三維實景建模技術對國土資源管理的作用

近年來地理信息產業高速發展，在不到十年的時間，全行業從幾百億元產值增加到去年的四千多億產值，其產品進入千家萬戶，讓從事地理信息行業的人們興奮異常。在高興之余，我們也在思考，我們是不是已經摸到了發展的天花板？在一次學術活動中，李德仁教授描繪了地理信息行業新的篇章，他說二維地圖，人們使用了近百年，到今天被測繪人用到了極致。要想有新的突破，三維地圖 是一個必然的選擇，地理信息行業可以通過發展三維測繪技術達到萬億產值。

背景情況

2018年4月12日，自然資源部部長陸昊在海南測繪地理信息局，就國土空間規劃及“多規合一”信息綜合管理平臺建設等進行調研。陸昊充分肯定測繪地理信息工作基礎性、重要性、技術性作用。對海南測繪地理信息工作表示滿意。陸昊指出，測繪地理信息工作是國民經濟發展中重要的基礎性支撐。海南局作為直屬局，首先要把準工作目標，既要貫徹落實自然資源部的工作部署，也要圍繞海南省委、省政府中心工作做好服務，兩者要結合好。其次，要提供解決問題的技術手段。要通過重構職責和技術支持，通過現有的人才解決新的職責問題。自然資源登記等系統，要由二維系統變成三維系統，解決自然資源調查、確權和國土空間用途管控等問題。

三維技術在國土領域新發展

三維技術是近幾年興起的新型地理空間信息采集、生產技術。它是在原來人工構造三維模型技術基礎上，采用航空航天實景紋理，真實復現國土和城市三維實景的新技術。它的出現和發展是隨著國土、規劃、經濟建設的需求變化而不斷革新成型的。

1三維數據獲取新技術

①2018年興起的激光點云和傾斜影像同步高效采集技術。

此技術是對地物同時進行激光定位掃描和紋理影像采集，同步獲得國土地表及附著物的形狀、結構、紋理。其工程化實現，將原來的數據采集效率提高一倍，同時點云密度提升一倍，定位精度和影像紋理質量大幅提升。為高效低成本的城鎮全三維化提供可能。

②正射大重疊方式的二三維影像同步采集技術。

正射大重疊數據采集技術是國內近兩年不斷成熟的高效三維數據獲取技術。此技術完全基于影像來構建復現國土空間三維地理信息，利用多目視覺原理、采用超大幅面的傳感器、快速分布式的并行三維數據處理技術，高效的采集國土地理信息，并同時獲得二、三維源數據?？蓪⒃腥S數據采集效率提升3-5倍，為地理信息數據二維更新和三維空間創建提供一次性解決方案。采用此技術，全三維化的國土地理實景短期內將成為現實。

2三維數據新產品和功能

①MESH整體性三維產品

此三維產品在原來測繪DEM成果以TIN網形式記錄和展示國土地表起伏的基礎上，對地表、地物、人工建筑、自然景觀等以真實實景紋理的形式完全記錄和展示出來，對地理國情各要素記錄準確、展示直觀而真實，是一種先進的地理國情新型調查和統計手段，并可為各行業提供多層次的數據信息，它是一種整體的、面狀的新型調查方式和統計手段，是原有二維地理國情數據的完全革新。

這種產品可以用在廣義的自然資源國情普查中，以更豐富的數據內涵、更直觀的數據特點，替代原有平面的、二維的調查手段和方式，并對所有數據進行可視化管理。

②結構化三維產品

結構化三維產品別名：單體化三維模型，它是對所有獨立的地表建筑、物體、景觀等進行精確的真實三維復現。利用當前先進的真是紋理采集手段、高效的模型構建技術，針對國土城鎮進行復現、調查、統計、管理的手段。其特點是獨立可調、精確直觀，在城市管理中有不可替代的作用。

③復合三維產品

利用激光點云數據和實景影像，對地表不同類型的顯著地物進行分類，其特點是可以對不同類別的地物進行精確分離歸類，實現對同類地物的統計分析，并且有定位精度高、可進行工程化應用等特點，如大型基建工程的三維化管理。在國土管理中，這種技術手段和產品是林業調查、海洋測繪必備。

④三維數據和應用系統結合帶來的需求

3多源數據融合新技術

①空間上：二三維數據融合

由于硬軟件技術的不斷進步，合并生產、分布計算的實現。數據采集和生產方式已經實現統一，并且效率成倍提高。目前，二三維數據不僅在采集上可以做到同步采集同步生產，在數據歸檔分類，日常管理上都能實現關聯、疊合、分層。

②時相上：不同時段數據融合

得益于計算機圖形學的發展，目前影像的增強、勻色、去噪技術已經在很大程度上對同種地物不同時段的影像能夠進行融合，并做到細節無丟失、整體一致性好等特點。對變更地物進行標識和分層，進入待更新序列。

③平臺上：來自不同采集平臺的數據融合

衛星、有人飛機、無人飛機、其他載荷平臺等多種數據來源，除了在不同波段上的融合技術已經成熟，現在在同類數據的融合上已經有合理的規程。如在同一系統里合并、切割、疊加、分層管理。

4三維數據采集和生產各項技術優劣對比分析

結論：進行國土三維全覆蓋，大幅面相機大重疊技術路線是唯一可行的方案：效率高成本低。

國土資源管理現狀

1數據平臺不統一

不同的部門，各有自己的數據平臺，大部分獨立運行，各部門數據無法融通，這是歷史沿革形成的也是必然?？梢試L試在部級層面上建立大系統平臺，底層空間數據用二三維數據統一，其他數據提供接口貫通。

2數據標準不統一

不同的部門，因為業務需求不同，數據標準也不一樣，這造成了至少在地理空間數據上的冗余和重復建設重復更新?？梢試L試在地理空間數據上將相同需求的數據進行合并，或者借此三維技術大發展時期，建立一個統一的三維數據共享層，既統一了基礎空間數據標準，又在原有基礎上了提供了更多維度，細節更豐富、更直觀的標準數據。

3評價體系不統一

管理體系和管理目標各部門千差萬別，造成了了不同的評價體系，但在目前機構改革契機和統一管理下可以嘗試底層數據并列合成，各種對象多種評價體系并列的數據管理模式。

4調查內涵不統一

內涵是外在特點的真實反映，從地理空間基礎數據來說，維度需求不一樣，其內涵延伸結果就會不一樣。如果把各部門能統一的維度從二維提升到三維、就能找到需求共同點，實現一定程度的地理空間數據統一管理。

5如何實現統一

自然資源管理體系下的國土資源管理，不論業務領域、管理機構是多么千差萬別。至少在空間地理基礎信息上，都存在一個最大公約數：三維。這個公約數以前不論從經濟條件、運營辦法、技術手段都不具備實現可能性，但今天，這些條件已經滿足。這是國土資源統一高效管理最新也是最大的突破口。

三維技術在國土資源管理的應用

1自然資源調查

國土林地調查。福建省測繪局利用高空高效大型激光掃描儀，對數十萬平方公里范圍內地表進行全部覆蓋，對獲取的激光點云進行分類，自動歸類和提取不同面狀和高度的人造林、原始森林、次生林、經濟林，對其面積、高度、種類、性質、用途、數量進行完整的劃分和統計。用最低的成本、最短的時間、最少的人力獲取了全身整體林業數據。這就是依賴于激光點云三維模型自動分類的優點，高效準確的對某項自然資源調查的應用。

2自然資源管理

近兩年全國國土部門開展了不動產登記專項，很多地市州采用了實景三維不動產登記的方式。這種方式讓受理和錄入更方便、發證審批更快捷、用戶查詢更直觀，是利用實景三維進行自然資源管理的優秀案例。

3國土空間規劃

多規合一是為了順應新時期新形勢下的城市規劃，綜合多部門資源和需求著力推行的新專項工程。該專項開展四年來，探索了很多先進規劃方案。如廈門市利用高精度三維模型構建房屋、市政設施的BIM體系，引入物聯網和人工智能技術，將規劃、國土、住建、環保的部分標準、參數、部件、需求統一到一個系統下，兼顧長遠可持續的方針，進行全市頂層設計。利用全要素化的社會資源，在2016年莫拉蒂臺風給廈門造成嚴重危害后，一天之內，所有垃圾清理、水電維護、設備搶修都在中樞系統安排下各部門有條不紊完成災后重建。精確、真實的城市三維數據是未來先進城市管理和發展的基石。

新機構新體制新方案

1先進可控的頂層設計

新管理體制下，如何利用現在先進的三維技術提升國土資源管理水平，這是管理者應該認真思考的問題。任何制度的效用發揮有賴于先進可控的頂層設計。就目前來說有以下三個理念的建議：

①從制度上推動三維化國土管理的實現；

②從統一的目標出發，兼并融合現有數據體系從二維到二三維并立，最終過渡到全三維的空間地理信息的框架上；

③設計好共建共享方案。

2優秀機制下的運營體系

當航天領域和軍工領域已經開放政策，允許民營企業進入相關領域后，國土資源的獲取、調查、管理能否將國土資源的獲取環節進行有限的開放。如建立一個政府監管平臺，按照省進行獨立劃分，支持有實力的民營企業參與到每個省的統籌平臺，設立統一標準，利用現在先進的三維技術，完善各省的數據覆蓋，最終匯交到自然資源部。

融資解決：企業平臺、省廳、部委按照1:1:0.5分攤，企業利用社會資源先行采集生產，省廳和部委按照2-3年基礎測繪經費進行邀標采購劃撥。省廳經費來源于每年有償服務收益和財政，部委經費來源于每年基礎航空攝影經費。

項目分配和實施：企業平臺集中每一個省的設備和技術資源，進行集中式采集。在這個平臺上對社會資源進行調配和整合，實現最低成本最高的效率。企業平臺在省廳和部委的甄選下進行招標入圍，每一期優選各省2-3家實力最強企業，進行任務分配，每家企業最多參與三個省競標，每三年進行一次評審淘汰更新。

運營管理：數據審查由省廳主持，入庫后定期匯交給部委。入庫數據可以免費共享給其他部門或者社會公益事業，若社會實體有商務需求，省廳收取相應服務費，并將費用匯入每一期的數據更新基金，形成良訓循環。

3可行的數據共享方案

所有的運行系統，地理空間數據是基礎和靈魂，如何把數據最大效用挖掘出來，是國土資源管理部門需要認真考慮的問題。無論多長時間等待，數據共享是終究會實現的一種體制，建議按照“把握監管，有效放權，政策扶持”的原則來推進。

這里在技術上提供一種可能方案?；诂F有的全國性基礎地理信息庫，進行優化改造，在自然資源部層面建設一套全國性的地理空間數據庫管理平臺。其中包含有全國性的測繪控制網系統、標準格式的基礎測繪數據（航攝數據、衛星遙感數據及其他數據）、標準格式的分級測繪產品（國家基本比例尺地圖、DOM、DEM、DLG等）、標準格式的專題地理信息數據（地籍、山水林田湖草等專題數據）。采用行業區塊鏈的管理方式，解決數據采集、數據制作、數據管理、數據分發、數據應用的問題。自然資源部組織與監管，委托下屬機構進行全國范圍內的基礎測繪航空攝影、遙感衛星數據采集工作。各省市測繪主管部門按照城鄉規劃、社會經濟發展等需求上報數據采集需求，自然資源部委托下屬機構不定期組織全國范圍的供應商遴選，進行航空攝影、遙感衛星數據采集、數據制作等工作，最終形成標準的測繪產品，在統一的平臺中進行數據管理和數據分發。在原有全國一級DOM DEM，二級DLG數據基礎上，增加三維屬性相關的三-五級數據。

3級：增加了地表建筑物簡單模型的數字表面模型（DSM+3D建筑物簡單模型）：滿足城鄉三維規劃與管理、農村三維地籍調查與管理、地質環境監測、水土保持監測、應急保障等應用需求。

4級：具備標準屋頂形狀的三維模型：滿足城鎮三維地籍調查與管理、城鎮安全與應急、城市精細規劃與管理（棚戶區改造、市容整治、城市監察、城市供水、城市管網等）、工業園區規劃選址、開發區建設規劃、旅游景區精細規劃管理等城鎮精細化管理需求。

5級：房屋精細模型及室內三維模型：滿足城市地下空間、室內空間的規劃管理。

其中，自然資源部委托下屬結構組織和監管0、1、2、3級測繪成果的生產和管理，根據區域經濟發展水平、歷史資料情況等綜合因素，確定更新頻率。省、市、縣級測繪主管部門組織和監管4、5級測繪成果的生產和管理，根據實際的管理需求進行范圍確定、更新頻率確定。

結語

三維技術發展到現在，數據采集、數據生產方面的技術和市場已經比較成熟，三維數據應用也在有些部門實現落地，并蓬勃推廣開來。但是在國土資源管理方面，目前還沒有一套行之有效的國土三維數據管理辦法和實體運營平臺，不過影響已來，作為最依賴空間地理信息數據的主管部門，將現有二維體系轉換到三維體系已經勢在必行。不邁開第一步，路永遠走不出來，現在讓我們邁開第一步，建立全國性的三維國土資源信息管理平臺。