一、 實景三維的概念

　　在2021 年自然資源部發(fā)布的《新型基礎測繪與實景三維中國建設技術文件-1名詞解釋》中，首次對實最三維作為專用名詞術語進行了科學定義，即“實景三維是對一定范圍內人類生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間進行真實、立體、時序化反映和表達的數(shù)字空間。是新型基礎測繪的標準化產(chǎn)品，是國家重要的新型基礎設施，為經(jīng)濟社會發(fā)展和各部門信息化供統(tǒng)一的空間基底。”實景三維屬于新型基礎測繪標準化產(chǎn)品的主要形式，是新型基礎測繪的數(shù)據(jù)成果之一，新型基礎測繪是實景三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)的能力基礎。

　　自自然資源部發(fā)布《實景三維中國建設技術大綱(2021 版)》以來，實景三維中國建設已經(jīng)成為全社會關注的焦點之一。先期啟動試點建設的上海、武漢、青島等城市經(jīng)取得了初步成果，為實景三維中國建設提供了實踐案例。

    二、與實景三維相關的概念

　　實景三維來源于三維地理信息系統(tǒng) (three-demension geographic information Systcm13DGIS)。早在 20 世紀 80 年代，國內外學者(如李清泉、李德仁等)圍繞三維自動化建模、海量數(shù)據(jù)管理、可視化、共享和互操作等開展了大量的研究工作。自 1998 年的美國副總統(tǒng)艾伯特·戈爾提出數(shù)字地球概念以來，3DGIS 的發(fā)展迅速走向了快車道特別是2005 年 Google Earth 的發(fā)布，全球范圍更是掀起了一股前所未有的三維虛擬地球熱潮，三維虛擬地球軟件在測繪、規(guī)劃、氣象、水利、電力、軍事、城市管理、災害應急等領域得到了廣泛應用。

　　1.三維地理信息系統(tǒng) (3DGIS)

　　早期三維模型主要是人工建模生成，巨大的建設成本限制了其應用。近年來，隨著傾斜攝影測量、激光掃描測量以及自動化建模等新型測繪技術的進步，快速獲取和構建大規(guī)模三維模型成為可能。三維數(shù)據(jù)獲取門檻和建模成本顯著降低，更新頻率和現(xiàn)勢性得到顯著提高。與此同時，隨著物聯(lián)網(wǎng) (internet of things，IoT)、信息與通信技術(information and communication technology，ICT)和人工能等新興技術的勃發(fā)展，這些新興技術與測繪技術深度融合，基于數(shù)字技術對現(xiàn)實世界進行真實、實時描述和數(shù)字化管理成為可能，實景三維的理論與應用也逐漸引起大家的重視，3DGIS 向著實景三維方向進一步發(fā)展。

　　2.建筑信息模型

　　BIM 技術是一種應用于工程設計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過對建筑的數(shù)據(jù)化信息化模型整合，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術人員、設計團隊以及包括建筑、運營單位在內的各方建設主體提供協(xié)同工作的基礎，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。以三維實體形式表達的建筑模型是 BIM 的基礎、核心和工作對象。從本質上來看，作為實體的建筑信息模型是存儲了項目集成化信息的數(shù)據(jù)庫，并以數(shù)據(jù)庫為核心實現(xiàn)多種不同程度的應用。BIM將設計和建設的信息融入單體建筑或市政的三維部件之中，且這些信息與施工和運營中的財務、進度、專業(yè)協(xié)同、維修等密切相關，成為智能建筑或智能設施的基石。

　　實景三維通過接入 BIM 等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)室內微觀細節(jié)的表達。BIM 已經(jīng)廣泛應用于建筑物生命周期內的設計、采購、制造和管理活動，高精度的 BIM 數(shù)據(jù)，推動了三維GIS 從宏觀走向微觀，從室外走向室內，BIM 也是部件級實景三維建設的主要數(shù)據(jù)來源之一。

　　3.物聯(lián)網(wǎng)

　　物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設備，按約定的協(xié)議，將任何物體與網(wǎng)絡相連接，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能。物聯(lián)網(wǎng)是一個動態(tài)的全球網(wǎng)絡基礎設施，它具有基于標準和互操作通信協(xié)議的自組織能力，其中物理的和虛擬的“物”具有身份標識、物理屬性、虛擬的特性和智能的接口，并與信息網(wǎng)絡無縫整合。今后，物聯(lián)網(wǎng)將與媒體互聯(lián)網(wǎng)、服務互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一起構成未來互聯(lián)網(wǎng)。

　　物聯(lián)感知數(shù)據(jù)的接入與融合能力建設是實景三維中國建設的重要內容之一，物聯(lián)感知數(shù)據(jù)主要包括傳感器數(shù)據(jù)、空間位置服務數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)等類型物聯(lián)感知數(shù)據(jù)接入與融合能力建設構成了實景三維對現(xiàn)實世界的在線感知的現(xiàn)實基礎基于感知設備本身的空間位置或者地名地址的匹配方法將物聯(lián)感知數(shù)據(jù)進行空間化，并進行坐標和時間一致性處理，實現(xiàn)其與基礎地理實體數(shù)據(jù)的時空關聯(lián)處理。

　　4. 城市信息模型

　　當前對城市信息模型 (city information model，CIM)的主流定義為:以城市信息數(shù)據(jù)為基數(shù)，以BIM、地理信息系統(tǒng) (geographic information system，GIS)、IOT 等技術為基礎，整合城市地上地下、室內室外、歷史現(xiàn)狀未來多維多尺度信息模型數(shù)據(jù)和城市感知數(shù)據(jù)，構建起三維數(shù)字空間的城市信息有機綜合體。吳志強院士 2011 年提出了對城市信息模型的另一種解釋，即城市智能模型 (city intelligent model)。他認為 CIM 中間的“I”是“智能”(intelligent),“不僅包括對城市數(shù)據(jù)的收集、儲存和處理，更應強調基于多維模型主動地解決城市發(fā)展過程中的問題”。對比城市信息模型，實景三維更強調為數(shù)字化映射提供通用的、標準化的三維數(shù)據(jù)產(chǎn)品，是時空信息底座，城市信息模型更強調對建筑或城市的全生命周期管理，通過融合多源數(shù)據(jù)實現(xiàn)多維空間信息整合、空間數(shù)據(jù)分析與應用、數(shù)據(jù)融合共享、綜合集成管理等。由此可見，實景三維可以作為 CIM 的重要數(shù)據(jù)源。

　　5.數(shù)字孿生

數(shù)字孿生(digital twins) 是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。數(shù)字孿生城市通過物理城市與數(shù)字孿生城市的精準映射、虛實融合、軟件定義、智能反饋，促進城市生產(chǎn)更加高效安全、生活服務更加便捷、生態(tài)環(huán)境更加低碳可持續(xù)。如今，我國城市治理現(xiàn)代化邁入了智能社會治理階段，核心是使用人工智能技術，構建以數(shù)字孿生城市為全息底座的社會有機體。實景三維是數(shù)字孿生城市的基礎核心，基于實景三維數(shù)據(jù)底座，可以連接人口、房屋、住戶水電燃氣信息、安防警務數(shù)據(jù)、交通信息、旅游資源信息、公共醫(yī)療等眾多城市公共系統(tǒng)的信息資源，實現(xiàn)跨系統(tǒng)應用集成、跨部門信息共享，支撐數(shù)字孿生城市的決策分析。數(shù)字孿生城市是數(shù)字城市的高級階段，也是智慧城市的新高度，數(shù)字孿生城市是融合統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準、城市信息模型、城市運行數(shù)據(jù)、共性支撐平臺、數(shù)字孿生應用等多個單元的復雜系統(tǒng)。實景三維將物理城市的實體模型構建為數(shù)字孿生體，實景三維建設是構建數(shù)字孿生城市最重要的環(huán)節(jié)之一。

　 三、實景三維的主要特征

與傳統(tǒng)的測繪地理信息產(chǎn)品比較，實景三維的主要特征包括以下 6 個方面的轉變

(1)從“抽象”到“真實”:實景三維是對現(xiàn)實世界的真實描述，將原有受測繪技術手段約束只能對現(xiàn)實世界進行抽象描述，轉變?yōu)椴捎眯录夹g對現(xiàn)實世界真實直觀刻畫。

(2)從“平面”到“立體”:由現(xiàn)有以“點、線、面”要素為核心的 4D 產(chǎn)品對現(xiàn)實世界的二維平面抽象表達，擴展至以“體”要素為核心的新產(chǎn)品對現(xiàn)實世界的三維形象表達。

　　(3)從“靜態(tài)”到“時序”:實景三維是對現(xiàn)實世界的時序化描述，不僅能夠反映現(xiàn)實世界的某一時點當前的狀態(tài)，還可反映多個連續(xù)時點的狀態(tài)，時序、動態(tài)展示現(xiàn)實世界的發(fā)展與變化。

　　(4)從“按要素、分尺度”到“按實體、分精度”:實景三維突破現(xiàn)有基礎地理信息要素對現(xiàn)實世界分尺度表達的概念，達到“一個實體只需要高精度施測一次”，切實提高對現(xiàn)實世界的描述準確性。

　　(5)從“人理解”到“人機兼容理解”:與以前對現(xiàn)實世界的“一張皮”表達相比實景三維不僅包含幾何結構和紋理信息，還蘊含豐富的空間關系、社會經(jīng)濟等信息，通過結構化語義化處理，支持機器自動解譯與識別，真正實現(xiàn)了“機器難懂”到“機器易懂”的轉變。

　　(6)從“陸地表層”到“全空間”，現(xiàn)有地理信息產(chǎn)品更側重陸地表層空間的描述實景三維實現(xiàn)“地上下、室內外、水上下”全空間的一體化描述。