鍛造超大城市精細化管理利器
——上海城市實景三維建設探索

◎ 于德福

1 月13 日晚，上海市新冠肺炎疫情防控工作領導小組將靜安區靜安寺街道愚園路228 號列為中風險地區，被稱為全球最小的中風險地區。疫情防控精準化，得益于上海市大力推行的精細化管理。其基礎則是通過上海城市實景三維建設、云平臺、5G 網絡、物聯網等技術構建的時空數字底座。

“上海這種超大城市，管理應該像繡花一樣精細。”這是2017 年，習近平總書記在參加十二屆全國人大五次會議上海代表團審議時提出的要求。從2018 年開始，上海的城市管理重點聚焦精細化，全面推進城市管理精細化三年行動計劃。

實現“科學化、精細化、智能化”的城市治理，需要空間地理數據向“全域、全息、全空間、多維、高頻”推進，實現物理世界的數字孿生。當前，上海市測繪部門圍繞市政府“五個新城”（嘉定、青浦、松江、奉賢、南匯）的建設要求，正全力推進高精度全息測繪，將形成全市約15000 多公里道路、覆蓋近2000 平方公里的城市實景三維成果。

形成“四全”空間數據模型

“實景三維是新型基礎測繪標準化產品，它通過對物理空間進行數字化、實體化、結構化和語義化的三維建模，支持人機兼容理解和物聯實時感知數據的掛接，實現數字空間與物理空間精準映射和相互賦能。”上海市測繪院首席專家顧建祥介紹說。

上海市在實景三維建設中形成了以地理實體為核心的“四全”空間數據模型。

一是全空間。該模型突破傳統GIS 以地球為參照的地理空間范疇，將空間信息的尺度擴展到微觀和宏觀空間，在空間維度上實現全要素覆蓋。

二是全類型。該模型能夠描述和表達現實世界中的各種有形和無形的實體類型，包括靜態和動態的物體、現象、過程、事件等；在信息表達維度上，能適應智慧城市各種場景表現。

三是全時態。該模型對應的每一個實體都可以是動態的（包括位置、屬性、形態、行為等），具有其存在的生命周期；從時間維度上，實現多時態覆蓋。

四是全屬性。該模型是實現地理實體與經濟社會屬性數據（包括人、車、物、事件）及其他數據的深度融合，全方位地描述表達高精度的二三維一體的地理信息空間模型。

“開展實景三維建設與傳統測繪相比，最大的變化是由從測繪視角進行數據建模轉變成從應用視角按需多細節多層次建模。”顧建祥說，“例如，傳統測繪中對于道路只需要把兩條邊線畫出來，但是在城市管理中這樣的地理信息就不夠用。從政務應用視角出發，我們必須把道路的覆蓋面做出來，到了十字路口還要再單獨構一個面。在新型基礎測繪中，除了基本的道路要素，道路上用于輔助交通管理的斑馬線、停車位等都要做出來。”

“天空地網”全息采集

據介紹，開展實景三維建設，數據生產方式也發生了改變。和傳統的全野外數字化、航空攝影和以人工采集為主的數據生產方式不同，其數據生產融合了測地衛星、航空傾斜攝影、移動測量、探地雷達等多傳感器，采用互聯網的“天空地網”一體化空間信息獲取技術以及人工智能、大數據、物聯網等技術，實現了地理空間數據智能提取和智能建模升級。

上海城市實景三維建設以“全息實體，應采盡采”為目標，通過新增采集要素，擴充要素的屬性等方法，突破傳統地形標準的框架；基于人工智能（AI）的要素提取，最終可形成基于地理實體的全息數據采集體系，解決數據采集完整性的問題以及城市空間和管理要素的全覆蓋問題。

數據提取時，其生產方式采用綜合特征工程與深度學習功能，實現了道路部件實體高精度半自動提取；在地理實體構建中采用基于概略圖形的地理實體智能構建技術和基于空間相似性和語義相似性的地理實體智能構建技術，實現了地理實體的高效構建和多源異構業務信息融合，顯著提高了生產效率。

數據成果也從傳統的形式單一、依比例尺、二維產品或以可視化表達為主的三維產品向非比例尺、結構化、實體化、可計算、可提供按需組裝服務的“1+5+N”的實景三維成果轉變，減少了外業工作量；以需求為導向實現各類要素按需組裝和自動綜合，提供多樣化地理信息產品，形成一次采集、多種成果的特點。

其構建的基于地理實體的空間數據庫，從服務粒度上，既可以提供各種地理實體的查詢、瀏覽、統計與分析等服務，又可在線獲取與導出相應的地理實體數據；從服務對象上，提供面向不同行業的按需組裝服務，進一步實現由傳統的格式化服務向“一庫多能、按需組裝”的實時在線的智慧服務邁進。

動態更新讓數據活起來

數據更新上，上海市改變以往測繪成果更新入庫主要通過年度方式，保持數據服務的現勢性，滿足各行業對于數據的動態更新需求。

在實踐中，上海市形成了基于政府管理的地理信息實時更新機制，即“多測合一”；基于遙感影像的地表覆蓋變化發現機制，實現地表覆蓋（含建筑、植被、水系等要素）的周期更新；與互聯網企業合作進行數據交換、信息共享等方式，驅動基礎地理數據實時更新。

數據融合上，基于虛擬現實融合技術，使用者可以將靜態三維模型和動態實時視頻相融合，在觀看視頻畫面的同時感知三維視角和空間位置，從而增強視頻數據的三維空間“沉浸感”。

“上海國際旅游度假區市政設施運維管理系統”是一個典型的區域型實景三維成果應用典范。打開系統，任意選擇度假區內的一處攝像頭，本來只能靜止的馬路上會出現來往穿梭的車輛，給靜態的三維場景賦予了真實感。

在高點虛擬視角下，如果使用者同時拼接融合多路實時視頻，可讓整個區域“活”起來，從宏觀上掌握該區域的整體態勢變化，對于指揮調度有很大幫助。

據介紹，通過虛擬三維場景可以方便地獲取攝像頭的覆蓋范圍，再通過多路攝像頭的部署和匯總融合，完全可以對特定區域乃至更大范圍的地域形成三維融合視頻全覆蓋，結合人臉、車牌識別等技術，可以在新冠肺炎疫情防控期間完整地在地理信息場景里面回溯出一條流動軌跡。

數據表達上，根據不同層級城市管理者所關注的城市對象不同，分別呈現大、中、小三種場景類型。其中，大場景是城市、長三角級別的場景，重點展現城市的整體概貌，屬地形級實景三維的呈現。中場景是城市區一級的場景，可展示比大場景更多的細節信息，屬城市級實景三維范疇，在網格化管理的應用中也可以涉及部件級實景三維信息。小場景是對街鎮、園區、小區、商業樓宇級別的場景展示。

賦能精細化管理

上海擁有近1.3 萬座玻璃幕墻建筑。通過實景三維城市成果的支撐和其他物聯感知信息的接入，上海市相關部門在大屏上實現了玻璃幕墻的精細化管理。如何管理這些玻璃幕墻？

進入上海市住建委的小城云管理系統，大屏的中央地圖上展示了上海所有玻璃幕墻建筑的分布，通過實景三維模型直觀地展示玻璃幕墻位置和形態。點擊具體建筑，可呈現內容翔實的“檔案”，包括地理位置、幕墻結構、維保記錄等方面共幾十項數據。使用者通過智能算法模型對這些基礎檔案信息和物聯感知設備實時監測數據的反復演算，推導出可能存在隱患的樓宇，賦予紅、黃、綠三種風險等級顏色在中央地圖上進行展示。其中，黃色和紅色建筑將受到重點關注，由線下工作人員進一步排查核實，及時發現玻璃幕墻潛在的各類隱患。

這是實景三維應用于上海城市精細化管理的縮影。如今，在城市規劃領域，規劃部門可在城市全要素實景模型基礎上，把規劃指標立體化，進行方案比對，不僅能夠提高城市規劃決策水平，也能提升建筑設計融合度。上海市目前已在黃浦江蘇州河沿岸等重點區域及市區會審項目方案研究與審批過程中，開展了三維規劃輔助決策，有效提升了重點地區整體規劃水平。

在交通領域，智慧交通通過移動測量系統等多源傳感技術高精度、全要素獲取道路、停車場（庫）等空間信息，形成語義化的全要素實景模型和高精地圖，可為社會提供更加精準的定位導航服務，為交通管理部門疏導車流、緩解交通擁堵提供了實時信息。

“按照確定的建設思路和技術路線，形成的成果基本實現了我們開始就堅持的能用、好用、愛用理念。”上海市測繪院地理信息管理與應用處處長毛煒青說，目前，上海已有多個部門或行業在實景三維的數字底座上生產出了新的產品，成為精細化管理的利器。