基于实景三维技术的城市国土空间监测理论与应用

王小英

（甘肃大禹九洲空间信息科技有限公司，甘肃兰州 730000）

0 引言

城市国土空间监测作为今后年度常态化例行开展的一项工作，监测相关成果将持续为国土空间规划编制及实施监督、城市体检评估和用途管制等自然资源管理和国土空间治理等工作提供基础数据支撑。

1 实景三维技术的主要理论

实景三维技术是我国近些年来所发展出来的一种比较新型的地理空间信息采集技术，在人工制造的基础之上增加了航空航天实景纹理，对于我国的国土规划以及监测包括管理方面提供了非常大的帮助。实景三维技术能够将地面跟建筑物进行同时定位以及扫描，可以直接把土地的形状包括纹理以及结构直观地展现在工作人员的面前，跟传统的数据采集进行比较，可以发现，其效率提升了将近3～5 倍，使用多种原理来对于土地信息进行采集，其中最为凸显的是多目视觉原理以及快速分布式中的并行三维数据处理技术。在对于数据处理以及收集的过程当中会变得更加的精准，同时也能够为土地资源管理部门对其进行未来规划打下更加坚实的基础。除此之外，实景三维技术在对于数据进行采集的时候其点云密度也是之前传统技术的上千倍，可以说随着实景三维技术的不断发展，我国国土的规划以及建设工作也会不断的成熟[1]。

自然资源部印发了相关通知，要求必须要全面地推进实景三维中国的建设，实景三维作为一种真实且立体，能够反映出人类在生产以及生活过程当中的时空信息，现在已经成为国家在发展过程当中的一个新的重要基础设施。实景三维中国也是为数字中国发展提供统一的空间框架以及分析基础，同时也是数字政府以及数字经济发展过程当中的重要生产要素。

随着我国社会经济的不断发展，对于空间信息的需求也提出了新的要求，原有的以二维作为基础的空间信息体系开始无法跟得上社会的发展需求，需要通过实体化以及语义化的实景三维方法来对于实体空间进行表达，以此来满足经济建设对于空间信息的具体需求。

在社会发展过程中，必须要以统一的空间底座当作是发展的载体，连接好人、车、物以及水、电、气等一系列的感知数据，这就是将物理空间延伸到网络空间一体化当中，使其进入一个万物互联网时代当中，这也就是我们所说的数字孪生时代。实景三维本身是数字孪生时代的一种产物，作为新基建能够供更加具有完整性以及精准度的时空数据，可以在新基建的3 个方面同时发力，包括信息基础设施、融合基础设施以及创新技术设施等，有效地推动我国数字化产业以及数字经济的不断发展[2]。

2 项目概况

根据《自然资源部办公厅关于开展2022 年上半年自然资源监测工作的通知》，按照2022 年甘肃省自然资源厅关于城市国土空间监测的工作具体安排，为了能够确保庆阳市华池县城市国土空间监测任务可以顺利地展开，必须要对其进行详细分析，并且编制好整体的监测技术方案。以2021 年的国土变更调查作为底图来展开2022 年的庆阳市华池县城市国土空间监测工作对其所有的内容进行细化及补充，利用实景三维技术来掌握自然资源，包括人文地理要素等类型以及面积和范围的具体分布情况。

华池县境内南北长为37～110km，东西宽度为27～84km，地形属于北高南低，海拔控制在1100～1780m，地形主要是以山地为主的，华池县现有的公路里程为1734.647km，同时当地的水资源是比较贫乏的，每年的年降水量大约为19.49 亿m3，境内主要包含6 条河流，其总长度为280.3km，以子午岭为界，分属于两大水系。全县一共包含6 个镇，9 个乡以及111 个行政村，646个村民小组和9 个国有林场以及2 个良种场，常住人口为13.95 万人，县内共包含13 个民族。

3 实景三维技术在城市国土空间监测中的具体应用

3.1 内业数据的采集

在细化空间信息的时候，主要以2021 年度国土变更调查作为底图，并且以收集到的各种行业专题资料作为指引，套用最新的遥感影像，使用多种技术手段结合实地调查来确定好监测对象的具体位置以及范围，对于有独立用地的监测对象，矢量化相应位置和范围，并标注相关属性：对于没有独立用地的监测对象，以单独图层表示其矢量位置，并标注相关属性。而对于相关部门的权威资料可以直接表明属性的则可以直接对其进行使用，对于监测时实地跟2021 年度国土变更调查成果出现变化的，例如需要细化和补充相关的信息，将其细化为三级类，现地类则不需要细化跟补充，需要对其范围进行标注[3]。

（1）空间信息细化的主要内容。①在城区监测的范围当中，需要对于商品住房包括保障性住房等进行细化，同时不能够受国土变更调查图斑地类所产生的限定。②在采集存在变更等监测对象的时候，必须要充分使用倾斜摄影模型，该数据在经过论证之后，可以从中获取监测对象的具体定位以及名称，包括各种类型，结合监测的影像以及其他的调查成果来确定监测对象的具体空间范围，以此形成最终的监测成果。在本次项目当中所主要投入的倾斜摄影方面的一些设备包含GPS接收机以及图形工作站和数据处理集群系统以及数据服务器等一系列的内容。本项目可以基于测绘地理信息新技术的摄影技术来完成数据方面的采集，有效地实现了实景三维建模。在对其进行应用的过程当中，能够对于工作进行协调，并且完成资料的收集，需要注意的是，在进行正式航飞任务之前，还需要进行空域报备审批，通过了相关部门审批之后再进行航线的规划以及设计，控制好航摄影片的测量。完成之后，将检测的数据交由内业检查整理。需要在内业进行空三加密以及三维模型的重建，对于所生成的成果进行检查，并且需要挑选好需要修饰的模型。③对于没有明确行业主管部门的数据，需要充分的使用城市基础地理信息以及城市地级信息等数据，结合高分辨率的航空航天遥感以及低空倾斜摄影，包括地面测量等多种方法进行数据的采集以及更新，以此来获取相应的数据。实景三维技术解析如图1 所示[4]。

（2）空间信息的补充内容。①在城区监测范围当中，需要根据专题资料以及基础资料，按照单体建筑的形式对于房屋的占地面积进行记录，同时在占地面积达到了200m2以上的房屋建筑记录的过程当中，一定要标注好其要素属性，例如占地面积和建筑高度包括建筑总面积等。②在城区监测范围当中，需要根据专题资料来采集城市的内涝积水点，同时还需要对于城市的应急避难场所的具体空间范围等进行采集，标明其要素属性。③对于空间信息进行细化的时候，一定要充分地使用地级调查以及不动产登记成果，把地级调查跟不动产登记成果当中的宗地具体用途的类型进行转换，这样做能够对于有多种用途的宗地按照其具体的使用途径进行分析。同时在采集学校包括医院等监测对象的时候，需要从行业主管部门来收集整理对象名录包括属性信息，并且按照监测要求对其逐一地进行位置更新，以此来达到修改属性信息，形成监测成果的目标[5]。④利用实景三维技术来对于城市国土空间进行航空测量，并且根据下发的影像来确定好地物边界或者是定位点时，如果界限非常分明，采集精度一般来说应该控制在5 个像素当中，如果存在特殊的情况，采集精度需要控制在10 个像素当中。⑤在对于城市道路信息进行采集的时候，应该只采集已建成的道路要素，采集道路的实况信息，确保路网的连通性，同时如果遇到了桥梁和隧道等要素的时候，也需要确保其中心线的连通性，并且还需要确保道路的中心线和桥梁以及隧道等要素之间的中心线的重合。

3.2 外业工作的编制

在进行外业调查的时候，依托的是大数据引领下的国土调查云平台，在平台当中有最新的天地图像当做是底图，将内业没有办法确定而需要外业进行调查的图层添加字段进行标注并且将其上传到国土调查云当中。为了能够方便于外业工作，对需要外业调查的各种信息进行标注，需要使用软件叠加规划的路线以及监测影像，制作好外业调查的电子版指引图，以此来为外业调查提供相应的指引。

3.2.1 数据准备

提取需要进行外业调查的所有数据，主要包含细化以及需要补充的监测数据、变化的铁路包括道路以及相关沿线的交通设施等需要外业调查的内容。

3.2.2 制作步骤

步骤如下：①制作国土调查云的数据模板，并且按照相关的要求添加字段，对其属性进行完善。②制作好的数据模板需要上传举证图斑。③根据制定的路线图，按照调查云的指引，对于疑问图斑在调查云平台进行实地举证，并且在举证之前对调查的结果进行标注，主要包含面层、线层以及点层等。

3.2.3 三维全景3D 实景地图核心技术

（1）实景还原。将要生成3D 电子实景地图的场景数字化，利用三维软件（3DMx 和Multigen 等）建立720°三维虚拟地图模型。对场景中所需要建立的建筑与景观将三维场景和三维模型进行集成，并建立三维实体的属性库。

（2）3D 图形可视化。三维实景3D 电子地图的可视化是利用三维立体图形学的知识来实现三维全景地图的六大要素（水系、地貌、居民地、交通、境界等）来实现3D 实景电子地图可视化展示，三维全景3D 实景地图的三维可视化，是根据航空拍摄来进行坐标定位，根据地图实景选取相关材质，对三维立体地图模型进行材质贴图，三维全景3D 实景地图三维模型细节的修改与处理，角度和细节调整，最终生成三维实景地图3D 图形可视化。

（3）场景漫游。在地图应用中自定义Content Provider接口，将地图软件.获取到的定位信息进行三维场景可视化，在三维可视化三维模型场景中漫游，根据3D 大数据可视化获取到的定位信息选择场景中指定的Camera，进行实时渲染[6]。

3.3 基于实景三维技术对内外业数据进行编辑以及整理形成空间监测数据

在进行内业编辑整理的过程当中，主要是以任务区作为单位来汇集前面所有工序的成果以及相关资料，在这样的基础之上，通过综合判断以及编辑整理形成完整的数据成果，具体的工作主要包含根据内业的调查成果，对于之前所有采集的信息进行编辑，使其能够跟外业调查的结果进行匹配，汇集外业拍摄并且经过整理之后所有合格的照片，形成实地照片成果表。利用所收集到的最新专题信息数据主要针对反映社会管理现状的具体属性进行分析以及判断，对于变化的属性进行更新，完成跟其他的任务区之间的接边工作，完成内业编辑整理阶段的所有数据的记录。

4 结语

综上所述，随着社会经济的不断发展，对于国土空间进行监测以及规划已然成为未来空间保护以及开发的总体蓝图，在国家以及经济社会发展当中发挥非常的作用。因此将实景三维技术使用于其中，能够有效地促进对于空间进行智能化以及动态化的规划，使我国以更加坚实的步伐向数字孪生时代迈进，更加有利于国家实现可持续发展的战略目标。