三维实景建模技术对国土资源管理的作用

近年来地理信息产业高速发展，在不到十年的时间，全行业从几百亿元产值增加到去年的四千多亿产值，其产品进入千家万户，让从事地理信息行业的人们兴奋异常。在高兴之余，我们也在思考，我们是不是已经摸到了发展的天花板？在一次学术活动中，李德仁教授描绘了地理信息行业新的篇章，他说二维地图，人们使用了近百年，到今天被测绘人用到了极致。要想有新的突破，三维地图 是一个必然的选择，地理信息行业可以通过发展三维测绘技术达到万亿产值。

背景情况

2018年4月12日，自然资源部部长陆昊在海南测绘地理信息局，就国土空间规划及“多规合一”信息综合管理平台建设等进行调研。陆昊充分肯定测绘地理信息工作基础性、重要性、技术性作用。对海南测绘地理信息工作表示满意。陆昊指出，测绘地理信息工作是国民经济发展中重要的基础性支撑。海南局作为直属局，首先要把准工作目标，既要贯彻落实自然资源部的工作部署，也要围绕海南省委、省政府中心工作做好服务，两者要结合好。其次，要提供解决问题的技术手段。要通过重构职责和技术支持，通过现有的人才解决新的职责问题。自然资源登记等系统，要由二维系统变成三维系统，解决自然资源调查、确权和国土空间用途管控等问题。

三维技术在国土领域新发展

三维技术是近几年兴起的新型地理空间信息采集、生产技术。它是在原来人工构造三维模型技术基础上，采用航空航天实景纹理，真实复现国土和城市三维实景的新技术。它的出现和发展是随着国土、规划、经济建设的需求变化而不断革新成型的。

1三维数据获取新技术

①2018年兴起的激光点云和倾斜影像同步高效采集技术。

此技术是对地物同时进行激光定位扫描和纹理影像采集，同步获得国土地表及附着物的形状、结构、纹理。其工程化实现，将原来的数据采集效率提高一倍，同时点云密度提升一倍，定位精度和影像纹理质量大幅提升。为高效低成本的城镇全三维化提供可能。

②正射大重叠方式的二三维影像同步采集技术。

正射大重叠数据采集技术是国内近两年不断成熟的高效三维数据获取技术。此技术完全基于影像来构建复现国土空间三维地理信息，利用多目视觉原理、采用超大幅面的传感器、快速分布式的并行三维数据处理技术，高效的采集国土地理信息，并同时获得二、三维源数据。可将原有三维数据采集效率提升3-5倍，为地理信息数据二维更新和三维空间创建提供一次性解决方案。采用此技术，全三维化的国土地理实景短期内将成为现实。

2三维数据新产品和功能

①MESH整体性三维产品

此三维产品在原来测绘DEM成果以TIN网形式记录和展示国土地表起伏的基础上，对地表、地物、人工建筑、自然景观等以真实实景纹理的形式完全记录和展示出来，对地理国情各要素记录准确、展示直观而真实，是一种先进的地理国情新型调查和统计手段，并可为各行业提供多层次的数据信息，它是一种整体的、面状的新型调查方式和统计手段，是原有二维地理国情数据的完全革新。

这种产品可以用在广义的自然资源国情普查中，以更丰富的数据内涵、更直观的数据特点，替代原有平面的、二维的调查手段和方式，并对所有数据进行可视化管理。

②结构化三维产品

结构化三维产品别名：单体化三维模型，它是对所有独立的地表建筑、物体、景观等进行精确的真实三维复现。利用当前先进的真是纹理采集手段、高效的模型构建技术，针对国土城镇进行复现、调查、统计、管理的手段。其特点是独立可调、精确直观，在城市管理中有不可替代的作用。

③复合三维产品

利用激光点云数据和实景影像，对地表不同类型的显著地物进行分类，其特点是可以对不同类别的地物进行精确分离归类，实现对同类地物的统计分析，并且有定位精度高、可进行工程化应用等特点，如大型基建工程的三维化管理。在国土管理中，这种技术手段和产品是林业调查、海洋测绘必备。

④三维数据和应用系统结合带来的需求

3多源数据融合新技术

①空间上：二三维数据融合

由于硬软件技术的不断进步，合并生产、分布计算的实现。数据采集和生产方式已经实现统一，并且效率成倍提高。目前，二三维数据不仅在采集上可以做到同步采集同步生产，在数据归档分类，日常管理上都能实现关联、叠合、分层。

②时相上：不同时段数据融合

得益于计算机图形学的发展，目前影像的增强、匀色、去噪技术已经在很大程度上对同种地物不同时段的影像能够进行融合，并做到细节无丢失、整体一致性好等特点。对变更地物进行标识和分层，进入待更新序列。

③平台上：来自不同采集平台的数据融合

卫星、有人飞机、无人飞机、其他载荷平台等多种数据来源，除了在不同波段上的融合技术已经成熟，现在在同类数据的融合上已经有合理的规程。如在同一系统里合并、切割、叠加、分层管理。

4三维数据采集和生产各项技术优劣对比分析

结论：进行国土三维全覆盖，大幅面相机大重叠技术路线是唯一可行的方案：效率高成本低。

国土资源管理现状

1数据平台不统一

不同的部门，各有自己的数据平台，大部分独立运行，各部门数据无法融通，这是历史沿革形成的也是必然。可以尝试在部级层面上建立大系统平台，底层空间数据用二三维数据统一，其他数据提供接口贯通。

2数据标准不统一

不同的部门，因为业务需求不同，数据标准也不一样，这造成了至少在地理空间数据上的冗余和重复建设重复更新。可以尝试在地理空间数据上将相同需求的数据进行合并，或者借此三维技术大发展时期，建立一个统一的三维数据共享层，既统一了基础空间数据标准，又在原有基础上了提供了更多维度，细节更丰富、更直观的标准数据。

3评价体系不统一

管理体系和管理目标各部门千差万别，造成了了不同的评价体系，但在目前机构改革契机和统一管理下可以尝试底层数据并列合成，各种对象多种评价体系并列的数据管理模式。

4调查内涵不统一

内涵是外在特点的真实反映，从地理空间基础数据来说，维度需求不一样，其内涵延伸结果就会不一样。如果把各部门能统一的维度从二维提升到三维、就能找到需求共同点，实现一定程度的地理空间数据统一管理。

5如何实现统一

自然资源管理体系下的国土资源管理，不论业务领域、管理机构是多么千差万别。至少在空间地理基础信息上，都存在一个最大公约数：三维。这个公约数以前不论从经济条件、运营办法、技术手段都不具备实现可能性，但今天，这些条件已经满足。这是国土资源统一高效管理最新也是最大的突破口。

三维技术在国土资源管理的应用

1自然资源调查

国土林地调查。福建省测绘局利用高空高效大型激光扫描仪，对数十万平方公里范围内地表进行全部覆盖，对获取的激光点云进行分类，自动归类和提取不同面状和高度的人造林、原始森林、次生林、经济林，对其面积、高度、种类、性质、用途、数量进行完整的划分和统计。用最低的成本、最短的时间、最少的人力获取了全身整体林业数据。这就是依赖于激光点云三维模型自动分类的优点，高效准确的对某项自然资源调查的应用。

2自然资源管理

近两年全国国土部门开展了不动产登记专项，很多地市州采用了实景三维不动产登记的方式。这种方式让受理和录入更方便、发证审批更快捷、用户查询更直观，是利用实景三维进行自然资源管理的优秀案例。

3国土空间规划

多规合一是为了顺应新时期新形势下的城市规划，综合多部门资源和需求着力推行的新专项工程。该专项开展四年来，探索了很多先进规划方案。如厦门市利用高精度三维模型构建房屋、市政设施的BIM体系，引入物联网和人工智能技术，将规划、国土、住建、环保的部分标准、参数、部件、需求统一到一个系统下，兼顾长远可持续的方针，进行全市顶层设计。利用全要素化的社会资源，在2016年莫拉蒂台风给厦门造成严重危害后，一天之内，所有垃圾清理、水电维护、设备抢修都在中枢系统安排下各部门有条不紊完成灾后重建。精确、真实的城市三维数据是未来先进城市管理和发展的基石。

新机构新体制新方案

1先进可控的顶层设计

新管理体制下，如何利用现在先进的三维技术提升国土资源管理水平，这是管理者应该认真思考的问题。任何制度的效用发挥有赖于先进可控的顶层设计。就目前来说有以下三个理念的建议：

①从制度上推动三维化国土管理的实现；

②从统一的目标出发，兼并融合现有数据体系从二维到二三维并立，最终过渡到全三维的空间地理信息的框架上；

③设计好共建共享方案。

2优秀机制下的运营体系

当航天领域和军工领域已经开放政策，允许民营企业进入相关领域后，国土资源的获取、调查、管理能否将国土资源的获取环节进行有限的开放。如建立一个政府监管平台，按照省进行独立划分，支持有实力的民营企业参与到每个省的统筹平台，设立统一标准，利用现在先进的三维技术，完善各省的数据覆盖，最终汇交到自然资源部。

融资解决：企业平台、省厅、部委按照1:1:0.5分摊，企业利用社会资源先行采集生产，省厅和部委按照2-3年基础测绘经费进行邀标采购划拨。省厅经费来源于每年有偿服务收益和财政，部委经费来源于每年基础航空摄影经费。

项目分配和实施：企业平台集中每一个省的设备和技术资源，进行集中式采集。在这个平台上对社会资源进行调配和整合，实现最低成本最高的效率。企业平台在省厅和部委的甄选下进行招标入围，每一期优选各省2-3家实力最强企业，进行任务分配，每家企业最多参与三个省竞标，每三年进行一次评审淘汰更新。

运营管理：数据审查由省厅主持，入库后定期汇交给部委。入库数据可以免费共享给其他部门或者社会公益事业，若社会实体有商务需求，省厅收取相应服务费，并将费用汇入每一期的数据更新基金，形成良训循环。

3可行的数据共享方案

所有的运行系统，地理空间数据是基础和灵魂，如何把数据最大效用挖掘出来，是国土资源管理部门需要认真考虑的问题。无论多长时间等待，数据共享是终究会实现的一种体制，建议按照“把握监管，有效放权，政策扶持”的原则来推进。

这里在技术上提供一种可能方案。基于现有的全国性基础地理信息库，进行优化改造，在自然资源部层面建设一套全国性的地理空间数据库管理平台。其中包含有全国性的测绘控制网系统、标准格式的基础测绘数据（航摄数据、卫星遥感数据及其他数据）、标准格式的分级测绘产品（国家基本比例尺地图、DOM、DEM、DLG等）、标准格式的专题地理信息数据（地籍、山水林田湖草等专题数据）。采用行业区块链的管理方式，解决数据采集、数据制作、数据管理、数据分发、数据应用的问题。自然资源部组织与监管，委托下属机构进行全国范围内的基础测绘航空摄影、遥感卫星数据采集工作。各省市测绘主管部门按照城乡规划、社会经济发展等需求上报数据采集需求，自然资源部委托下属机构不定期组织全国范围的供应商遴选，进行航空摄影、遥感卫星数据采集、数据制作等工作，最终形成标准的测绘产品，在统一的平台中进行数据管理和数据分发。在原有全国一级DOM DEM，二级DLG数据基础上，增加三维属性相关的三-五级数据。

3级：增加了地表建筑物简单模型的数字表面模型（DSM+3D建筑物简单模型）：满足城乡三维规划与管理、农村三维地籍调查与管理、地质环境监测、水土保持监测、应急保障等应用需求。

4级：具备标准屋顶形状的三维模型：满足城镇三维地籍调查与管理、城镇安全与应急、城市精细规划与管理（棚户区改造、市容整治、城市监察、城市供水、城市管网等）、工业园区规划选址、开发区建设规划、旅游景区精细规划管理等城镇精细化管理需求。

5级：房屋精细模型及室内三维模型：满足城市地下空间、室内空间的规划管理。

其中，自然资源部委托下属结构组织和监管0、1、2、3级测绘成果的生产和管理，根据区域经济发展水平、历史资料情况等综合因素，确定更新频率。省、市、县级测绘主管部门组织和监管4、5级测绘成果的生产和管理，根据实际的管理需求进行范围确定、更新频率确定。

结语

三维技术发展到现在，数据采集、数据生产方面的技术和市场已经比较成熟，三维数据应用也在有些部门实现落地，并蓬勃推广开来。但是在国土资源管理方面，目前还没有一套行之有效的国土三维数据管理办法和实体运营平台，不过影响已来，作为最依赖空间地理信息数据的主管部门，将现有二维体系转换到三维体系已经势在必行。不迈开第一步，路永远走不出来，现在让我们迈开第一步，建立全国性的三维国土资源信息管理平台。