实景三维模型精细化技术研究与实践

摘要：在当前社会背景下，数字化城市建设已逐渐成为测绘研究的焦点，而这种建设与实景三维信息技术的进步是分不开的。目前我国正在进行大规模数字战略，在这一背景下，以实景三维信息技术为代表的新型测绘手段必将发挥越来越重要的作用。实景三维信息技术通过整合信息资源、通信基础设施与科技手段，将空间地理信息与政务信息等资源，依据城市建模与三维景观可视化技术，重新构建城市的三维景观，从而提升电子政务与公共服务的效率，并构建现代化的民生服务平台。

关键词：实景三维模型；精细化技术；研究；实践

实景三维模型利用激光、相机等技术来捕获地面各个位置的空间与纹理信息，并通过专业软件进行构建。这种模型是高精度地理信息数据的综合展示，与其他地理信息产品相比，它具有更真实的效果与更高的精确度。实景三维模型建设以数字城市、虚拟国土、地理国情普查、国土资源调查评价与监测以及“多规合一”测绘工程为基础内容，涵盖国家层面与省级层面的多个领域。实景三维中国建设代表全国范围内实景三维模型的统一规划与执行，其相关的建设成果为经济、社会进步与自然资源的综合管理提供地理信息的三维数据基础。随着物联网与智慧城市等尖端信息技术的广泛应用，我国的城市综合管理日益重视管理的科学性。实景三维模型，作为一种高度精确、高度还原且数据采集速度快的三维空间数据，已在城市综合管理中得到广泛的应用[1]。通过建立数字城管系统平台，将城市基础信息与地理空间信息进行融合处理，实现“一张图”上覆盖所有政府部门业务工作流程及各类资源要素的可视化表达，提高工作效率。

一、对于实景三维模型的应用有特定需求

在我国，受到数字城市与智慧城市建设等多方面发展战略的推动，部分省级与重点城市已开始在实景三维建设领域进行先行与先试的工作。作为国家级测绘地理信息成果之一的实景三维模型技术也得到广泛关注与应用。在2018年，就已完成实景三维地表模型的制作，以及覆盖部分市、县建成区的精细实景三维模型。这是全国最早建成的实景三维地理信息系统，实现了覆盖全市8.24万km2的0.4m、主城建成区0.08m、最高分辨率达到0.03m的不同数据源、不同尺度的实景三维模型构建，完成5600多km2的实体级的实景三维模型，能够完整地展示建筑内部的信息[2]。

（1）专注于经济与社会发展的各个方面。

实景三维模型的初步建设与应用是为了满足提高城市规划与精确治理的需求。当这些建设成果被应用于智慧城市建设时，它们可以与基础地理信息数据与专题数据相结合，为城市交通监管、地下管线综合管理、城市消防、物流运输管理以及城市民生等多个领域提供服务。此外，这些模型还可以进一步整合城市的地面、地下空间、建筑物内外的三维空间信息与相关地物属性信息，从而实现更为智能化与精细化的城市规划、设计、建设、运行与治理。以北京市海淀区为例，通过建立“数字北京”地理空间框架，利用多源异构数据融合技术构建多尺度、高精度实景三维模型。随着实景三维模型的应用范围从城市逐渐扩展到乡村，具有高度实时性与精确性的实景三维模型在乡村振兴策略的执行中起到关键支持作用，能够为精准扶贫、乡村管理、乡村旅游以及智能农业等多个领域提供综合服务。

（2）专注于自然资源的综合管理领域。

实景三维模型的构建主要是为了满足自然资源管理对于统一且精确的三维数据底板的要求。随着数字城市建设进程加快以及地理国情普查工作全面展开，建立基于实景三维建模技术的自然资源信息化平台成为必然趋势。传统基础测绘数据并不能全面地展示各种自然资源在三维空间中的分布模式，存在如立体空间边界模糊、平面空间分布不一致等问题，这些都难以满足三维空间下对自然资源进行精细化管理需求。数字城市是以数字地球为技术平台，利用地理信息技术实现社会经济发展过程中各种要素之间时空联系与协同共享的新型信息化模式。采用实景三维模型作为数字化的立体“底图”，对山水林田湖草矿等自然资源的调查与监测成果进行核查、叠加与展示，这样可以更立体、更直观地展示自然资源的“本底”情况，为使用者与决策者提供360°全方位的可视化、可量可算、信息丰富的模型，以及更具宏观视角、更贴近自然生态现状的决策依据。同时，随着经济社会发展与生态环境之间矛盾日益突出，国家对国土空间开发治理能力建设要求不断提高，迫切需要通过数字正射影像进行大比例尺地形图更新及相关专题图件制作。因此，在构建国土空间规划体系、严格遵守耕地保护红线、进行全国国土调查与生态保护修复等一系列重大任务中，都提出对实景三维数据的需求。

二、数字城市建设模型的构建与实景三维技术的结合

数字城市的核心结构是由信息支持技术、主要内容以及服务的目标群体三大部分构成的。其中，信息支撑技术是最关键的环节之一，它为整个数字城市体系提供基础性支持作用。首先，数字城市建设所需的信息支持技术主要涵盖信息技术系统、全球定位系统、城市综合功能GIS技术、数字城市管理信息技术、虚拟技术、数据库建设技术、元数据以及宽带网络等多个方面。利用这些先进技术，对现代空间信息数据进行全面的分析与整理。另外，数字城市还需要利用地理信息与空间信息管理技术为人们提供更为直观方便的生活环境。再者，数字城市建设的核心内容，如城市信息的综合平台与城市电信的基础核心系统，都具有不可忽视的应用潜力。数字城市运行方式是建立在现代信息网络之上，因此需要采用先进的通信技术手段实现信息资源的共享与交换。最终，数字城市服务的核心是人，把人放在首位是数字城市发展的核心理念。

“数字城市”的建设依赖于城市实景的三维模型作为其核心数据。随着测绘科技与计算机技术的发展，以无人机作为空中拍摄设备的倾斜摄影测量成为当前最先进技术手段之一。利用倾斜摄影测量技术来构建实景三维模型，并基于无人机航拍所获得的多视图像，成功地创建真实、完整且高精度的实景三维模型。利用倾斜摄影测量技术与传统测绘技术相结合的方式来快速建立高效、精确实景三维模型平台。该方法具有精度高、速度快等特点，能够满足城市规划与管理需求。通过充分运用倾斜摄影测量技术，成功地降低城市三维建模的成本，并提升工作效率，从而生成更为真实城市三维模型[3]。

（1）无人机航行摄影。在飞行中通过控制云台与舵机实现对相机姿态调整以达到理想成像效果。通过使用燃油驱动无人机来执行飞行任务，该无人机搭载多个传感器，能够从垂直、四个倾斜以及其他五个不同的视角同时收集图像。在此基础上进行数据融合处理与分析评价工作，最终得到满足精度指标要求的多张高分辨率影像图。在这个项目中，总共进行10次航飞，并捕获超过2000张影像。经过仔细检查，所有的影像都满足了规定的标准。利用航空遥感图像进行三维建模时，需要对地物与植被分别建立不同级别的分类体系，并根据其类别特征来构建对应的几何结构模型。在无人机航飞捕获的多视图像中，建筑物的顶部纹理信息是通过垂直影像获取的，而建筑物的侧面纹理信息则是通过倾斜影像获取的；对于那些近地面被遮挡或航空摄影图像不能展示相应等级模型所需的细节的情况，可以通过人工补拍来获取重点建筑物底层的清晰纹理，从而灵活地获取更详细的建筑信息。

（2）像控点的测量技术。

使用航空摄影测量影像快速拼接软件生成的正射影像图作为工作地图，并采用GPS-RTK等技术手段进行像控点的测量。

（3）对空三加密操作。

在项目中根据航摄的不同区域建立10个不同作业项目，每一个作业项目都与特定目录相对应，并且所有与作业项目相关的数据都被存储在这个目录中。根据需要可在相应位置设置不同编号，以便于对该项目中有关信息进行查询。在完成作业项目后，将进行空三作业，并按照影像输入、内定向、图形区域创建、自动点测量、交互式编辑、控制点测量与区域网络评价等步骤进行操作。

（4）三维模型构建。

通过使用软件在工程完成后进行影像加载、提交空三、三维建模与模型生成。在生成模型后，进行模型检查与选择，并生产格式数据，从而完成三维建模，并生成实景三维模型的成果。在此基础上，设计面向“智慧城市”应用的实景三维地理信息平台。最终，利用三维场景开发软件与高效的数据压缩与融合技术，以图像、地形信息与3D模型数据为中心，结合GIS、RS与二、三维集成技术，成功构建三维地理信息系统，实现对该市主要地区的三维景观仿真。基于实景三维技术构建的三维地理信息系统是数字城市建设中的显著特点，该系统能够为用户在三维环境中提供场景缩放、360°旋转、平移与升降等多种浏览与漫游功能；成功地在三维环境中加入如兴趣点、治安监控点、旅游点等热门地点的标记与搜索定位功能；为增强应用的体验与管理效能，实现全方位的三维可视化功能，包括长度、面积与体积的精确计算等多项功能。

三、结束语

城市不仅是人类在政治、经济与文化领域的核心，也是人、物、经济与信息流动的汇聚与传播中心，在我国的现代经济与社会进步中起到了不可或缺的角色。随着信息技术的飞速发展，数字城市已成为全球信息产业领域内最具活力的新增长点之一。数字化城市代表城市在现代化与信息化方面的显著进步。它通过建立完善的信息基础设施、先进的信息处理技术、高效的应用系统以及完备的服务保障来实现对各种数据资源的采集、加工、存储、分析与发布等功能，而其中重要方面就是构建具有一定规模实景三维地理信息系统，实景三维技术为城市提供全面定位能力，能够呈现出高度真实的场景信息，为人们呈现真实与直观虚拟城市环境。该系统成功地完成三维实景模拟，并在三维环境中实现浏览、空间距离测量、搜索定位与信息标记等多种功能，完全满足用户的需求，并推广与应用。

参考文献：

[1]李旭光.无人机倾斜摄影技术在精细化实景三维模型制作中的应用研究[J].家电维修，2024，（08）：53-55.

[2]王玲玲.基于倾斜摄影测量技术的单体化模型重建与可视化平台开发[D].东华理工大学，2023.

[3]韦龙华.基于倾斜摄影和BIM技术的交通设施实景三维模型精细化建模方法研究[D].桂林电子科技大学，2022.