实景三维中国的建设，坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，以新时期测绘工作“两服务、两支撑”的根本定位，以需求为导向、高质量发展为主题，优化测绘地理信息供给侧保障，促进自然资源管理和治理能力现代化，推动经济社会高质量发展^[1-3]。实景三维中国以基础地理实体数据库为数据基础，面向应用服务对地理实体及地理场景进行适配组装与融合表达，是新型基础测绘的一项标志性产品^[4-10]。

本文针对2021年8月自然资源部发布的《实景三维中国建设技术大纲(2021版)》(简称《大纲》)中若干重点技术内容进行梳理，并结合各地实景三维中国建设及新型基础测绘试点项目的情况，对《大纲》主要技术内容进行解读，并提出思考和见解。

1 《大纲》主要技术内容解读 1.1 实景三维的概念和特点

实景三维(3D real scene)是对人类生产、生活和生态空间进行真实、立体、时序化反映和表达的数字虚拟空间。如图 1所示，相较于现有测绘地理信息产品，实景三维有以下6点提升：

1) 从抽象到真实。传统地理信息产品主要利用制图符号、注记等方式对被测对象进行抽象，而实景三维利用真实的形状和色彩对被测对象进行真实描述，更易于非专业人员的理解。

2) 从平面到立体。二维平面形式对于多层建筑、地上地下空间一体的描述分析等应用的受限越来越明显，实景三维用立体的方式，在三维空间中记录和表达现实世界。

3) 从静态到时序。随物联网、互联网等数据获取及相关分析提取技术的发展，实景三维不仅能反映现实世界某一时点当前状态，还可反映多个连续时点状态，时序、动态展示现实世界发展与变化，以满足各行业对时序分析及实时状态信息的需求。

4) 从按要素分尺度到按实体分精度。按要素分图层和按比例尺分精度和分辨率是传统地理信息产品的基本原则，实景三维通过按实体为粒度描述地物对象，根据不同的实体表达内容分级进行空间精度设计。

5) 从人理解到人机兼容理解。实景三维的目的就是既能让人理解，更要让机器易懂，即对实体框架进行统一设计，用统一的实体编码对实体进行描述，对实体赋予面向行业应用的语义信息，为大数据时代下的地理信息产品应用奠定坚实基础。

6) 从陆地表层到全空间。实景三维也将传统地理信息产品由陆地向海洋、地下、水下延伸，以适合自然资源更广阔的内涵表达，最终将实现地上地下一体化、室内室外一体化和陆地水系一体化的一体化描述。

1.2 实景三维中国的构成

实景三维中国由空间数据体、物联感知数据和支撑环境三部分构成：空间数据体，即各类基础测绘数据，包括地理场景和地理实体；物联网感知数据，即为来自互联网和物联网的对自然资源和城市的实时监测数据，包括自然资源实时感知数据、城市物联网感知数据、互联网在线抓取数据等；支撑环境，包括数据获取处理、建库管理和应用服务系统，以及支撑上述系统运行的软硬件基础设施等。

以上构成中，空间数据体是实景三维中国最主要的组成部分，该部分也备受测绘行业及周边行业人员的关注，该部分构成如图 2所示。其中，地理场景是一定区域范围内连续成片的反映现实世界原始地理空间位置、形态和拓扑关系等信息的基础测绘产品^[3]，主要包括DEM(digital elevation model)、DSM(digital surface model)、DOM(digital orthophoto map)、TDOM(true digital orthophoto map)、倾斜摄影三维模型、激光点云等。地理实体是体现现实世界中占据一定空间位置、具有同一独立语义属性或功能的自然地物和人文设施^[3]，包括基础地理实体、部件三维模型和其他实体。

1.3 实景三维中国建设的技术路线

实景三维中国建设按照统一的时空基准进行数据获取与处理、建库与服务。

1) 时空基准。实景三维中国建设的坐标系统采用2000国家大地坐标系，当采用其他坐标系统时，应与2000国家大地坐标系建立联系。高程基准采用1985国家高程基准。时间基准采用公元纪年和北京时间。

2) 数据获取与处理。数据获取与处理是实景三维中国建设的主要技术内容，包括多源数据获取与预处理、数据生产和数据融合。其中，大多数内容都是按相关标准及现行方式生产，而基础地理实体的数据生产属于实景三维建设技术路线中重要且特有的部分，具体在§1.4中阐述。

3) 建库与服务。实景三维中国数据库分为国家层面、省区层面和城市层面实景三维数据库，分别存储全国、省区、城市范围内的实景三维数据以及元数据。开发数据库管理系统，用于实景三维数据的统一存储管理、数据编辑和查询统计等。以智慧城市时空大数据平台或地理信息公共服务平台为依托构建应用服务系统。

实景三维中国建设的技术路线中涉及的若干关键点如下：

1) 实体化，即对于包含传统4D产品和倾斜模型等的空间数据体进行实体化；

2) 融合与轻量化，即实体数据与物联感知数据提取出的语义化信息进行融合与轻量化处理，用于机器可读与高效展示；

3) 数据入库，即地理场景、地理实体等数据建立时空索引构建、与空间身份编码(实体编码)挂接与数据入库；

4) 共享发布，即面向自然资源及其他行业的应用与共享发布。

1.4 基础地理实体数据生产方式 1.4.1 二维形式表达的基础地理实体生产

以二维形式表达的基础地理实体生产方式包括但不限于以下3种：

1) 通过已有数据转换。以已有的DLG(digital line graphic)等线划类型的基础地理信息数据为主，DEM、DOM等类型数据为辅，从原有的线划数据向基础地理实体转换。

2) 基于地理场景生成。以倾斜三维模型或TDOM等地理场景数据为数据源进行生成。步骤包括基础地理实体提取和地理实体语义属性关联。

3) 基于高精度基础地理实体综合。对高精度的基础地理实体综合生成低等级的基础地理实体。综合方式分为点状、线状实体综合和面状实体综合。

1.4.2 三维形式表达的基础地理实体生产

三维形式表达的基础地理实体生产包括通过基于倾斜摄影三维模型、激光点云等方式生产三维形式表达的基础地理实体产品。

1) 基于倾斜摄影三维模型生成方式。以倾斜摄影三维模型数据为数据源生成三维形式表达的基础地理实体，主要步骤如下：

① 二维形式表达的地理实体提取。方式一：自动识别与校正，提取得到二维形式表达的地理实体；方式二：人工实体边界采集与编辑。

② 三维模型单体生成。利用二维形式表达的地理实体对三维模型进行分割、修复等，得到三维模型单体。

③ 地理实体语义属性关联。

2) 基于激光点云生成方式。以激光点云和遥感影像为数据源，生成三维形式表达的基础地理实体，主要步骤如下：

① 点云预处理，包括航带间点云拼接和点云与遥感影像的精确配准。

② 点云分类，将属于同一实体的点云聚合为点云集，并赋予语义标记。

③ 三维模型单体生成，对实体的点云集进行曲面模型构建，形成三维模型单体。

④ 地理实体语义属性关联。

2 实景三维中国建设的思考 2.1 单体化建模在实景三维中国建设中的作用

在新型基础测绘各级的试点项目中，包含大量单体化建模的工作，一度在行业内形成了新型基础测绘就是单体化建模的事实认知。然而，实际上，这是对新型基础测绘和实景三维中国的误解，原因分析如下：

1) 单体化建模消耗大量人力，且精度控制难度大。目前，单体化建模大多采用人工建模的方式，即利用建模软件在倾斜三维模型上进行几何建模、纹理映射与修饰，这种方式的技术路线类似于10多年前数字城市的做法，效率低下。而且，单体化建模受人工影响因素很大，模型与原始实体之间误差很难控制，这种数据精度的不可信将极大降低数据的应用范围。

2) 单体化建模与三维模型单体有本质区别。《大纲》对三维模型单体描述为：倾斜摄影三维模型、激光点云等地理场景通过切割、重建、矢量叠加等操作处理，将地理实体构建为三维形式的独立对象，能够独立表达、挂接属性以及查询统计与分析等^[1]。

可以看出，三维模型单体是面向应用的独立表达、挂接属性及查询统计与分析，与“单体化建模”有本质区别。

3) 自动化、智能化处理才是实景三维中国的需求。实景三维中国是面向应用的，应该用务实、可推广、可应用的尺度去衡量新型基础测绘产品，因此，面向真正的行业需求应从如下方向努力：研发智能化和自动化的三维模型单体化工具，自动提取地物边界，并利用动态单体化或切割单体化方式可以实现对地物的独立表达、挂接属性及查询统计等功能，以满足实景三维模型的应用需求。

2.2 实景三维中国衍生的技术方向

实景三维中国建设过程中涉及面广、覆盖面全、任务量大、新探索多，因此，自主可控、自动化、智能化技术体系是必然的技术方向。

1) 自主可控的技术体系。测绘与地理信息数据包含大量的地理涉密信息，全流程成产工艺应由一套国内自主可控的技术完成，以至于不会被国外硬软件的技术壁垒“卡脖子”。如：国内模倾斜摄影测量生产大多采用国外的软件ContextCapture及其套壳衍生品，拥有源码及自主技术的仅有大疆智图、大势智慧重建大师等少数产品。

实景三维中国和新型基础测绘是基于新定位、采用新技术、面向新问题、采用新标准的全新测绘体系，涉及到实体、语义、全息等一系列新的测绘概念，且在建设过程中难免存在大量的探索和试错，需要国内自主可控的技术加以支撑。

2) 智能化与自动化的高效数据生产工艺。在此方面，仍有如下技术问题亟待解决。

① 多角度多源数据的融合处理。由于植被遮挡、建筑物密集程度及地物立体结构(如屋檐、高架桥)特点，航空角度必然会存在大量死角和盲区，采用空地多平台采集是全面采集数据的必由之路。目前，该方向有大量的研究成果，但产品级转化进程滞后。因此，多角度多源数据自动化高效融合处理将必然是实景三维中国建设的重点方向。

② 自动语义化提取与实体动态单体化。面向各种行业应用，在倾斜摄影三维模型、激光点云、遥感影像的基础上进行人工智能语义化提取、实体对象识别、三维模型单体自动生成、实体对象轮廓和图元提取将大大提升面向应用的实体数据生产效率，该方向一旦有成熟的产品或解决方案，必然会纳入新型基础测绘数据生产体系。

3 结束语

《实景三维中国建设技术大纲(2021版)》是自然资源部发布的纲领性的技术框架，随着实景三维中国建设在各地的实践，以及上海、武汉、西安、宁夏等地的新型基础测绘国家试点项目的探索和推进，实景三维中国建设的相关技术细则将更加完善和充实。实景三维中国建设是测绘与地理行业的重大变革，从二维向三维的转化是地理信息产品的必然趋势。以倾斜摄影和激光扫描为代表的三维测绘相关技术将是测绘行业的未来的重点方向，其中涉及到的自动化重建、信息提取、语义化、描述与表达等问题的解决方案也将是行业争相占领的技术高地。瞄准这些关键技术的研发，形成高效、可靠的技术型产品和数据生产解决方案，关注前沿动态做好生产转型准备。