航天宏圖持續(xù)實(shí)景三維探索，助力數(shù)字中國建設(shè)

　　20世紀(jì)90年代，衛(wèi)星遙感和GPS等技術(shù)得到了顯著進(jìn)步和普及應(yīng)用。衛(wèi)星遙感可以通過衛(wèi)星或航空器獲取大范圍、高分辨率的影像數(shù)據(jù)，并利用計(jì)算機(jī)處理方法將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，而GPS則可以提供精確的位置信息。基于這些技術(shù)，人們開始廣泛使用數(shù)字地圖來進(jìn)行導(dǎo)航、規(guī)劃和定位等活動(dòng)。這些數(shù)字地圖主要以二維平面形式呈現(xiàn)，包含了街道網(wǎng)絡(luò)、建筑物輪廓以及其他一些關(guān)鍵信息。它們不僅方便人們查找具體位置和路線規(guī)劃，還為城市管理者提供了重要參考資料。

　　然而，在二維平面上呈現(xiàn)的數(shù)字地圖存在著一定局限性。例如，只能借助圖標(biāo)的抽象方式來表達(dá)地理信息，無法直觀地感受整個(gè)地球的真實(shí)面貌�？臻g上，已經(jīng)從粗粒度走向細(xì)粒度，原有地圖的清晰度、分辨率和組織方式已經(jīng)不能滿足整個(gè)國家生產(chǎn)建設(shè)和管理的需求;內(nèi)容的粒度上，比如土地、土壤、植被原來分解得不夠精細(xì)逼真，用符號(hào)化表達(dá)也不便于各專業(yè)使用，需要通過實(shí)體化和語義化的實(shí)景三維方法來表達(dá)實(shí)體空間，來滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)空間信息的需求。

　　隨著元宇宙、AR、數(shù)字孿生等概念不斷深入生產(chǎn)、工作和人們的日常生活中，如何構(gòu)建一個(gè)更加智能、更加便捷、更可持續(xù)的實(shí)景三維虛擬世界，對(duì)未來的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展至關(guān)重要。

　　因此，實(shí)景三維技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并逐漸成為趨勢(shì)。借助于高程模型(DEM)、衛(wèi)星影像和三維建模技術(shù)等，實(shí)景三維建設(shè)得到了快速發(fā)展。通過采集大量真實(shí)環(huán)境中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)或圖片，并利用計(jì)算機(jī)處理方法進(jìn)行配準(zhǔn)、融合與重構(gòu)，可以生成高度精確并具有逼真效果的實(shí)景三維模型。這種模型不僅能夠提供更真實(shí)、直觀的視覺體驗(yàn)，還具備更多應(yīng)用場(chǎng)景和功能。

　　實(shí)景三維作為真實(shí)、立體、時(shí)序化反映人類生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間的時(shí)空信息，是國家重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施。在2022年2月，自然資源部發(fā)布的《關(guān)于全面推進(jìn)實(shí)景三維中國建設(shè)的通知》中，對(duì)實(shí)景三維成果的應(yīng)用提出明確要求：到2025年地級(jí)以上城市初步形成數(shù)字空間與現(xiàn)實(shí)空間實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)互通能力，為數(shù)字中國、數(shù)字政府和數(shù)字經(jīng)濟(jì)提供三維空間定位框架和分析基礎(chǔ)，50%以上的政府決策、生產(chǎn)調(diào)度和生活規(guī)劃可通過線上實(shí)景三維空間完成;到2035年，實(shí)景三維成果的應(yīng)用從地市延伸到縣級(jí)城市，應(yīng)用普適度要從2025年的50%提升到80%。在國家政策的支持下，實(shí)景三維技術(shù)得到快速應(yīng)用與發(fā)展。這是為了構(gòu)建數(shù)字中國建設(shè)的三維空間框架，提供基于三維空間定位的基準(zhǔn)服務(wù)，為數(shù)字中國提供統(tǒng)一的時(shí)空底座。

　　三維數(shù)字模型底座示意圖

　　在數(shù)字化時(shí)代下，實(shí)景三維中國建設(shè)是必然的趨勢(shì)，它將在城市規(guī)劃、交通管理、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)管理等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。同時(shí)實(shí)景三維中國建設(shè)也可應(yīng)用于文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保存中，為中國歷史文化、乃至世界歷史文化的傳承提供重要的數(shù)據(jù)保障。即真實(shí)場(chǎng)景的三維數(shù)字地圖。

　　智慧包頭實(shí)景三維地理信息平臺(tái)

　　實(shí)景三維中國建設(shè)是數(shù)字中國立體化呈現(xiàn)的方式，將各地的地形地貌、城市街道、建筑物、山川河道等真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行三維建模，整合到統(tǒng)一的數(shù)字空間框架中，這樣不僅具有高精度和高分辨率的特征，而且能夠提供實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)更新，為各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景提供可靠的時(shí)空大數(shù)據(jù)。

　　航天宏圖董事長王宇翔表示，實(shí)景三維中國建設(shè)的全面推進(jìn)無疑給測(cè)繪產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了一段紅利期，但機(jī)遇和挑戰(zhàn)是并存的。首先，對(duì)測(cè)繪企業(yè)來說有了更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，同時(shí)也必須看到，這么大的市場(chǎng)投資不可能只依賴政府，企業(yè)需要?jiǎng)?chuàng)新數(shù)據(jù)和平臺(tái)服務(wù)模式，要從數(shù)據(jù)生產(chǎn)商向數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)商轉(zhuǎn)變;其次，實(shí)景三維為主體的時(shí)空數(shù)據(jù)作為智慧城市的“數(shù)字化底板”應(yīng)用面很廣，企業(yè)也需要在智慧城市這樣“大廠”主導(dǎo)的大型工程中提高自身站位，提升測(cè)繪數(shù)據(jù)和政務(wù)數(shù)據(jù)、城市信息的整合能力;第三，元宇宙、數(shù)字孿生、人工智能等新技術(shù)將為實(shí)景三維的技術(shù)體系和應(yīng)用場(chǎng)景帶來革新，企業(yè)也要積極擁抱新技術(shù)、改革新工藝、創(chuàng)造新場(chǎng)景，不斷創(chuàng)新。

　　推進(jìn)實(shí)景三維中國建設(shè)，航天宏圖已做好準(zhǔn)備。作為國內(nèi)領(lǐng)先的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，自2008年成立以來，航天宏圖堅(jiān)持自主研發(fā)，積累了強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、優(yōu)秀的人才隊(duì)伍以及豐碩的行業(yè)應(yīng)用案例。

　　十余年來持續(xù)研發(fā)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)遙感與地理信息一體化軟件PIE(Pixel Information Expert)，擁有國內(nèi)首個(gè)遙感與地理信息云服務(wù)平臺(tái) PIE-Engine，基于 PIE結(jié)合實(shí)景三維中國建設(shè)需求，快速搭建研制了國產(chǎn)自主可控的實(shí)景三維模型制作與發(fā)布系統(tǒng)和三維時(shí)空大數(shù)據(jù)管理及可視化展示平臺(tái)，具備空天地多源數(shù)據(jù)獲取、海量空天地多源數(shù)據(jù)全自動(dòng)空中三角測(cè)量、集群并行傾斜攝影三維模型重建以及千人協(xié)同三維模型單體化等全鏈路實(shí)景三維工程服務(wù)能力。

　　航天宏圖“女媧星座”首批上天的“航天宏圖一號(hào)”分布式干涉SAR衛(wèi)星，擁有空天地多源數(shù)據(jù)完全自主采集、處理能力。在地形級(jí)實(shí)景三維上，為滿足應(yīng)用需求，可通過利用“宏圖一號(hào)”SAR衛(wèi)星和光學(xué)衛(wèi)星等遙感影像，獲取DEM、DOM等類型數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地形級(jí)實(shí)景三維的建設(shè)，服務(wù)宏觀規(guī)劃;在城市級(jí)實(shí)景三維上，基于無人機(jī)對(duì)指定范圍開展高分辨率(優(yōu)于3cm、5cm、10cm等)傾斜航攝，以服務(wù)精細(xì)化管理。

　　航天宏圖充分發(fā)揮自身衛(wèi)星遙感和無人機(jī)空天遙感技術(shù)優(yōu)勢(shì)，依托自研核心產(chǎn)品PIE，開發(fā)了實(shí)景三維模型制作與發(fā)布系統(tǒng)PIE-TDModeler，形成了富有航天宏圖特色的、體系完整、技術(shù)先進(jìn)的實(shí)景三維解決方案。該方案提供空天地多源數(shù)據(jù)獲取、海量空天地多源數(shù)據(jù)的全自動(dòng)空中三角測(cè)量、集群并行傾斜攝影三維模型重建以及千人協(xié)同三維模型單體化等全鏈路實(shí)景三維工程服務(wù)能力，為實(shí)景三維中國建設(shè)、基礎(chǔ)測(cè)繪發(fā)展提供從技術(shù)、應(yīng)用、安全等不同層面上的重要支撐手段。PIE-TDModeler具備室內(nèi)外、地上地下、水域陸地等多源數(shù)據(jù)一體化高精度建模處理、二三維地理實(shí)體構(gòu)建、入庫管理、發(fā)布展示、應(yīng)用分析等全鏈路服務(wù)的功能，產(chǎn)品完全自主可控。廣泛應(yīng)用于自然資源、智慧城市、橋隧檢測(cè)、 電力巡檢、施工監(jiān)測(cè)、軍警防務(wù)、應(yīng)急指揮等多個(gè)領(lǐng)域。

　　除了面向政府、企業(yè)推出的實(shí)景三維解決方案，航天宏圖秉承“科技改變世界，遙感走進(jìn)生活”的企業(yè)使命，在去年9月推出了首款面向大眾用戶的遙感移動(dòng)應(yīng)用“宏圖實(shí)景”APP，依靠時(shí)空大數(shù)據(jù)和AI算法推進(jìn)地圖3.0階段的探索，打造中國版沉浸式實(shí)景三維地圖。讓普通用戶也可以在日常生活中玩轉(zhuǎn)實(shí)景三維。

　　宏圖實(shí)景分別從城市模型(基于衛(wèi)星遙感影像的AI建模)、區(qū)域模型(基于無人機(jī)航拍的實(shí)景三維建模)以及VR模型(基于VR相機(jī)的精細(xì)場(chǎng)景建模)，打造三維實(shí)景應(yīng)用場(chǎng)景。值得一提的是，宏圖實(shí)景中的城市模型是航天宏圖AI團(tuán)隊(duì)基于遙感衛(wèi)星影像，利用多類別、多尺度的遙感解譯算法自動(dòng)識(shí)別建筑、道路、植被、水體等地物要素，提取地基輪廓、房屋高度、屋頂類型、墻面紋理等建筑屬性，然后按照不同建筑風(fēng)格的建模規(guī)則與過程建模算法，高效、全自動(dòng)完成。該技術(shù)也叫“基于單張遙感影像的城市建筑快速重建”，生成速度達(dá)到500 棟建筑/秒。相關(guān)技術(shù)和算法在DFC(Data Fusion Contest)2023大賽中的“建筑物實(shí)例分割與屋頂細(xì)粒度分類”與“面向多任務(wù)學(xué)習(xí)的城市建筑物提取與高度估計(jì)”雙賽道均獲得第一名。

　　AI三維城市建模技術(shù)路線圖

　　基于多類別/多尺度遙感解譯算法、多風(fēng)格建模規(guī)則與過程建模算法，宏圖實(shí)景以北京/上海/天津等8個(gè)城市主城區(qū)為試點(diǎn)，完成超過300萬棟建筑物的重建，形成三維實(shí)景模型，其中包含了自動(dòng)重建的三維模型底座，也融合了多種不同類別地物要素的重建結(jié)果、以及人工精細(xì)化建模的城市標(biāo)志性建筑。給用戶更加真實(shí)、更加細(xì)化、更加立體的實(shí)景地圖體驗(yàn)。城市實(shí)景三維底座是數(shù)字城市的重要組成部分，在城市管理、應(yīng)急指揮、城市規(guī)劃、資源展示中承擔(dān)著越來越重要的基礎(chǔ)支撐作用。

　　宏圖實(shí)景 APP 中城市三維數(shù)字底座示意圖

　　(從左至右：江蘇高淳實(shí)景三維模型、北京中央電視臺(tái)大樓及周邊建筑群、過程建模算法生成的建筑細(xì)節(jié)、上海東方明珠及周邊建筑群)

　　總的來說，實(shí)景三維中國建設(shè)將極大地促進(jìn)中國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。它是國家新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，是數(shù)字中國建設(shè)的基礎(chǔ)性工作;同時(shí)也可以促進(jìn)測(cè)繪地理信息行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展;也是推進(jìn)自然資源領(lǐng)域治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要保障。實(shí)景三維中國建設(shè)還可以促進(jìn)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新的增長點(diǎn)。