“技術(shù)有效集成和自主創(chuàng)新應用快速構(gòu)建三維數(shù)字城市關(guān)鍵技術(shù)，這種技術(shù)瓶頸的突破，將為建設(shè)智慧城市提供了有力的空間支撐。”天津市勘察院副院長田春來在接受《中國科學報》記者采訪時如是說。

　　近年來，隸屬于天津市勘察院的天津市星際空間地理信息工程有限公司(簡稱“星際空間公司”) 立足于國際前沿研究技術(shù)，對三維空間數(shù)據(jù)獲取、處理、建模、存貯、集成等關(guān)鍵技術(shù)展開研究，成功突破了特大城市三維數(shù)字城市快速構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

　　三維數(shù)字城市建設(shè)已成為當今城市信息化研究和應用中的一個基礎(chǔ)性課題

　　當今世界，“數(shù)字地球”正向“智慧地球”轉(zhuǎn)型。

　　智慧城市是數(shù)字城市與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的產(chǎn)物，是城市全面數(shù)字化基礎(chǔ)之上建立的可視化和可量測的智能化城市管理和運營，包括城市的信息、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施以及在此基礎(chǔ)上建立網(wǎng)絡(luò)化的城市信息管理平臺與綜合決策支撐平臺。

　　“智慧城市的空間支撐是數(shù)字城市，數(shù)字城市與智慧城市具有承前啟后的緊密聯(lián)系。”天津市勘察院副總工程師、星際空間公司總經(jīng)理黃恩興認為，“三維數(shù)字城市”是在“二維數(shù)字城市”概念的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是三維地理信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和計算機技術(shù)等技術(shù)手段的綜合應用，實現(xiàn)了用真實三維數(shù)字場景來表現(xiàn)真實空間地理要素的目的，具有直觀、可視、精細表達三維空間的優(yōu)點;是城市信息化的基礎(chǔ)，是政府提升城市管理水平的手段。

　　“三維數(shù)字城市建設(shè)已成為當今城市信息化研究和應用中的一個基礎(chǔ)性課題。”黃恩興說。

　　黃恩興介紹，國內(nèi)較發(fā)達的大中型城市(如上海、深圳、廣州、武漢、重慶等)在城市規(guī)劃管理、規(guī)劃展示、城市建設(shè)等領(lǐng)域積極推行三維數(shù)字化城市建設(shè)技術(shù)，并逐步得到了一定應用。國際上，美國、歐洲、日本等發(fā)達國家先于我國展開相關(guān)研究，其整體研究水平和應用狀況目前同國內(nèi)發(fā)達地區(qū)相當。

　　多方因素造成三維數(shù)字城市建設(shè)難以適應現(xiàn)代城市建設(shè)和管理對多元信息的需求

　　“由于三維數(shù)字城市建設(shè)是一項周期長、投資大、技術(shù)難度很高的應用性課題，三維數(shù)據(jù)制作效率低、精度低、老化快，數(shù)據(jù)更新和系統(tǒng)維護困難，后續(xù)投資不足，難以滿足我國城市建設(shè)快速發(fā)展的需要。”星際空間公司技術(shù)總監(jiān)江貽芳坦言，一些三維數(shù)字城市建設(shè)也存在內(nèi)容單調(diào)、區(qū)域較小、功能較少、投資不足和重復投資等問題，難以適應現(xiàn)代城市建設(shè)和管理對多元信息的需求，大大地限制了三維數(shù)字城市功能、作用和效益的發(fā)揮。

　　在江貽芳看來，受現(xiàn)有軟硬件環(huán)境限制，大城市特別是特大城市海量高精細三維數(shù)據(jù)組織應用困難，難以實現(xiàn)多元信息集成應用，制約了三維數(shù)字城市的實用價值;海量三維空間數(shù)據(jù)的動態(tài)維護管理問題沒有得到有效解決;三維數(shù)字城市主要應用在虛擬展示和輔助規(guī)劃管理方面，應用廣度和深度有限。

　　突破三維數(shù)字城市關(guān)鍵技術(shù)瓶頸給力智慧城市空間支撐

　　星際空間公司航測事業(yè)部總工程師王國飛告訴記者，機載激光雷達測量主要采用基于單體建筑物和單向道路的設(shè)備檢校方案。由于檢校飛行過程中誤差模型的復雜性，現(xiàn)有設(shè)備檢校方案存在參數(shù)的檢校效果不佳、不能有效檢核檢校成果的可靠性等一系列局限性。

　　針對這一問題，天津星際空間公司提出了融合檢核功能的機載激光雷達測量設(shè)備檢校方法，通過檢校場特征地物的選取和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理方法的改進，提高了設(shè)備檢校精度和可靠性，并加強了測區(qū)航測數(shù)據(jù)成果的質(zhì)量控制能力。

　　據(jù)江貽芳介紹，近年來該公司集成機載和車載激光雷達測量技術(shù)，研究了融合檢核功能的機載激光雷達測量設(shè)備檢校方法、機載激光雷達測量點云整體平差技術(shù)、車載激光雷達測量點云整體平差技術(shù)、集成機載和車載激光雷達測量的建筑物高精細建模技術(shù)、基于車載激光雷達測量的城市部件智能化三維建模技術(shù)、機載和車載激光雷達測量質(zhì)量控制方案等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了城市三維空間數(shù)據(jù)快速獲取，制作完成了數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像和具有頂部細節(jié)的建筑物三維體框模型。

　　在此基礎(chǔ)上，通過融合車載點云和數(shù)碼照片，制作了具有側(cè)面精細結(jié)構(gòu)的建筑物模型成果;通過自主研發(fā)的激光雷達測量數(shù)據(jù)處理軟件，實現(xiàn)了基于車載激光雷達測量技術(shù)的城市部件智能化建模。

　　自2008年以來，該公司承擔了天津市三維數(shù)字城市建設(shè)，累計完成11919平方公里的三維數(shù)字地形模型、數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型及1400平方公里建筑物三維數(shù)字體框模型、近500平方公里三維數(shù)字精細模型的制作；開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的三維數(shù)字城市GIS管理平臺，實現(xiàn)了三維數(shù)字規(guī)劃方案輔助審批、二三維一體化的城市規(guī)劃管理。

　　“該項目圍繞三維數(shù)字城市信息的獲取、貯存、處理、查詢、分析、建模和制圖，充分利用激光雷達測量技術(shù)、衛(wèi)星導航定位技術(shù)、慣性導航定位技術(shù)、攝影測量技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等，通過技術(shù)整合、有效集成和自主創(chuàng)新研究和應用，形成了特大城市三維數(shù)字城市構(gòu)建和應用完整的方法、理論、規(guī)范、應用模式和軟件系統(tǒng)。”田春來說。

　　黃恩興介紹，目前該項技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于規(guī)劃、國土、應急、交通、經(jīng)濟、城市建設(shè)、數(shù)字測繪等領(lǐng)域。首次集成機載和車載激光雷達測量技術(shù)應用于特大城市三維數(shù)字化和信息化建設(shè)，并與河南、吉林等部分城市達成合作。軟件平臺和數(shù)據(jù)成果在天津市規(guī)劃、設(shè)計、交通、經(jīng)濟管理等部門深入應用。三維數(shù)字輔助設(shè)計已成為天津市城鄉(xiāng)建設(shè)的重要手段，并成功應用在包括津灣廣場、文化中心、梅江國際會展中心等70余項重點工程。數(shù)據(jù)處理技術(shù)已經(jīng)在青藏、川藏、新疆等公路勘測設(shè)計項目中得到應用。（高長安于娜）