基于實景三維技術的城市國土空間監測理論與應用

王小英

（甘肅大禹九洲空間信息科技有限公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

城市國土空間監測作為今后年度常態化例行開展的一項工作，監測相關成果將持續為國土空間規劃編制及實施監督、城市體檢評估和用途管制等自然資源管理和國土空間治理等工作提供基礎數據支撐。

1 實景三維技術的主要理論

實景三維技術是我國近些年來所發展出來的一種比較新型的地理空間信息采集技術，在人工制造的基礎之上增加了航空航天實景紋理，對于我國的國土規劃以及監測包括管理方面提供了非常大的幫助。實景三維技術能夠將地面跟建筑物進行同時定位以及掃描，可以直接把土地的形狀包括紋理以及結構直觀地展現在工作人員的面前，跟傳統的數據采集進行比較，可以發現，其效率提升了將近3～5 倍，使用多種原理來對于土地信息進行采集，其中最為凸顯的是多目視覺原理以及快速分布式中的并行三維數據處理技術。在對于數據處理以及收集的過程當中會變得更加的精準，同時也能夠為土地資源管理部門對其進行未來規劃打下更加堅實的基礎。除此之外，實景三維技術在對于數據進行采集的時候其點云密度也是之前傳統技術的上千倍，可以說隨著實景三維技術的不斷發展，我國國土的規劃以及建設工作也會不斷的成熟[1]。

自然資源部印發了相關通知，要求必須要全面地推進實景三維中國的建設，實景三維作為一種真實且立體，能夠反映出人類在生產以及生活過程當中的時空信息，現在已經成為國家在發展過程當中的一個新的重要基礎設施。實景三維中國也是為數字中國發展提供統一的空間框架以及分析基礎，同時也是數字政府以及數字經濟發展過程當中的重要生產要素。

隨著我國社會經濟的不斷發展，對于空間信息的需求也提出了新的要求，原有的以二維作為基礎的空間信息體系開始無法跟得上社會的發展需求，需要通過實體化以及語義化的實景三維方法來對于實體空間進行表達，以此來滿足經濟建設對于空間信息的具體需求。

在社會發展過程中，必須要以統一的空間底座當作是發展的載體，連接好人、車、物以及水、電、氣等一系列的感知數據，這就是將物理空間延伸到網絡空間一體化當中，使其進入一個萬物互聯網時代當中，這也就是我們所說的數字孿生時代。實景三維本身是數字孿生時代的一種產物，作為新基建能夠供更加具有完整性以及精準度的時空數據，可以在新基建的3 個方面同時發力，包括信息基礎設施、融合基礎設施以及創新技術設施等，有效地推動我國數字化產業以及數字經濟的不斷發展[2]。

2 項目概況

根據《自然資源部辦公廳關于開展2022 年上半年自然資源監測工作的通知》，按照2022 年甘肅省自然資源廳關于城市國土空間監測的工作具體安排，為了能夠確保慶陽市華池縣城市國土空間監測任務可以順利地展開，必須要對其進行詳細分析，并且編制好整體的監測技術方案。以2021 年的國土變更調查作為底圖來展開2022 年的慶陽市華池縣城市國土空間監測工作對其所有的內容進行細化及補充，利用實景三維技術來掌握自然資源，包括人文地理要素等類型以及面積和范圍的具體分布情況。

華池縣境內南北長為37～110km，東西寬度為27～84km，地形屬于北高南低，海拔控制在1100～1780m，地形主要是以山地為主的，華池縣現有的公路里程為1734.647km，同時當地的水資源是比較貧乏的，每年的年降水量大約為19.49 億m3，境內主要包含6 條河流，其總長度為280.3km，以子午嶺為界，分屬于兩大水系。全縣一共包含6 個鎮，9 個鄉以及111 個行政村，646個村民小組和9 個國有林場以及2 個良種場，常住人口為13.95 萬人，縣內共包含13 個民族。

3 實景三維技術在城市國土空間監測中的具體應用

3.1 內業數據的采集

在細化空間信息的時候，主要以2021 年度國土變更調查作為底圖，并且以收集到的各種行業專題資料作為指引，套用最新的遙感影像，使用多種技術手段結合實地調查來確定好監測對象的具體位置以及范圍，對于有獨立用地的監測對象，矢量化相應位置和范圍，并標注相關屬性：對于沒有獨立用地的監測對象，以單獨圖層表示其矢量位置，并標注相關屬性。而對于相關部門的權威資料可以直接表明屬性的則可以直接對其進行使用，對于監測時實地跟2021 年度國土變更調查成果出現變化的，例如需要細化和補充相關的信息，將其細化為三級類，現地類則不需要細化跟補充，需要對其范圍進行標注[3]。

（1）空間信息細化的主要內容。①在城區監測的范圍當中，需要對于商品住房包括保障性住房等進行細化，同時不能夠受國土變更調查圖斑地類所產生的限定。②在采集存在變更等監測對象的時候，必須要充分使用傾斜攝影模型，該數據在經過論證之后，可以從中獲取監測對象的具體定位以及名稱，包括各種類型，結合監測的影像以及其他的調查成果來確定監測對象的具體空間范圍，以此形成最終的監測成果。在本次項目當中所主要投入的傾斜攝影方面的一些設備包含GPS接收機以及圖形工作站和數據處理集群系統以及數據服務器等一系列的內容。本項目可以基于測繪地理信息新技術的攝影技術來完成數據方面的采集，有效地實現了實景三維建模。在對其進行應用的過程當中，能夠對于工作進行協調，并且完成資料的收集，需要注意的是，在進行正式航飛任務之前，還需要進行空域報備審批，通過了相關部門審批之后再進行航線的規劃以及設計，控制好航攝影片的測量。完成之后，將檢測的數據交由內業檢查整理。需要在內業進行空三加密以及三維模型的重建，對于所生成的成果進行檢查，并且需要挑選好需要修飾的模型。③對于沒有明確行業主管部門的數據，需要充分的使用城市基礎地理信息以及城市地級信息等數據，結合高分辨率的航空航天遙感以及低空傾斜攝影，包括地面測量等多種方法進行數據的采集以及更新，以此來獲取相應的數據。實景三維技術解析如圖1 所示[4]。

（2）空間信息的補充內容。①在城區監測范圍當中，需要根據專題資料以及基礎資料，按照單體建筑的形式對于房屋的占地面積進行記錄，同時在占地面積達到了200m2以上的房屋建筑記錄的過程當中，一定要標注好其要素屬性，例如占地面積和建筑高度包括建筑總面積等。②在城區監測范圍當中，需要根據專題資料來采集城市的內澇積水點，同時還需要對于城市的應急避難場所的具體空間范圍等進行采集，標明其要素屬性。③對于空間信息進行細化的時候，一定要充分地使用地級調查以及不動產登記成果，把地級調查跟不動產登記成果當中的宗地具體用途的類型進行轉換，這樣做能夠對于有多種用途的宗地按照其具體的使用途徑進行分析。同時在采集學校包括醫院等監測對象的時候，需要從行業主管部門來收集整理對象名錄包括屬性信息，并且按照監測要求對其逐一地進行位置更新，以此來達到修改屬性信息，形成監測成果的目標[5]。④利用實景三維技術來對于城市國土空間進行航空測量，并且根據下發的影像來確定好地物邊界或者是定位點時，如果界限非常分明，采集精度一般來說應該控制在5 個像素當中，如果存在特殊的情況，采集精度需要控制在10 個像素當中。⑤在對于城市道路信息進行采集的時候，應該只采集已建成的道路要素，采集道路的實況信息，確保路網的連通性，同時如果遇到了橋梁和隧道等要素的時候，也需要確保其中心線的連通性，并且還需要確保道路的中心線和橋梁以及隧道等要素之間的中心線的重合。

3.2 外業工作的編制

在進行外業調查的時候，依托的是大數據引領下的國土調查云平臺，在平臺當中有最新的天地圖像當做是底圖，將內業沒有辦法確定而需要外業進行調查的圖層添加字段進行標注并且將其上傳到國土調查云當中。為了能夠方便于外業工作，對需要外業調查的各種信息進行標注，需要使用軟件疊加規劃的路線以及監測影像，制作好外業調查的電子版指引圖，以此來為外業調查提供相應的指引。

3.2.1 數據準備

提取需要進行外業調查的所有數據，主要包含細化以及需要補充的監測數據、變化的鐵路包括道路以及相關沿線的交通設施等需要外業調查的內容。

3.2.2 制作步驟

步驟如下：①制作國土調查云的數據模板，并且按照相關的要求添加字段，對其屬性進行完善。②制作好的數據模板需要上傳舉證圖斑。③根據制定的路線圖，按照調查云的指引，對于疑問圖斑在調查云平臺進行實地舉證，并且在舉證之前對調查的結果進行標注，主要包含面層、線層以及點層等。

3.2.3 三維全景3D 實景地圖核心技術

（1）實景還原。將要生成3D 電子實景地圖的場景數字化，利用三維軟件（3DMx 和Multigen 等）建立720°三維虛擬地圖模型。對場景中所需要建立的建筑與景觀將三維場景和三維模型進行集成，并建立三維實體的屬性庫。

（2）3D 圖形可視化。三維實景3D 電子地圖的可視化是利用三維立體圖形學的知識來實現三維全景地圖的六大要素（水系、地貌、居民地、交通、境界等）來實現3D 實景電子地圖可視化展示，三維全景3D 實景地圖的三維可視化，是根據航空拍攝來進行坐標定位，根據地圖實景選取相關材質，對三維立體地圖模型進行材質貼圖，三維全景3D 實景地圖三維模型細節的修改與處理，角度和細節調整，最終生成三維實景地圖3D 圖形可視化。

（3）場景漫游。在地圖應用中自定義Content Provider接口，將地圖軟件.獲取到的定位信息進行三維場景可視化，在三維可視化三維模型場景中漫游，根據3D 大數據可視化獲取到的定位信息選擇場景中指定的Camera，進行實時渲染[6]。

3.3 基于實景三維技術對內外業數據進行編輯以及整理形成空間監測數據

在進行內業編輯整理的過程當中，主要是以任務區作為單位來匯集前面所有工序的成果以及相關資料，在這樣的基礎之上，通過綜合判斷以及編輯整理形成完整的數據成果，具體的工作主要包含根據內業的調查成果，對于之前所有采集的信息進行編輯，使其能夠跟外業調查的結果進行匹配，匯集外業拍攝并且經過整理之后所有合格的照片，形成實地照片成果表。利用所收集到的最新專題信息數據主要針對反映社會管理現狀的具體屬性進行分析以及判斷，對于變化的屬性進行更新，完成跟其他的任務區之間的接邊工作，完成內業編輯整理階段的所有數據的記錄。

4 結語

綜上所述，隨著社會經濟的不斷發展，對于國土空間進行監測以及規劃已然成為未來空間保護以及開發的總體藍圖，在國家以及經濟社會發展當中發揮非常的作用。因此將實景三維技術使用于其中，能夠有效地促進對于空間進行智能化以及動態化的規劃，使我國以更加堅實的步伐向數字孿生時代邁進，更加有利于國家實現可持續發展的戰略目標。