摘要：

實景三維中國建設(shè)是落實數(shù)字中國建設(shè)戰(zhàn)略、推進(jìn)國土空間治理現(xiàn)代化、加快測繪地理信息轉(zhuǎn)型升級的一項重要舉措，既是今后數(shù)十年國家和地方基礎(chǔ)測繪的重大任務(wù)，也是一項涉及因素復(fù)雜、技術(shù)難度極大的科技工程。本文介紹了實景三維中國建設(shè)的基本思路，從4D產(chǎn)品到實景三維、從數(shù)據(jù)供給到時空賦能、從數(shù)字化到數(shù)智化；提出了實景三維中國總體技術(shù)架構(gòu)，包括由地理實體、地理場景、地理實景等組成的產(chǎn)品體系，以提供時空連接、時空計算、時空智能服務(wù)為目標(biāo)的服務(wù)賦能體系，以數(shù)智化生產(chǎn)、實體化管理、知識化服務(wù)為重點的數(shù)智技術(shù)體系；繼而討論了實景三維中國的主體技術(shù)，包括實體化建模、立體化重構(gòu)、真實化描述和知識化服務(wù)等；最后從推動實景三維中國與“五位一體”總體布局深度融合的角度，探討了實景三維賦能數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字治理、數(shù)字生活、數(shù)字文化、數(shù)字生態(tài)文明等5個應(yīng)用場景。為切實做好實景三維中國建設(shè)與應(yīng)用，今后還應(yīng)加強戰(zhàn)略謀劃，推動科技創(chuàng)新，促進(jìn)跨界融合。

關(guān)鍵詞：實景三維 ； 總體架構(gòu) ； 主體技術(shù) ； 數(shù)據(jù)產(chǎn)品 ； 服務(wù)賦能 ； 數(shù)智技術(shù) ； 應(yīng)用場景

基金項目：國家自然科學(xué)基金(42394060); 自然資源部實景三維中國建設(shè)總體設(shè)計項目

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當(dāng)前，國家大力推動數(shù)字化發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展，驅(qū)動生產(chǎn)、生活和治理方式的全面深入變革，迫切需要高質(zhì)量的時空信息、高層次的時空分析及高水平的時空賦能[1-3]。這是因為高質(zhì)量發(fā)展的各項活動都是在地理空間中進(jìn)行的，具有顯著的空間性、連續(xù)性等時空特征，需要利用更加精細(xì)、更高頻度、更為便捷的時空信息，進(jìn)行發(fā)展條件研判、過程監(jiān)測、趨勢預(yù)見、跟蹤問效等[4-7]。加上我們所處的現(xiàn)實空間具有顯著的多維動態(tài)特征，在三維數(shù)字空間中進(jìn)行量測、分析及研判，已成為眾多高層級數(shù)字化應(yīng)用場景的必然選擇[8-11]。

為了有效滿足廣大用戶對時空信息與服務(wù)的當(dāng)前與長遠(yuǎn)需求，自然資源部近期提出了實景三維中國建設(shè)計劃，要求將國土空間范圍內(nèi)有關(guān)實體與要素數(shù)字化，構(gòu)建起立體、真實的數(shù)字空間，與現(xiàn)實空間的實時關(guān)聯(lián)互通，構(gòu)建新型的國家時空信息基礎(chǔ)設(shè)施，更好地賦能政府管理決策，助力數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展，服務(wù)百姓美好生活[12]。目前實景三維中國建設(shè)已納入《數(shù)字中國建設(shè)整體布局規(guī)劃》和國家自然資源保護(hù)和利用規(guī)劃，成為今后數(shù)十年國家和地方基礎(chǔ)測繪的重大任務(wù)[3,13]。可以說，實景三維中國建設(shè)是一項內(nèi)容涉及廣、技術(shù)難度大的時空信息工程，既涉及理念創(chuàng)新，也面臨著新產(chǎn)品研制和新技術(shù)研發(fā)等科技難題，亟須厘清基本概念，理清研究思路，提出總體架構(gòu)，突破主體技術(shù)，打造重點應(yīng)用場景，構(gòu)建協(xié)同共建機制，營造良好的應(yīng)用生態(tài)。

針對這一熱點問題，本文討論提出了實景三維中國的總體架構(gòu)及其構(gòu)建的主體技術(shù)。第1節(jié)從產(chǎn)品換代、服務(wù)轉(zhuǎn)型、科技升級的角度，討論提出了實景三維中國建設(shè)的基本思路；第2節(jié)設(shè)計提出了實景三維中國的總體技術(shù)架構(gòu)，包括實景三維產(chǎn)品體系、服務(wù)賦能體系、數(shù)智技術(shù)體系；第3節(jié)探討了實景三維中國的數(shù)智化實現(xiàn)路徑，提出了實體化建模、立體化重構(gòu)、真實化描述和知識化服務(wù)等主體技術(shù)；第4節(jié)從推動實景三維中國與數(shù)字中國“五位一體”應(yīng)用深度融合的角度，分析探討了數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字治理、數(shù)字生活、數(shù)字文化、數(shù)字生態(tài)文明等重要賦能場景；最后，討論了實景三維中國建設(shè)與應(yīng)用的若干推進(jìn)方向。

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基本思路

就本質(zhì)而言，實景三維中國建設(shè)是根據(jù)國家數(shù)字化發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展的需求，對傳統(tǒng)基礎(chǔ)測繪的產(chǎn)品內(nèi)容、服務(wù)模式、技術(shù)手段進(jìn)行升級轉(zhuǎn)型，從4D數(shù)據(jù)產(chǎn)品走向?qū)嵕叭S產(chǎn)品，將簡單的數(shù)據(jù)供給升級為時空賦能服務(wù)，從數(shù)字化技術(shù)邁向數(shù)智化技術(shù)。

1從4D產(chǎn)品到實景三維

以往的4D數(shù)據(jù)產(chǎn)品在各項工程建設(shè)與管理決策中發(fā)揮了重要作用，但由于其在本質(zhì)上是2～2.5維的，無法滿足在三維空間中量測、分析、研判及模擬（推演）的需要，既難以有效承載和關(guān)聯(lián)各類社會-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境信息，也不能有效支撐數(shù)字空間與現(xiàn)實世界的有效映射與實時互聯(lián)[1,12]。為有效解決三維空間復(fù)雜的時空問題，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界圍繞三維時空建模和三維信息產(chǎn)品研制進(jìn)行了多年的研究探索。如國際攝影測量與遙感學(xué)會（International Society for Photogrammetry and Remote Sensing，ISPRS）早在2000年就將三維空間數(shù)據(jù)模型設(shè)計、建模及可視化納入優(yōu)先研究領(lǐng)域，其后逐步擴(kuò)展至多維、復(fù)雜的時空動態(tài)建模與數(shù)字孿生、自動更新及場景化表達(dá)等[14-15]。20世紀(jì)90年代，英國測繪部門開始采用唯一標(biāo)識、一體化表達(dá)、增量更新等技術(shù)手段，生產(chǎn)和提供以地理實體為核心的數(shù)字國家框架（digital national framework，DNF）新產(chǎn)品，用于解決社會經(jīng)濟(jì)信息空間化關(guān)聯(lián)與集成的難題[16]。近年來，瑞士、荷蘭、英國、新加坡等國家測繪部門相繼開展了三維新產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用研究，但名稱叫法不一，思路不盡相同，尚未形成統(tǒng)一的概念模型與標(biāo)準(zhǔn)[8-10,17-18]。

顧名思義，實景三維是現(xiàn)實世界自然和人文現(xiàn)象三維立體結(jié)構(gòu)與表觀的數(shù)字化描述與真實化表達(dá)，具有立體化、真實化和實體化三大基本特征，如圖1所示。立體化是指通過三維重構(gòu)與建模，將陸地與海洋、地上與地下、室內(nèi)與室外、水上與水下的自然和人文要素的空間形態(tài)、時空關(guān)系及屬性等信息數(shù)字化，構(gòu)建起三維空間數(shù)字模型[19-22]；真實化則是指將所生成的三維空間數(shù)字模型賦予真實的外觀、紋理及語義屬性[23-25]，并具有較強的實時或時序性，能夠形成高度逼真、與現(xiàn)實世界保持一致的地理場景；實體化是按照是否占據(jù)一定連續(xù)空間位置和范圍、單獨具有同一屬性或完整功能，在三維空間數(shù)字模型中劃分或區(qū)分出多類型、多粒度的基礎(chǔ)地理實體，用于關(guān)聯(lián)和集成各類社會-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境信息[1,26]。可以說，實景三維是一種新型的三維時空信息模型，為更加真實地描述和表達(dá)多維動態(tài)的國土空間提供了新思路、新手段。

圖1 實景三維概念內(nèi)涵

2從數(shù)據(jù)供給到時空賦能

傳統(tǒng)的時空信息服務(wù)主要是通過目錄服務(wù)系統(tǒng)和公共服務(wù)平臺等，向各類用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)或底圖服務(wù)[27-29]。在全社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的今天，越來越多的用戶希望借助于時空信息，實現(xiàn)無域不達(dá)的時空感知、無處不在的時空連接、無時不用的時空計算和無所不及的時空智能，切實地開展深層次、高水平賦能應(yīng)用[30-34]。因此，實景三維信息產(chǎn)品將通過提供地理實體、地理場景和地理實景等時空關(guān)聯(lián)體，支撐各類數(shù)據(jù)信息的空間化關(guān)聯(lián)與語義化融合，形成形式多樣的時空連接能力[1]；而實景三維信息服務(wù)平臺要通過資源動態(tài)集成、處理動態(tài)構(gòu)建、服務(wù)動態(tài)推送等，提供豐富多彩的時空計算能力，支撐用戶開展動態(tài)服務(wù)計算[35]；同時，還應(yīng)提供描述型、診斷型、預(yù)測型及方案型的時空知識服務(wù)，支撐用戶開展時空智能分析[5,36-37]。

3從數(shù)字化走向數(shù)智化

從2～2.5維到實景三維建模與賦能應(yīng)用，涉及諸多技術(shù)難題，如數(shù)據(jù)保障的實時化、信息處理的自動化及服務(wù)賦能的知識化。由于現(xiàn)實世界自然和人文現(xiàn)象紛繁多樣，時空關(guān)系多維動態(tài)、錯綜復(fù)雜，單純依靠數(shù)學(xué)模型或算法，已很難實現(xiàn)完整描述和時空問題求解[38-39]。因此，需要將計算機人工智能與測繪自然智能有機結(jié)合，構(gòu)建以知識為引導(dǎo)、數(shù)據(jù)為驅(qū)動、算法為基礎(chǔ)、服務(wù)計算為支撐的時空型混合智能計算范式，提升實景三維信息建模、連接、認(rèn)知與服務(wù)的智能化水平[40-45]。

2

總體架構(gòu)

實景三維中國的總體技術(shù)架構(gòu)包括數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系、服務(wù)賦能體系、數(shù)智技術(shù)體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系以及基礎(chǔ)設(shè)施和政策法規(guī)等，如圖2所示。

圖2 實景三維中國的總體架構(gòu)

1實景三維產(chǎn)品體系

根據(jù)實體化、立體化和真實化的要求，本文對原有4D產(chǎn)品進(jìn)行繼承與擴(kuò)展，研發(fā)地理實體、地理場景和動態(tài)實景三類新型產(chǎn)品，構(gòu)建實景三維數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系，以更好地描述和表達(dá)現(xiàn)實世界的地形起伏、自然要素、人工設(shè)施和管理單元等。

（1）地理實體產(chǎn)品。現(xiàn)實世界中存在著眾多的多類型、多層級、多粒度地理實體，它們占據(jù)一定且連續(xù)的空間位置或范圍，具有同一屬性或完整功能，彼此間易于相互區(qū)分，可以用作關(guān)聯(lián)和掛接各類社會經(jīng)濟(jì)信息的重要時空載體[1,26,46]。值得說明的是，以往地形要素數(shù)據(jù)產(chǎn)品是采用數(shù)據(jù)分層，面向地形圖制圖的矢量模型[47]，對地形地物要素進(jìn)行離散化抽象描述與表達(dá)，缺乏實體化的識別、標(biāo)定與表達(dá)。如，城市道路由主干道路段、次干道路段、人行道、交叉口、路燈、臺階、行樹、綠化帶等多種實體對象及相互關(guān)系構(gòu)成，但以往采集生產(chǎn)的要素數(shù)據(jù)是離散化的，每個要素是孤立表達(dá)的，實體對象沒有形成一個整體，道路、路段、附屬設(shè)施等實體之間也未建立關(guān)系，因而缺乏整體性和關(guān)聯(lián)性[48]。本文提出要設(shè)計生產(chǎn)多類型、多層級、多粒度的地理實體產(chǎn)品，對其空間分布、關(guān)聯(lián)關(guān)系、屬性特征、時間特征、編碼方式等進(jìn)行描述與表達(dá)，以便于進(jìn)行實體化的查詢、統(tǒng)計、分析，方便連接各類社會經(jīng)濟(jì)信息。

地理實體包含基礎(chǔ)類和專題類兩種實體類型。前者具有基礎(chǔ)性和公共型的特點，后者由專業(yè)部門（如文物、水利等）根據(jù)其各自的領(lǐng)域需求，在基礎(chǔ)地理實體基礎(chǔ)上拓展與豐富而成。一般說來，基礎(chǔ)地理實體由測繪部門研制生產(chǎn)，如北京市基礎(chǔ)地理實體建模分為3個一級類、11個二級類、65個三級類、328個四級類和101個擴(kuò)展類[49]。在實際工作中，往往需要測繪部門與專業(yè)部門本著共建共享、持續(xù)更新、深化應(yīng)用的要求，共同設(shè)計，協(xié)同建設(shè)。鑒于地理實體的多尺度性，需要定義和研制宏觀、中觀、微觀等不同尺度的地理實體產(chǎn)品。如，可采用1∶50 000 DLG轉(zhuǎn)換生產(chǎn)或新測生產(chǎn)覆蓋全國陸地及主要島嶼的宏觀產(chǎn)品，采用1∶10 000、1∶5000 DLG轉(zhuǎn)換生產(chǎn)或新測生產(chǎn)覆蓋省級行政區(qū)域的中觀產(chǎn)品，用1∶2000、1∶1000、1∶500等DLG轉(zhuǎn)換生產(chǎn)或新測生產(chǎn)覆蓋重點管理區(qū)的微觀產(chǎn)品。此外，根據(jù)地理實體的多粒度特性，還應(yīng)進(jìn)一步細(xì)化設(shè)計和研制具有不同粒度的地理實體產(chǎn)品，以實現(xiàn)從整體到局部的地理實體多粒度建模與表達(dá)。

圖3 實景三維數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系

（2）地理場景產(chǎn)品。當(dāng)前人們主要使用專業(yè)軟件或特定平臺，分別調(diào)用DEM/DSM和DOM等數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)發(fā)布和集成顯示，生成反映大區(qū)域地形地貌、城市地物的高低起伏、表面紋理等地理環(huán)境的三維可視化場景。雖具有一定的三維可視化效果和瀏覽能力，但其背后并沒有形成真正的三維地理場景產(chǎn)品，難以支撐高層次的時空分析與應(yīng)用[50-52]。為此，應(yīng)針對地形、城市地表等自然或人文景觀，對DEM、DOM、傾斜模型等數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理和一體化存儲管理，形成一類獨立存在、可直接應(yīng)用的三維地理場景產(chǎn)品，能夠有效地支持三維瀏覽、空間量算、立體分析等，更好地滿足數(shù)據(jù)交換以及現(xiàn)實世界的數(shù)字化描述和對地理環(huán)境的空間感知與認(rèn)知等需求。

地理場景產(chǎn)品可表現(xiàn)為地形場景和城市場景。前者主要側(cè)重大區(qū)域地理環(huán)境的三維表達(dá)，目前可研制米級和分米級兩類產(chǎn)品。其中，米級產(chǎn)品使用5 m、10 m格網(wǎng)尺寸的DEM/DSM和1 m、2 m分辨率的DOM，覆蓋全國陸地及主要島嶼，DEM/DSM以年為周期進(jìn)行更新，DOM以季度或年度為周期進(jìn)行更新；分米級產(chǎn)品使用優(yōu)于2 m格網(wǎng)尺寸的DEM/DSM和優(yōu)于1 m分辨率DOM數(shù)據(jù)，覆蓋全國重點區(qū)域，DEM/DSM以年為周期進(jìn)行更新，DOM則可按需更新。后者重點是對室內(nèi)外、地上下各類城市空間的三維場景表達(dá)，由各類城市Mesh三維模型產(chǎn)品組成，主要分為分米級和厘米級，覆蓋城鎮(zhèn)開發(fā)邊界范圍。

（3）地理實景產(chǎn)品。在前述地理場景的基礎(chǔ)上，動態(tài)地接入物聯(lián)感知、社會經(jīng)濟(jì)、時空軌跡等實時信息，實現(xiàn)地理實體與場景的矢柵一體化存儲、融合表達(dá)，可形成具有動態(tài)特性的地理實景產(chǎn)品。這樣就可以利用廣泛布設(shè)、云互聯(lián)的多模感知手段，將跨地域、跨行業(yè)、多模態(tài)的視頻、文本等數(shù)據(jù)資源整合起來，打造形成空間無縫、時間連續(xù)的動態(tài)地理場景[4]。

根據(jù)表達(dá)尺度，地理實景可進(jìn)一步表現(xiàn)為地形實景、城市實景、復(fù)合實景等。其中地形實景由宏觀、中觀地理實體與地形場景復(fù)合組成，重點實現(xiàn)對生態(tài)空間的數(shù)字映射，是城市和復(fù)合實景數(shù)據(jù)的承載基礎(chǔ)，支撐大區(qū)域地理環(huán)境和對象的直觀感知和認(rèn)知；城市實景由中觀、微觀地理實體與城市場景組成，側(cè)重于對城市空間地理環(huán)境和地理對象的感知與認(rèn)知，重點實現(xiàn)對生產(chǎn)和生活空間的數(shù)字映射；復(fù)合實景則是各類實景三維及物聯(lián)感知信息組裝形成，側(cè)重于支撐跨層級、跨粒度、跨時相地理環(huán)境的感知和認(rèn)知。

2服務(wù)賦能體系

服務(wù)賦能是以云網(wǎng)融合、跨域互聯(lián)的信息化基礎(chǔ)設(shè)施為支撐，通過構(gòu)建動態(tài)服務(wù)計算和開放技術(shù)生態(tài)，形成實時匯聚、高效連接、融合計算等功能，提供時空連接、時空計算、時空智能等服務(wù)能力，如圖4所示。

圖4 實景三維服務(wù)賦能體系

（1）時空連接服務(wù)：以往人們主要是通過公共編碼、位置匹配或關(guān)系計算等，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)信息之間的時空關(guān)聯(lián)、跨域連接，但面臨著自動化程度低、時效性差等困境[53]。實景三維中國將在“數(shù)字中國”大廈中起到三維時空框架的作用，利用具有獨立身份編碼的地理實體和多類型的地理場景等，作為公共錨點或紐帶，關(guān)聯(lián)各種自然資源、不動產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境、空間規(guī)劃等實體或要素，實現(xiàn)跨領(lǐng)域、跨業(yè)務(wù)的信息掛接，解決信息融通的難題[21]。

（2）時空計算服務(wù)：傳統(tǒng)集中式計算平臺面臨的應(yīng)用拓展難、算法共享難等問題，應(yīng)綜合考慮算力、算法兩大因素，構(gòu)建實景三維大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)各種算法的實時調(diào)用與有效組合，支撐海量時空大數(shù)據(jù)的計算處理[54]。為此，要充分整合與實景三維有關(guān)的空間分析模型與算法，集成研發(fā)實景三維算法商城，使各類用戶集各家之所長，低門檻地按需調(diào)用時空計算資源，支撐空間計算、時空分析、模擬研判、知識挖掘等，從而構(gòu)建開放技術(shù)生態(tài)，提升產(chǎn)業(yè)鏈韌性和安全水平，避免對國內(nèi)外單一平臺的依賴[54-56]。

（3）時空智能服務(wù)：在實景三維的數(shù)字空間中發(fā)現(xiàn)問題，提出解決方案，在現(xiàn)實的“物理空間”或人類活動的“社會空間”發(fā)揮作用，是實景三維時空智能服務(wù)的重要任務(wù)[12,57-58]。如，城市低效空間量大面廣、增效潛力巨大，但底數(shù)不清、機理不明。可將實景三維和城市用地專題數(shù)據(jù)融合，開展基于實景三維的城市低效用地實景化識別、精準(zhǔn)化評估、智能化優(yōu)化，實現(xiàn)查得清、判得明、改得準(zhǔn)[59]。

3數(shù)智技術(shù)體系

為了有效支撐實景三維中國的數(shù)據(jù)生產(chǎn)、成果管理、賦能服務(wù)，應(yīng)以數(shù)字化測繪技術(shù)體系為基礎(chǔ)，綜合運用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建實景三維的數(shù)智化技術(shù)體系，實現(xiàn)數(shù)智化生產(chǎn)、實體化管理、知識化服務(wù)。

（1）數(shù)智化生產(chǎn)。與4D產(chǎn)品相比，實景三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)的技術(shù)更為復(fù)雜，包括立體化采集、實體化建模、真實化表達(dá)等核心問題，涉及場景模型單體化分割、實體信息語義化映射、點云數(shù)據(jù)知識化分類等關(guān)鍵技術(shù)，需要構(gòu)建體系化的生產(chǎn)技術(shù)平臺，以實現(xiàn)地理實體、實景數(shù)據(jù)等的高效采集、信息提取、重構(gòu)轉(zhuǎn)換及融合等[12]。

（2）實體化管理。針對傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)庫以圖幅、要素管理為特征存在的不足，采用廣義地理實體管理的思路，對地理實體、地理場景與地理實景等不同類型數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行邏輯整合集成，建立“物理分散、邏輯統(tǒng)一”的實景三維數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，采用縱向跨尺度、橫向跨類型的數(shù)據(jù)庫在線或離線共享互操作技術(shù)，建立不同層級基礎(chǔ)實體及專題實體的聯(lián)動更新機制。

（3）知識化服務(wù)。實景三維大數(shù)據(jù)平臺應(yīng)發(fā)展公共服務(wù)型和自主構(gòu)建型兩類知識化服務(wù)，向用戶提供描述型、診斷型、預(yù)測型和方案型4類時空知識服務(wù)，以支撐智能化的時空感知、時空認(rèn)知和時空管控等[1]。

3

主體技術(shù)

進(jìn)一步分析可知，實景三維中國構(gòu)建不同于傳統(tǒng)的4D產(chǎn)品生產(chǎn)，也有別于以往的攝影測量三維重構(gòu)，以實體化建模、立體化重構(gòu)、真實化表達(dá)、知識化服務(wù)為其主體技術(shù)，如圖5所示。

圖5 實景三維中國的主體技術(shù)

（1）實體化建模。是基于面向?qū)ο蟮乃枷耄瑢⒍嗑S動態(tài)現(xiàn)實世界中紛繁多樣的地物現(xiàn)象劃分為獨立的地理實體，通過實體化抽象建模、多粒度采集處理、語義化信息轉(zhuǎn)換，構(gòu)建成多類型、多層級、多粒度的地理實體模型，實現(xiàn)精準(zhǔn)描述與表達(dá)[60]。其中實體化抽象建模是根據(jù)復(fù)雜地物對象的時空特征、幾何結(jié)構(gòu)、功能行為及關(guān)聯(lián)關(guān)系等，抽象出多類型、多粒度的地理實體，形成有關(guān)對象定義與關(guān)聯(lián)邏輯的地理實體概念模型，并制定地理實體唯一編碼，對不同類型地理實體語義、位置、形態(tài)、過程、關(guān)系和屬性等進(jìn)行統(tǒng)一描述與精準(zhǔn)刻畫[61]；多粒度采集處理則是針對宏觀、中觀、微觀不同尺度下的空間認(rèn)知和表達(dá)需求，進(jìn)行實體時空分布與屬性特征的分解、采集、表達(dá)[62]；語義化信息轉(zhuǎn)換是綜合運用標(biāo)識信息關(guān)聯(lián)、空間位置匹配、語義信息關(guān)聯(lián)等手段，解決異構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、多復(fù)雜度模型整合等問題，實現(xiàn)多源地理實體的語義、空間以及聚合層次關(guān)系的自動轉(zhuǎn)換[63]。

（2）立體化重構(gòu)。近年來人們一直采用攝影測量三維重構(gòu)、激光掃描數(shù)據(jù)處理和多源數(shù)據(jù)整合等技術(shù)手段，對空天地遙感、低空和地面測量等多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息處理，生成三維立體模型，但仍面臨著自動化手段不足、采集建模成本高、大范圍數(shù)據(jù)更新慢等難題。需要發(fā)展多源測量手段的聯(lián)合建模、基于人工智能的自動構(gòu)模、立體結(jié)構(gòu)的快速變化檢測與增量更新等手段，實現(xiàn)城市密集區(qū)復(fù)雜場景的自動采集建模、大區(qū)域地理實景快速構(gòu)建，提高效率、降低成本[19-20,64-67]。

（3）真實化描述。指通過紋理映射、屬性信息關(guān)聯(lián)、物聯(lián)感知數(shù)據(jù)融合等手段，解決多源紋理定向與映射處理、屬性信息采集與關(guān)聯(lián)、異構(gòu)物聯(lián)感知數(shù)據(jù)與地理實體、地理場景融合等問題，為三維立體模型添加真實紋理、語義屬性和實時動態(tài)信息，形成高度逼真的地理實景。其中紋理映射主要通過精確的參數(shù)定向及不同視角的紋理數(shù)據(jù)快速糾正與色彩處理實現(xiàn)，而紋理定向是通過紋理數(shù)據(jù)與立體影像空三模型的混合區(qū)域網(wǎng)平差，實現(xiàn)兩者的精確配準(zhǔn)[68]。異構(gòu)物聯(lián)感知數(shù)據(jù)融合則是根據(jù)感知數(shù)據(jù)的變化規(guī)律和時空相關(guān)性，采用概率統(tǒng)計、近鄰分析和分類識別等方法，在感知節(jié)點、整體或局部網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)清洗，并通過視頻關(guān)鍵幀提取、時序變化檢測等技術(shù)，解析出物聯(lián)感知數(shù)據(jù)中獲取的關(guān)鍵信息，實現(xiàn)異構(gòu)物聯(lián)感知數(shù)據(jù)的信息融合。屬性信息關(guān)聯(lián)是根據(jù)地理實體與社會經(jīng)濟(jì)、專業(yè)信息的內(nèi)在關(guān)系，通過同名實體匹配、多源屬性傳遞、屬性協(xié)同掛接等方式，豐富地理實體的屬性，并保持其現(xiàn)勢性[23]。

（4）知識化服務(wù)。為實現(xiàn)基于實景三維數(shù)據(jù)的描述型、診斷型、預(yù)測型、方案型知識服務(wù)，需研究發(fā)展三維時空知識的建模表達(dá)、計算推理、智能構(gòu)建等技術(shù)。其中三維時空知識的建模表達(dá)是以時空本體構(gòu)建方法為基礎(chǔ)，對傳統(tǒng)的知識三元組進(jìn)行拓展，增加時間維和空間維（X，Y，Z），繼而采集領(lǐng)域?qū)ο蟮奈恢梅植肌缀涡螒B(tài)、屬性特征、成因機理、演化過程及相互關(guān)系等知識，進(jìn)行結(jié)構(gòu)化建模，構(gòu)建時空型知識圖譜，實現(xiàn)領(lǐng)域知識的一體化表達(dá)與存儲[5,69-70]。時空知識計算推理則要通過多元實體的時空關(guān)聯(lián)、知識挖掘、關(guān)系推理和事件研判等，支持基于實景三維數(shù)據(jù)的態(tài)勢感知、場景認(rèn)知、形勢預(yù)判和宏觀決策等[71]。時空智能構(gòu)建是在時空智能計算引擎的支持下，允許用戶自主定義應(yīng)用場景，進(jìn)行建模和流程編排，進(jìn)行空間格局解析、結(jié)構(gòu)診斷、成因分析及趨勢預(yù)測[1]。

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重要賦能場景

打通應(yīng)用的最后一公里，是實景三維中國建設(shè)面臨的一大挑戰(zhàn)。為此，應(yīng)大力推動其與“數(shù)字中國”建設(shè)的深度融合，打造實景三維賦能數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字治理、數(shù)字生活、數(shù)字文化、數(shù)字生態(tài)文明的重要應(yīng)用場景。

（1）賦能數(shù)字經(jīng)濟(jì)。數(shù)字經(jīng)濟(jì)是以數(shù)據(jù)資源為關(guān)鍵要素，以現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)為主要載體，以信息通信技術(shù)融合應(yīng)用、全要素數(shù)字化轉(zhuǎn)型為重要推動力，促進(jìn)公平與效率更加統(tǒng)一的新經(jīng)濟(jì)形態(tài)[72-73]。在實景三維時空信息的支持下，經(jīng)濟(jì)活動主體可望更好地突破溝通和協(xié)作的時空約束，實現(xiàn)跨地域、高效率的供應(yīng)、生產(chǎn)和服務(wù)[1]。目前我國正在大力發(fā)展低空經(jīng)濟(jì)，但低空環(huán)境復(fù)雜多變，既有樓宇密布、人口密集、天氣多變、飛鳥干擾等動靜態(tài)、不確定因素，也有低空局部大氣湍流、復(fù)雜電磁環(huán)境等帶來的公共安全、噪音污染等隱患。利用實景三維數(shù)據(jù)，可以更好地進(jìn)行低空空域規(guī)劃，研發(fā)低空三維導(dǎo)航地圖，構(gòu)建城市空地協(xié)同的立體智慧通航系統(tǒng)，從而有效地支撐低空航路規(guī)劃、空域線路管控、飛行安全預(yù)警等，保障低空運行安全，助力低空經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

（2）賦能數(shù)字治理。利用實景三維時空信息提供的時空關(guān)聯(lián)、時空計算、時空智能等功能，可以更好地打通線上線下的治理資源，打破層級、地域、部門、業(yè)態(tài)的限制，實現(xiàn)條塊結(jié)合與部門聯(lián)動的治理合力，助力大范圍資源的精準(zhǔn)分配和時空契合[1,74-75]。如，將實景三維與不動產(chǎn)登記信息有機整合，市場監(jiān)管部門可以更加直觀地了解市場主體的時空分布，方便辦理企業(yè)注冊、變更、注銷等業(yè)務(wù)，從而提高對市場主體服務(wù)和監(jiān)管的能力。

（3）賦能數(shù)字生活。數(shù)字生活是依托互聯(lián)網(wǎng)和時空信息等諸多技術(shù)，打造各類社會生活服務(wù)的信息平臺，給人們帶來更好的生活方式和更便捷的生活體驗[76]。將實景三維數(shù)字空間與便民生活資源深度融合，可以實現(xiàn)室內(nèi)外環(huán)境和各類物件的精細(xì)管理與分析模擬，建立更多的時空型社會生活服務(wù)信息平臺，提供基于實景三維的健身、養(yǎng)老、就業(yè)、家政等時空信息服務(wù)[77]，進(jìn)一步提升人民群眾的獲得感、幸福感、安全感。

（4）賦能數(shù)字文化。在實景三維時空信息技術(shù)的支持下，可以利用我國豐富的文化資源和寶貴的文化遺產(chǎn)，打造出體驗性好、互動性強、豐富多彩的新型文化服務(wù)業(yè)態(tài)，實現(xiàn)文化傳播與內(nèi)容升級，促進(jìn)文旅融合和文物資源活化利用[78-80]。如，將實景三維與文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)融合，可以打造實景三維文化遺產(chǎn)，構(gòu)建數(shù)字三維博物館和實景三維旅游服務(wù)平臺，實現(xiàn)個性化路線規(guī)劃、三維打卡點推薦與導(dǎo)覽、時空軌跡和場景回放，提高游客的個性化體驗，助力文化遺產(chǎn)數(shù)字留存、虛擬修復(fù)及動態(tài)監(jiān)測等[81]。未來還會有越來越多的游戲廠商、社交平臺、影視制作公司等加入進(jìn)來，打造文旅融合的實景三維文化應(yīng)用新場景。這將有助于消弭城鄉(xiāng)、地域間的數(shù)字文化鴻溝，讓數(shù)字文化成果惠及全民[82-83]。

（5）數(shù)字生態(tài)文明。當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展已進(jìn)入加快綠色化、低碳化的高質(zhì)量發(fā)展階段，建設(shè)數(shù)字生態(tài)文明，推動綠色低碳發(fā)展，成為必然[84-86]。利用實景三維時空信息，可以加強對國土空間高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)深入研究，辨析資源約束、空間受限、環(huán)境影響、災(zāi)害風(fēng)險等問題及其根源，揭示人地關(guān)系矛盾的突出地域、時空過程及成因，從而摸清家底與發(fā)展條件、優(yōu)化空間發(fā)展格局、實現(xiàn)決策規(guī)劃的時空推演[25,87-88]，促進(jìn)人與自然和諧共生。

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結(jié)語

實景三維中國的理念新穎，內(nèi)涵豐富，對其深入研究、成功構(gòu)建與廣泛應(yīng)用，將會有力地支撐國家的高質(zhì)量發(fā)展和全社會的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。但就總體而言，實景三維中國建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，既涉及理論創(chuàng)新、技術(shù)突破、體系構(gòu)建等科技難題，也牽涉觀念更新、學(xué)科協(xié)同、政策保障等非技術(shù)因素。今后還要加強戰(zhàn)略分析研究，推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)跨界對接融合。

（1）加強戰(zhàn)略謀劃。應(yīng)本著繼承與發(fā)展的精神，通過實踐—認(rèn)識—再實踐—再認(rèn)識，創(chuàng)新科學(xué)理念，厘清技術(shù)邏輯，做好頂層設(shè)計和戰(zhàn)略謀劃。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)國家戰(zhàn)略需求和國家地方建設(shè)應(yīng)用的迫切需要，按照“整體規(guī)劃、協(xié)同建設(shè)、試點先行、分步推進(jìn)”的要求，明晰國家、省、市不同層級實景三維建設(shè)的內(nèi)容和技術(shù)實現(xiàn)途徑，提出分階段的工程建設(shè)任務(wù)，并提出資源整合、政策保障等配套措施，以滿足當(dāng)前急需、兼顧未來發(fā)展。

（2）推進(jìn)科技創(chuàng)新。應(yīng)堅持應(yīng)用導(dǎo)向和目標(biāo)導(dǎo)向，加強對實景三維中國建設(shè)的理論方法、關(guān)鍵技術(shù)和服務(wù)模式等方面的創(chuàng)新研究，研建數(shù)智化的實景三維技術(shù)體系及相應(yīng)的生產(chǎn)工具，構(gòu)建權(quán)威統(tǒng)一、覆蓋全域、動態(tài)更新的實景三維中國大數(shù)據(jù)平臺，聯(lián)合城市管理和行業(yè)部門打造形成豐富多彩的應(yīng)用場景。為此，要積極爭取各類科技項目的支持，把基礎(chǔ)打牢，把工具做好，把應(yīng)用做亮。

本文內(nèi)容來源于《測繪學(xué)報》2025年第4期（審圖號 GS京(2025)0870號）

引用格式：陳軍, 田海波, 高崟, 張元杰, 劉萬增, 武昊, 張宏偉, 黃蔚, 劉建軍. 實景三維中國的總體架構(gòu)與主體技術(shù) [J]. 測繪學(xué)報, 2025, 54(4): 636-649 doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240115

作者簡介：陳軍（1956—），男，教授，中國工程院院士，研究方向為時空信息建模、更新與服務(wù)

來源：中國測繪學(xué)會