卫星在地形级实景三维建设中的应用研究

当前,以无人机航测、激光雷达、倾斜摄影及移动测量等方式获取的数据已广泛应用于实景三维中国建设工作。高分七号卫星影像数据作为我国首颗亚米级分辨率光学立体测图卫星,具有高分辨率、高精度等优势。本文通过分析评价不同控制模式下高分七号立体卫星影像区域网平差精度并开展地形数据生产关键技术研究,论证高分七号立体卫星影像在地形级实景三维建设中的可用性,为利用高分七号立体卫星影像开展地形数据生产提供技术方案及技术支撑。     

基于实景三维的国土信息化平台应用系统设计与实现

实景三维场景受到越来越多管理部门的青睐,本文以B/S架构和WebGIS技术,结合倾斜摄影与实景三维建模技术,以PostgreSQL数据库为数据存储管理中心,设计研发了针对全国国土调查成果数据的国土实景三维信息化平台应用系统。系统具有可视化表达、综合查询、专题统计等功能,通过系统测试与试运行表明,平台运行稳定、界面友好,为国土管理部门的科学决策与规划提供了技术支持,对国土调查成果数据的推广应用具有重要意义。     

旋翼无人机倾斜摄影测量技术在三维实景建模中的应用

使用倾斜摄影测量技术构建三维实景模型是近年来测绘领域的研究热点之一,与传统的垂直摄影测量技术相比,在三维实景建模中具有建模效率高、自动化程度高和模型逼真的优势,尤其是在“数字城市”“智慧城市”建设中具有举足轻重的地位。本文以某区域三维实景建模项目为研究对象,使用旋翼无人机搭载南方测绘倾斜数字航空摄影相机采集研究区倾斜影像数据,进行三维实景建模,最终获得平面X精度为4.03 cm、Y精度为3.86 cm、高程Z精度为3.91 cm的三维实景模型,建模精度完全满足项目建设需求。     

结合倾斜影像的实景三维场景增强显示北大核心CSCD

针对实景三维场景在近地面视角或面对复杂特殊地物时存在的模型破损、纹理变形、悬浮物及细节表现精度不高等问题,本文提出了一种场景增强显示方法。利用计算纠正后的无畸变影像,查找匹配与场景呈现最相近的目标影像并将其精准叠加至三维模型上,完成二维影像与三维模型间的视觉融合和自然过渡;同时实现三维漫游过程中影像的动态调度和实时绘制,以支撑超大场景的持续增强显示。实践证明,该方法不仅可以弥补实景三维模型的显示不足,提升场景视觉浏览效果,还可以结合最新航飞影像增强场景表达的现势性,提升实景三维的推广应用价值,研究成果可有助于开展自然资源管理、国土空间规划、应急救灾、城市治理等领域工作。