三分钟读懂《实景三维中国建设技术大纲（2021版）》

2021年8月16日，自然资源部办公厅正式发布了《实景三维中国建设技术大纲（2021版）》（后简称《大纲》），这对全体测绘人来说，简直是翘首以盼的一份材料，看看朋友圈爆棚的景象就知道了。

那么，如何解读这份《大纲》呢？为了让广大测绘人更能理解自然资源部的精神，大势智慧结合自己在实景三维中多年的研发和生产经验以及对“新型基础测绘”理解的基础上，将《大纲》内容进行概括和解读，供广大同行参阅，不足之处敬请批评指正。

1. “实景三维中国”建设的背景和意义
《大纲》原文引用：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、以高质量发展为主题，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。

2. 什么是“实景三维”？
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。

我们用6张图来解释“实景三维”相较于现有测绘地理信息产品的六点提升：

一是从“抽象”到“真实”。从对现实世界进行抽象描述，转变为真实描述。

二是从“平面”到“立体”。从对现实世界进行“0-1-2”维表达，转变为三维表达。

三是从“静态”到“时序”。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。

四是从“按要素、分尺度”到“按实体、分精度”。从对现实世界分尺度表达，转变为按“实体粒度和空间精度”表达。

五是从“人理解”到“人机兼容理解”。从“机器难懂”转变为“机器易懂”。

六是从“陆地表层”到“全空间”。现有地理信息产品更侧重陆地表层空间的描述，实景三维实现“地上下、室内外、水上下”全空间的一体化描述。

3.“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。构成如下图：

整个“实景三维中国”建设中，最基础、工作量最大的是空间数据体的建设，该部分也备受测绘行业及周边人员关注，该部分构成如下图：

值得注意的是，“倾斜摄影三维模型”和“激光点云”已经被列入和传统4D产品同一级别的地理场景数据中。而且，地理实体生产中有一个重要的技术路线就是来自于“倾斜摄影三维模型”和“激光点云”的处理、抽取和加工。

无疑，“倾斜摄影三维模型”将是测绘行业未来最大的风口，其中涉及到的自动化重建、信息提取、语义化、表达等问题解决方案也将是行业争相占领的技术高地。

4. “实景三维中国”建设的技术路线如何解读
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，技术路线如下：

从《大纲》给出的技术路线图可以看出，整个“实景三维中国”的建设包含的关键点在于：

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。

5. “基础地理实体”数据如何生产？
《大纲》对“基础地理实体”生产描述如下：

以二维形式表达的基础地理实体通过已有数据转换、基于地理场景生成、基于高精度基础地理实体生成等方式生产。以三维形式表达的基础地理实体通过基于倾斜摄影三维模型生成、基于激光点云生成、基于其他方式生成等方式生产。

目前，社会上各测绘公司参与新型基础测绘试点的大量工作都集中在“三维形式表达的基础地理实体生产”，即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。

对于“基于倾斜摄影三维模型生成”大纲给出了2条技术路线，原文如下：

路线一：基于倾斜摄影三维模型通过深度学习模型识别二维形式表达的地理实体、进行滤噪处理、实体边缘矫正。基于二维形式表达的地理实体对倾斜摄影三维模型进行分割获得三维模型单体。通过构建语义描述框架、获取语义信息、语义与几何归一化、聚合层次关系建立等，实现语义属性关联。

路线二：按照地物实体采集精度选取适宜倾斜摄影三维模型，进行三角网及纹理裁剪，获取三维几何形状、纹理，通过漏洞填充、纹理修复等得到三维模型单体。通过构建语义描述框架、获取语义信息、语义与几何归一化处理、聚合层次关系建立等，实现语义属性关联。

我们对于《大纲》的理解如下：

（1）在倾斜摄影测量三维模型的基础上，通过自动化提取（路线一）或人工采编（路线二）的方法获得二维形式表达的地理实体；

（2）利用二维形式表达的地理实体对三维模型进行分割、修复等操作，得到三维模型单体；

（3）构建实体表达的语义框架，并对三维模型单体赋予语义属性。

6. “单体化建模”是“实景三维中国”建设的必要手段吗？
在新型基础测绘各级的试点项目中，我们看到大量“单体化建模”的需求，一度在测绘圈内形成了“新型基础测绘”就是“单体化建模”的事实认知。实际上，这是大家对“新型基础测绘”和“实景三维中国”的误解！原因如下：

（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（1平方公里的建筑物单体化建模需要熟练的建模师2人月的建模工作量），行业内多家数据生产公司在此投入大量的人力，建模人员叫苦不迭。而且，更重要的是，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）“三维模型单体”与“单体化建模”有本质区别

《大纲》描述了“实景三维中国”数据生产的过程，其中并未提及“单体化建模”手段，仅对“三维模型单体”做了解释：

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。

由上述解释可以看出，“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，利用智能化算法，在倾斜摄影三维模型上自动提取地物边界，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。

7. 企业怎样在“实景三维中国”中脱颖而出
依据《大纲》的技术路线解读可知，二维形式表达的基础地理实体生产主要依靠存量数据域方法进行生成，关键还得看三维形式表达的基础地理实体生产中企业如何提供新颖的解决方案。从三维基础地理实体生产的方式来看，本质上是通过倾斜三维模型、激光点云数据源重构重构物体的空间曲面模型，利用深度学习后者人工交互方式获取兴趣区域边界，分割获得三维模型单体。

因此，“实景三维中国”建设中，测绘与地理信息行业会更青睐企业的实景三维底层算法原创研发能力，如：融合倾斜影像与激光点云的三维重建、地物智能提取、三维模型切割、自动化生产单体模型等。

实景三维中国建设是落实国家新型基础设施建设的具体部署，从二维向三维的转化是地理信息产品的必然趋势，对于测绘公司而言，应拥抱倾斜摄影测量、激光扫描等三维新技术，关注前沿动态，做好生产转型准备。