什么是實景三維？2021年12月，自然資源部國土測繪司公布的《新型基礎(chǔ)測繪與實景三維中國技術(shù)文件-附件1》給出了這樣的描述：對一定范圍內(nèi)人類生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間進(jìn)行真實、立體、時序化反映和表達(dá)的數(shù)字空間，是新型基礎(chǔ)測繪的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，是國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和各部門信息化提供統(tǒng)一的空間基底。

中國工程院院士郭仁忠

這樣的數(shù)字空間是怎樣打造的？應(yīng)怎樣使用？能解決哪些問題？關(guān)于實景三維中國我們還有不少的疑問，本刊特別邀請到中國工程院院士郭仁忠，下面讓我們聽聽郭院士如何解讀。

4D數(shù)據(jù)與實景三維

實景三維是近年測繪行業(yè)的熱點話題，被看作是國家重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施。從4D數(shù)據(jù)（即DEM、DOM、DLG、DRG，以下均簡稱“4D數(shù)據(jù)”）到實景三維的技術(shù)進(jìn)步，是否意味著4D數(shù)據(jù)即將退出歷史的舞臺？

郭仁忠這樣認(rèn)為：“4D數(shù)據(jù)是測繪技術(shù)與行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的歷史性產(chǎn)品，與模擬成果相比，4D數(shù)據(jù)在生產(chǎn)、應(yīng)用和更新方面提供了更多的選擇，也展示了更多的優(yōu)勢，它代表了測繪科學(xué)與技術(shù)過去半個世紀(jì)的歷史性進(jìn)步?！爆F(xiàn)在，隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，測繪的成果在4D數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上走向了實景三維。

“按照我的理解，就像4D數(shù)據(jù)沒有取代紙質(zhì)地圖，實景三維也不會取代4D數(shù)據(jù)，不同的產(chǎn)品有不同的特點，不同的應(yīng)用場景會有不同的選擇。實景三維的優(yōu)勢在于高度逼真的場景重構(gòu)和虛實相濟(jì)的空間拓展，可以使依托環(huán)境的應(yīng)用得到更抽象的分析和更具象的呈現(xiàn)，從終端用戶的角度講，它更容易被接受，從專業(yè)用戶的角度講，它將降低地理信息應(yīng)用的技術(shù)門檻，有利于測繪技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展、應(yīng)用模式的創(chuàng)新和跨學(xué)科融合發(fā)展?！?/p>

“對測繪人來說，實景三維可以看作是一種新成果，從這個邏輯講，建設(shè)實景三維中國就是使用新型基礎(chǔ)測繪的新工具，生產(chǎn)新成果；從社會應(yīng)用來說，實景三維要比4D數(shù)據(jù)更進(jìn)一步，已經(jīng)上升為新型基礎(chǔ)設(shè)施，為社會的全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供有力的基礎(chǔ)支撐，它昭示著測繪科學(xué)和技術(shù)的社會角色進(jìn)行著根本性轉(zhuǎn)換及其作用的提升”郭仁忠說。

談到實景三維中國，或許有不少人將它當(dāng)作“高大上”的概念。就測繪行業(yè)內(nèi)而言，航空攝影測量、三維激光點云測量等新技術(shù)往往生產(chǎn)的依然是4D數(shù)據(jù)；就社會層面而言，普通群眾對實景三維中國更是缺少概念。

對此，郭仁忠表示，實景三維中國并不遙遠(yuǎn)。“從國家層面來講，實景三維中國建設(shè)將是一個比肩高鐵、北斗的戰(zhàn)略性重大基礎(chǔ)設(shè)施工程，需要時間，但是在城市層面，尤其是在小區(qū)域應(yīng)用層面，實景三維其實已經(jīng)得到了應(yīng)用，并且效果很好，在城市、城市群、省級乃至國家級的大規(guī)模應(yīng)用需要進(jìn)一步努力，但是我相信不會太遙遠(yuǎn)?！惫手艺f。

實景三維中國與智慧城市

4D數(shù)據(jù)產(chǎn)品有哪些不能解決的問題？為什么我們一定要建設(shè)實景三維中國？郭仁忠是這樣解釋的：“在智慧城市層面，我們需要將城市進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，也就是很多專家說的數(shù)字孿生城市，在這個數(shù)字環(huán)境中，很多情況下我們需要精細(xì)化、結(jié)構(gòu)化、對象化的地理環(huán)境表達(dá)，需要地上下、室內(nèi)外一體化的全空間連續(xù)尺度地理實體刻畫，我們還需要對地理環(huán)境進(jìn)行高逼真、沉浸式渲染，這些都是4D數(shù)據(jù)無法滿足的。”

智慧城市具有十分突出的創(chuàng)新驅(qū)動特征。智慧城市應(yīng)用的個性化、多元化特征明顯，且充滿創(chuàng)意和創(chuàng)新，大量的應(yīng)用場景是潛在和未知的，實景三維將我們帶進(jìn)一個虛擬的真實世界，有助于啟迪我們的思維，催生新的應(yīng)用。

對此，郭仁忠做了進(jìn)一步闡釋：在城市規(guī)劃、城市建筑設(shè)計方面，機(jī)場、車站、房產(chǎn)項目、公園、高層建筑等都可以將規(guī)劃設(shè)計方案嵌入數(shù)字孿生城市模型中，可視化判研、定量化分析、虛擬化模擬方案的合理性。

“以工業(yè)園區(qū)選址為例，現(xiàn)在城市規(guī)模越來越大，通勤越來越遠(yuǎn)，交通越來越堵，在產(chǎn)業(yè)園的區(qū)位選擇決策過程中，如果系統(tǒng)地分析其潛在的就業(yè)人口結(jié)構(gòu)畫像、交通通勤壓力、物流便利程度、配套設(shè)施需求等，就可以更科學(xué)地做出決策?；趯嵕叭S模型，我們可以集成融合各類城市數(shù)據(jù)，也就是地理信息界經(jīng)常講的城市時空大數(shù)據(jù)，進(jìn)行過去難以想象的極為復(fù)雜的分析，從而將城市建設(shè)得更宜居、更宜業(yè)、更低碳、更柔性。這樣的例子還有很多，比如，經(jīng)濟(jì)活動方面，一些休閑娛樂和公共服務(wù)場所需要數(shù)字化營銷，需要在線推介其真實三維場景，以吸引顧客；應(yīng)急管理中，人員如何疏散、緊急物資如何調(diào)配等……”

郭仁忠還特別提及地下空間建模的重要性。對智慧城市而言，只有室外的、露天的實景三維景觀是不夠的，除了室內(nèi)外，結(jié)構(gòu)化的地下建模，如燃?xì)?、自來水等管網(wǎng)也有信息化管理的需求。“城市地下管網(wǎng)的管理必須在三維模型中進(jìn)行，如有事故發(fā)生，需要在第一時間判斷故障的位置并采取應(yīng)急處置，如緊急關(guān)閉相關(guān)閥門，緊急疏散相關(guān)人員，數(shù)字化的管網(wǎng)模型不可或缺。所以，實景三維是貨真價實的新型基礎(chǔ)設(shè)施，它是社會治理信息化的重要支撐，沒有它，很多事很難管理、決策?！?/p>

有了實景三維的數(shù)字化城市模型，很多城市管理可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，甚至自動控制、自動預(yù)警，在城市中的使用場景非常多。國家測繪主管部門推動實景三維中國建設(shè)十分必要、十分及時，是一種主動擔(dān)當(dāng)和作為，且具有前瞻性。

“實現(xiàn)了對地上下、室內(nèi)外地理空間和實體對象的精細(xì)化、結(jié)構(gòu)化表達(dá)，就構(gòu)成了時空地理信息云平臺的基礎(chǔ)?！惫手艺f，“時空地理信息平臺就像一個舞臺，各類應(yīng)用就像是舞臺上上演的各類劇目，演出不能沒有舞臺，舞臺就是基礎(chǔ)設(shè)施?！?/p>

實景三維中國的應(yīng)用

“未來會有什么樣的‘劇目’？怎么演？我們還沒有完全打開腦洞?！惫手艺f，“我認(rèn)為未來實景三維將有非常廣闊的應(yīng)用場景，我們將在應(yīng)用的過程中慢慢打開腦洞?！?/p>

郭仁忠舉例說明了實景三維的應(yīng)用方向：“我們現(xiàn)在講‘碳中和’‘碳達(dá)峰’的‘雙碳’目標(biāo)，其中很重要的一項工作就是碳匯計算，我們可以根據(jù)草地、濕地或森林的植被數(shù)量做碳匯計算，但是我們只有植被面積是不夠的，我們還要知道植被覆蓋的疏密程度，甚至需要掌握植被的生長情況，才能盡可能準(zhǔn)確地實現(xiàn)碳匯計算；疫情期間，智慧旅游、在線旅游的概念非?；?，就是用實景三維將美景再現(xiàn)出來，給線上的游客一種身臨其境的感覺。我們傳統(tǒng)的測繪沒有這類應(yīng)用，不僅是應(yīng)用場景超出了傳統(tǒng)測繪的應(yīng)用范圍，新應(yīng)用也對我們提出了新挑戰(zhàn)?！?/span>

對于智慧旅游的例子，郭仁忠作了進(jìn)一步解釋：“比如黃山的松樹，我們用傳統(tǒng)測繪手段表達(dá)一棵樹很容易，但表達(dá)黃山松就不太容易了。簡單的模型不能滿足智慧旅游的需求，旅游場景不僅要形似，還要神似，而且隨著季節(jié)變化，自然景觀會不斷發(fā)生變化?！惫手业呐e例也說明了實景三維真實、立體、時序化的特征。

類似的實景三維應(yīng)用還有很多，對技術(shù)的要求也不盡相同。“實景三維滿足了當(dāng)下應(yīng)用場景，一些潛在的應(yīng)用場景我們目前還不是很清楚，隨著實景三維技術(shù)的發(fā)展，我們會發(fā)現(xiàn)新應(yīng)用場景，而城市發(fā)展反過來也會對實景三維提出新需求，就是說新型基礎(chǔ)測繪會帶著我們走進(jìn)實景三維中國，實景三維中國支撐一些新的城市應(yīng)用，在應(yīng)用的過程中催生新需求，反過來促進(jìn)測繪技術(shù)進(jìn)步，這是一個雙向的過程，是一個充滿想象的‘不歸路’，我們不妨邊做、邊看、邊想?！?/p>

實景三維的未來充滿想象，需要測繪人主動尋求新需求，也就是在跨學(xué)科、跨領(lǐng)域融合中尋找實景三維的用武之地。回憶起從紙質(zhì)地圖向4D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)型的過程，郭仁忠感慨道：“過去我們繪制好一張地圖，交付給使用對象，任務(wù)就算完成了，就像寫一本書放在圖書館，有沒有人看、誰看了、看過有什么想法，我們都不得而知?！?/p>

進(jìn)入4D數(shù)據(jù)時代，測繪與其他行業(yè)的交叉融合的趨勢就已經(jīng)顯現(xiàn)出來了，這一點在城市規(guī)劃、城市管理、應(yīng)急救災(zāi)等方面都有所體現(xiàn)?！拔磥韺I(yè)測繪技術(shù)人員會與其他專業(yè)人士共同工作，基于實景三維開發(fā)專業(yè)應(yīng)用，共同發(fā)現(xiàn)新需求?！惫手医ㄗh，“未來，測繪人要多學(xué)習(xí)其他領(lǐng)域的知識，更好地理解跨行業(yè)的需求?！?/p>

實景三維中國建設(shè)難題

郭仁忠認(rèn)為，實景三維中國建設(shè)實際上已經(jīng)在路上。在國家標(biāo)準(zhǔn)層面，自然資源部國土測繪司發(fā)布了《新型基礎(chǔ)測繪與實景三維中國建設(shè)技術(shù)文件》四個附件（以下簡稱《文件》）分別明確了實景三維的定義；基礎(chǔ)地理實體空間身份編碼規(guī)則；基礎(chǔ)地理實體分類、粒度、精度要求以及基礎(chǔ)地理實體元數(shù)據(jù)的組成與內(nèi)容。在技術(shù)層面，傾斜攝影測量技術(shù)、激光點云技術(shù)、仿真三維建模技術(shù)等已經(jīng)有了比較廣泛的應(yīng)用。那么實現(xiàn)實景三維中國還有哪些難點？

1 成本高、周期長、更新難

郭仁忠坦言，目前實景三維中國所需要的技術(shù)、設(shè)備、人員都已經(jīng)具備了?！白鍪强梢宰?，但是成本很高、周期很長。測繪人歷來追求的就是更高的效率、更小的成本、更高的精度，永遠(yuǎn)不會滿足。”

通過傾斜攝影測量、三維激光點云等技術(shù)可以將一個建筑的模型建立起來，但是需要大量的人工來實現(xiàn)人機(jī)交互，才能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化建模以滿足智慧化應(yīng)用?，F(xiàn)在很多高等院校、研究機(jī)構(gòu)，都在探索是否能夠提高它的自動化程度。

“以傾斜攝影測量為例，有些項目航測數(shù)據(jù)不夠，需要地面攝影進(jìn)行補(bǔ)充，如果我們不做好規(guī)劃，補(bǔ)拍的成本也是很高的，如果借助智能技術(shù)優(yōu)化設(shè)計，哪些地方需要拍，哪些地方不需要拍，就能節(jié)省大量的人力、物力和時間，這就產(chǎn)生了一個新的研究方向：優(yōu)視攝影測量。”

2 缺少類似經(jīng)驗

實景三維中國是一個宏大工程，是一項前所未有的新基建，需要動員大量的人力物力，以及將計劃一以貫之執(zhí)行的毅力?？梢哉f中國是首個提出這一計劃的大國，世界上還沒有哪個地理信息產(chǎn)品、項目能夠從規(guī)模、技術(shù)層面對標(biāo)實景三維中國。

“谷歌公司的Google Earth產(chǎn)品只是2.5D的圖像化表達(dá)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)達(dá)不到實景三維的要求，新加坡城市建模做得較好，但是其國家規(guī)模是城市級的。這意味著大規(guī)模的實景三維建設(shè)，我們只能自己摸著石頭過河，沒有成熟的工程經(jīng)驗可以借鑒?！?/p>

3 難以打通信息孤島

無論是技術(shù)領(lǐng)域，還是應(yīng)用領(lǐng)域，新型基礎(chǔ)測繪、實景三維都不是剛剛誕生的新事物，部件級的個性化的實景三維建設(shè)和應(yīng)用已經(jīng)有了不少的行業(yè)案例。比如一些企業(yè)、單位自發(fā)地做過一些智慧園區(qū)的探索。

但是實際上，在城市治理乃至國家治理層面問題要復(fù)雜得多。所以2019年起，國家安排了10個省市作為新型基礎(chǔ)測繪試點，希望能夠系統(tǒng)地積累智慧城市治理的經(jīng)驗。

“我們過去交通部門、環(huán)境部門、城市規(guī)劃部門往往有一些業(yè)務(wù)需要實景三維模型，但是這個模型建設(shè)成本高，重復(fù)建設(shè)就會導(dǎo)致資源浪費。”郭仁忠舉例道，“基礎(chǔ)設(shè)施是要為整個城市服務(wù)的，不能只為某個特定群體服務(wù)，我們把城市實景三維作為基礎(chǔ)設(shè)施，其道理跟修路相同，不能是公安局修一條路，教育局修一座橋，這樣城市就亂了；所以我們不能規(guī)劃部門建規(guī)劃部門的實景三維城市、交通部門有交通部門的實景三維城市，要建設(shè)一個能夠滿足各方需要的最大公約數(shù)的實景三維平臺?！?/p>

4 城市的需求復(fù)雜

智慧城市治理需求復(fù)雜，“目前沒有一個專家能夠說清楚，一個城市的治理有哪些方向。不同群體有不同的需求，而且隨著城市的發(fā)展，這些需求還在不斷發(fā)生變化?！惫手以诔鞘兄卫?、城市規(guī)劃領(lǐng)域深入研究多年，越發(fā)感覺到這是一個錯綜復(fù)雜的問題。

“新型基礎(chǔ)測繪試點就是從城市的視覺、整體的視覺來探索城市三維模型應(yīng)該怎么建，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是否合理，各部門怎么用，信息孤島怎樣打通等問題都要我們在實踐中積累經(jīng)驗。共建共享、信息共享的前提就是信息要滿足各方面需求，所以我們就需要一個頂層設(shè)計，需要一個從全局出發(fā)的系統(tǒng)解決方案，把大家的需求調(diào)研清楚。”

摸著石頭過河，不妨邊做邊看邊想

“如果不計成本的話，肯定什么事都能做，關(guān)鍵是我們要盡可能地做得更好，周期更短，效率更高，這是測繪人的追求?！睂嶋H上，整個實景三維中國實踐中，工程的組織實施、技術(shù)的研發(fā)進(jìn)步還有很多問題需要我們?nèi)ヌ剿魍晟啤?/p>

實景三維中國不僅在實踐中要摸著石頭過河，《文件》的指導(dǎo)也可能隨著實景三維中國的深入推進(jìn)，不斷迭代完善。對于《文件》，郭仁忠也有自己的看法：“《文件》對實景三維中國的精度、粒度、分類等要求和標(biāo)準(zhǔn)，是基于過去多年新型測繪轉(zhuǎn)型、數(shù)字地理空間框架積累的一系列經(jīng)驗，也包含了一些專家對未來的判斷，但是不等于這些規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是一成不變的?！?/span>

他將《文件》與機(jī)動車駕駛證考試標(biāo)準(zhǔn)做了比較，“過去我們只有手動檔的車，駕考的標(biāo)準(zhǔn)就是按照手動檔車的標(biāo)準(zhǔn)制定的，后來有了自動檔的車，相關(guān)的考核標(biāo)準(zhǔn)也隨之發(fā)生了變化，未來我們的車越來越智能，隨著自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，倒車入庫、側(cè)方停車等項目可以由車輛自己完成，也許那時駕駛證考核的標(biāo)準(zhǔn)可能還會發(fā)生變化。”

從這個角度來看，《文件》制定的分類、分級還是包含了一些先驗知識。未來這些分類、分級是否依然合理，猶未可知?！皣鴥?nèi)一個城市的智慧城市探索中曾有每一棵樹都賦一個二維碼的設(shè)想，這曾經(jīng)引發(fā)是否過度數(shù)字化的討論?！惫手艺f，“我們之所以建二維碼是為了對地理對象進(jìn)行管理，是否應(yīng)該建二維碼要看你的管理需求，一片樹林通常作為一個整體來管理，里面每棵樹不是獨立的管理對象，賦予二維碼的必要性就值得商榷了?！?/p>

從這個邏輯來說，是否對一個地理事物進(jìn)行單獨表述，作為單獨的對象進(jìn)行管理，精細(xì)化到什么程度，要跟城市管理需求、應(yīng)用場景掛鉤。目前我們還沒有非常成熟的經(jīng)驗，需要通過試點探索，邊做邊完善。

《文件》中提出“最大公約數(shù)”的說法，是說城市建設(shè)一個統(tǒng)一的實景三維基底，避免重復(fù)建設(shè)。如某一部門有定制化的、個性化的需求，又將實景三維延伸出了最小公倍數(shù)的問題。“實景三維城市的建設(shè)不能兼顧所有部門的所有需要，如果一項需求專業(yè)性特別強(qiáng)，且只有個別群體能夠使用，這就涉及到一個度的問題。”郭仁忠認(rèn)為，這個度如何判定，還是需要邊實踐，邊探索。

此外，因為可能涉及到信息安全問題，關(guān)于實景三維產(chǎn)品的使用權(quán)，職能界限還不清晰，“在這方面過去的做法叫做負(fù)面清單，我們首先假設(shè)數(shù)據(jù)全社會共享，再列舉哪些人不能用，什么情況下不能用。而實景三維中國已經(jīng)有點顛覆過去的思維和做法了，如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)安全問題，保管人員和使用人員誰的責(zé)任更大，我們目前還說不清楚，需要法律、技術(shù)、工程部門共同探索，也需要有新的思維來看新問題?！?/p>

實景三維將越用越好

即便實景三維中國的建設(shè)之路難題重重，充滿不確定性，郭仁忠還是對它的未來充滿信心?！拔蚁嘈牛瑢嵕叭S將在我們的探索和實踐中越來越好，應(yīng)用場景越來越多?！彼J(rèn)為網(wǎng)購、在線會議等事物，也是我們在過去想不到、不敢想的?！皩嵕叭S中國不斷完善，會啟發(fā)我們拓展它應(yīng)用的邊界，我們生活在城市中，社會經(jīng)濟(jì)、生活學(xué)習(xí)、休閑娛樂……所有與地理空間相關(guān)的問題，都有可能在實景三維中國的數(shù)字空間去推演、簡化?！?/p>

郭仁忠說：“雖然實景三維中國的未來應(yīng)用我們現(xiàn)在還看得不是很清楚，但是也不必心急，就像爬山一樣，我們爬得越高，就能看得越遠(yuǎn)，我們位于了什么樣的高度就決定了我們有什么樣的視野。我相信，實景三維中國建設(shè)，是測繪面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康的重要路徑，是測繪發(fā)展的新藍(lán)海，值得每一個測繪人重視！”

（圖片由受訪者提供）