2021年自然资源部办公厅印发的《实景三维中国建设技术大纲（2021版）》，明确了实景三维中国建设的成果体系。通过梳理与对比，实景三维宁夏的实景三维地形场景、城镇实景三维Mesh模型、DEM、数字正射影像图（digital orthophoto map，DOM）和TDOM等为地形级地理场景，城镇实景三维单体化模型为基础地理实体三维表现产品。实景三维宁夏成果体系整体与国家技术大纲成果体系一致，技术大纲中部件级三维模型宁夏尚未构建，而宁夏构建的乡村三维框架模型在技术大纲建设中并未涉及。

       2.2  成果特点

实景三维建设属于新型基础测绘体系，具有基础测绘的属性，应用和实践中为满足不同业务需求通过针对性建模实现定制化的三维成果。在实景三维宁夏建设中，通过建设和应用总结得到实景三维成果具备多源性、易用性、时效性和共享性的特点。多源性体现充分继承现有基础测绘成果，又创新扩展新产品类型，实现成果易用性；同时，为符合高质量发展需求，时效性是管理工作对数据的重要需求，充分继承现有成果体系可实现数据及时更新，保障其时效性。多源性、易用性、时效性使得成果应用面既延续已有服务领域，也扩展了新的应用领域，进而实现成果的共享。

1）多源性

从发展和需求来看，实景三维成果包括传统的基础测绘成果，如DOM、DEM等，基于已有成果融合的成果，如三维地形场景、白模等，以及采用激光点云和同步定位与建图（simultaneous localization and mapping，SLAM）技术的新型成果及利用倾斜摄影测量、多源融合三维建模等新技术生产的Mesh模型、单体化模型等三维成果。实景三维宁夏建设充分利用覆盖全域的1︰2000基础地理信息数据库现有成果，通过融合0.2 m DOM和2 m网格DEM构建实景三维地形场景；提取数字线划图（digital line graph，DLG）数据的建筑物、构筑物矢量及点云DEM、数字表面模型（digital surface model，DSM）数据自动化构建乡村三维框架模型；基于倾斜摄影测量技术，在全区市县、工业园区等地分别构建分辨率优于0.02 m、0.03 m、0.05 m的城镇实景三维模型，同时采用立体卫星三维建模技术建设地级市城镇开发边界内城市三维模型（LOD1.3级），体现三维成果的多源性。

2）易用性

传统基础测绘的4D产品在我国发展建设中发挥重要作用，但目前的成果体系难以满足高质量发展需求，基础测绘要向三维甚至向多维发展。根据发展趋势，实景三维成果应具有语义化、单体化、结构化、实体化、轻量化的特点，并实现立体化重构、实体化表达、真实化描述（肖建华等，2021；丹妮，2022；陈军等，2022）。实景应分为“实”与“景”。“景”是景观，要求测绘产品不仅要精准还要好看，让普通人更易懂；“实”则包含真实、现实和实用（徐红，2022b）。这要求实景三维成果既要继承原有基础测绘成果的优点，还应按照需求提升成果的易用性。目前三维成果在可视化上已取得较好的成效，但在计算机识别和理解上还有差距，特别是面向城市的三维模型。常见的“一张皮”三维模型计算机难以理解，单体化模型可实现由计算机难懂到易懂，方便数据共享和管理，使其具有更好的易用性。宁夏在城镇实景三维模型构建中，对地表上建筑物、构筑物、附属设施等社会发展关联度高的基础地理实体进行了单体化建模。单体化建模主要有逻辑单体化和物理单体化两种（雷江涛等，2021）。宁夏建设中选择更加符合现实和结构化认知的物理单体化建模方式。

3）时效性

时效性是实景三维成果的关键因素。根据《宁夏回族自治区基础测绘“十四五”规划》，实景三维宁夏统筹考虑基础测绘、遥感影像、三维模型等多源成果的更新周期和模式。实景三维地形场景依托亚米级遥感影像按照每年四季度的频率更新，以及宁夏1︰2000基础地理信息数据库更新的0.2 m DOM按照四年全区域覆盖的频率更新，并同步建设实景三维宁夏成果数据库。

4）共享性

按照实景三维中国建设的整体部署，成果服务经济社会发展的能力应持续提升。通过深入的应用需求分析，实景三维应用前景广阔，可同时服务多行业、多领域，实现高价值的成果共享。为避免重复建设，在推动成果应用过程中需重点关注以下方面：①现有大部分业务应用开展所需相关数据均以地理信息系统（geographic information system，GIS）为基础，三维成果在数据格式、调用机制、平台构架等方面都与现有GIS体系有所不同，因此要保障三维GIS建设与已有成果的兼容性。②加强与城市信息模型（city information model，CIM）建设的数据互换共享。CIM建设分为7级，其中5~7级属于部件级构建，而可在1~4级与实景三维中国建设进行成果的整合与共享互用。③实景三维作为数字孪生的空间底座，在成果应用体系建设中应考虑接入物联网等社会化服务体系，并需关注接口标准化和安全性。

3  关键技术

以继承和创新为理念，坚持贯通与协同原则，开展实景三维地形场景、乡村三维框架模型及城镇实景三维模型构建，实景三维宁夏建设中采用以下关键技术。

1）基于DLG和点云的自动建模技术

针对乡村三维框架模型构建，采取层次四叉树索引算法组织全区海量点云（徐胜攀等，2013），计算四叉树的合理层数控制其深度，提高索引效率。根据DLG中房屋边界进行外扩并获取所在范

围内的所有点云，通过点云的高程信息和特征信息智能区分房屋内外点云数据，并分别确定地面点和房屋顶面的建筑物点。通过地面点构建三角网，选择范围内距离最近的两点连线作为起始基线，通过三角网的判别方法找出包含此边所在三角形的另一端点，依次处理所有新生成的边，直至所有的点都参与三角网构建。基于法向量和距离约束的点云分割方法（霍芃芃等，2019），对屋顶平面进行分割处理，确定屋脊线并将顶面点云进行分割。分割后的各个平面分别计算法向量，验核是否符合实际。将矢量模型面根据屋脊线进行切割，根据计算后的平面方程对各个屋顶面进行投影。将矢量模型面下移至地面高程处，获得底面和顶面后，根据对应的位置信息，进行拓扑构面，构建模型侧立面。模型纹理贴图根据房屋属性选择相应的素材库进行贴图。

2）地形场景与单体化模型无缝融合处理技术

针对单体化模型与三维场景融合易存在间隙的问题，利用约束Delaunay不规则三角网（Delaunay triangulated irregular network，D-TIN）实现房屋地基自动化置平。将单体建模采集建筑物边线作为约束三角网的边界，将建模过程中采集的房边界线以矢量格式导出，作为约束三角网的边界添加至地面点构成的D-TIN模型中；根据地面点高程自动生成房屋地基高，自动计算房屋边界与三角网的交点，作为特征点添加至D-TIN模型，并自动更新D-TIN，实现地基的自动置平。通过处理实现了建筑物或构筑物地基面与周围地势相符，实现单体模型与场景无缝融合。

3）复杂异形建筑物精细单体化建模方法

城市中复杂异形建筑物存在大量不规则曲面和浮雕，针对复杂异形建筑物建模，重点地物模型构建的精细度优于0.2 m，且数学精度需优于10 cm，单体化构建难度大且精度要求高，传统测绘建模软件难以达到要求的表达粒度与数学精度。在实景三维宁夏建设中，从模型设计角度出发，以图片和点云作为基础数据，采用Revit软件进行建模，点云可以反映异形建筑物的几何细节，实现复杂造型的几何结构建模。但由此生产的模型数据存储量较大，一个复杂建筑模型大小近400 MB，使用常规三维建模软件贴图较为困难，因此借助3ds Max工具对模型进行节点抽稀和面简化，实现模型数据量压缩至接近初始数据量的十分之一，最终通过Revit软件对模型进行贴图，形成复杂异形建筑的单体化建模方法。

4  成果应用实践

   实景三维中国总体技术的核心是厘清实景三维的服务对象与赋能对象、构建各种具体的应用场景。“怎么用”是落脚点，实景三维宁夏在建设中同步开展应用体系的培育，通过实践发现，实景三维成果在经济社会和自然资源管理中具有广阔应用前景，如图2所示。按照边建设边应用的方式，在重大项目选址、城市规划设计、文旅产业发展等方面探索了具体应用。

1）支撑重大项目选址

以实景三维地形场景为基底，叠加宁夏基础地理信息数据库、第三次土地调查数据库及其他各类专题数据，支撑自治区大型水利枢纽工程的坝体选址（图3（a）），并模拟开展淹没范围、耕地占用、电力线选线等分析，充分发挥实景三维的价值。

光伏发电是国家节能降碳战略的重要部署，为实现生态保护和重点产业协同发展，光伏选址应充分利用沙漠、戈壁、裸地等区域，同时还要充分考虑光照条件、地质灾害、施工条件等因素。宁夏利用实景三维成果对初步选址的图斑进行分析，科学剔除高山地无法施工、存在洪水和泥石流隐患及坡向向北的区域（图3（b）（c）），并为光伏潜力分析提供三维可视化分析服务。

2）辅助城市规划设计

城镇实景三维模型可应用于城市规划设计，在实景三维地形场景上叠加单体化模型，对拟开发区域进行建筑物规划设计方案比较，能直观展现建设后状态，还可以进行日照、天际线等分析，科学服务规划设计，如图4所示。同时，在土地用地审批等工作中，利用实景三维成果辅助进行合规性审查、未批先建监测等，直观、立体地保障各项业务工作开展。

3）赋能文旅产业发展

为积极响应大力发展文化旅游产业的战略布局，宁夏充分发挥实景三维成果优势赋能文旅产业发展，建立旅游景区实景三维模型，并将模型与VR/AR等技术融合，提供沉浸式的旅游体验，在虚拟现实中浏览和社交，助力和推动宁夏智慧文旅产业的发展。三维元游宁夏场景示意图如图5所示。

4）服务工业园区管理

工业园区土地节约集约利用评价是土地利用效率的重要指标，利用实景三维模型可以提高评价工作效率和精确度。宁夏在开展工业园区土地节约集约利用评价工作中探索使用实景三维模型补充提取建筑物、管道等地理实体的类型、层数、高度、面积等各类信息，获取计算容积率的基础数据，真实还原园区现状，节省了外业补充调查工作量，提高利用评价工作效率。工业园区土地节约集约利用评价三维模型如图6（a）所示。智慧园区建设也可充分利用实景三维成果，在实景三维中接入物联网，不断提升园区的数字化管理水平。

5）探索不动产立体化管理

目前不动产管理主要以二维空间数据和平面图为主，并逐步向三维产权体转变（应申等，2023）。实景三维建设可实现不动产立体化管理。宁夏基于实景三维成果探索三维不动产典型应用（图6（b）），利用不动产的分层分户数据和相关矢量数据，自动生成逻辑单体，同步挂接权籍属性信息，满足不动产立体化管理，实现精准到户，并科学排查相关历史遗留问题。

5  思考与建议

实景三维中国建设涉及因素复杂、技术难度极大，需要不断开展研究试点，进行理论与实践不断迭代升级，根据实景三维宁夏建设经验总结的思考与建议如下所述。

1）成果体系构成

地形级实景三维成果的应用服务需求较多，建设周期短、成本低，可充分利用已有基础测绘成果，依托基础测绘更新和各级卫星中心建设快速实现时序化地形场景构建。根据城市区域三维模型调研需求情况，城市级三维模型（LOD1.3级）通常可满足80%的应用需求，可利用立体卫星像对、DLG、点云等快速构建城市级三维模型（LOD1.3级；朱庆等，2022），对于基于倾斜摄影技术的城市级三维模型可稳步推进。

2）数据获取方法

对于精细化建模，采用航空器搭载倾斜航摄仪进行数据采集，根据建设粒度的要求选择是否同步采集激光点云、地面点云或街景数据。采用传统方式开展倾斜航摄效率高，但受航摄仪曝光间隔限制获取优于3 cm分辨率影像较困难，无人机航摄具有机动灵活特点，可采用无人机集群作业方式提升效率，对复杂、异形建筑物可采取优视摄影测量（李清泉等，2022）、贴近摄影测量等方法。相对航高为一百米至几百米，针对超高层建筑物时需注意加密航线，避免楼顶航摄重叠度低造成建模质量问题。

3）技术体系建设

立体卫星快速构建白模，需实现基于特征三维点、线、面的半自动化到全自动化的三维模型构建，城市级三维模型（LOD1.3级）可充分融合已有DLG和点云等数据实现高效构建。空三加密可采取摄区分区块空三加密、统一融合的方式处理，并对原始倾斜航片进行统一匀光匀色以解决模型花斑等问题。单体化模型需设置统一的模型原点，以避免单体化软件内部坐标位数限制导致的精度损失和抖动现象，使用唯一标识码对单体化模型进行管理，实现二三维数据的信息共享（李鹏和马建芳，2021；李鹏等，2022）。单体化建模要科学设置模型构建粒度，满足应用需求即可，粒度细化可能会造成工作量急剧增加；对于点状等地理实体，可利用三维符号模型库批量实现。城市级三维模型成果质检需综合考虑几何精度、纹理精度、时间精度等方面因素确定。

4）应用服务推广

实景三维成果是数据基础，要充分与时空大数据平台衔接，实现以实景三维为底座的多源数据同步服务。目前三维平台有基于浏览器 –服务器（browser/ server，B/S）、客户–服务器（client/server，C/S）两种架构，服务模式分为离线和在线两种，海量三维数据的调用对运算渲染能力、数据传输效率的要求很高。因此，应结合实际应用服务需求，依据应用的服务对象、应用领域、并发访问量、支撑环境等情况，选择合适的三维平台和服务模式。同时，积极培育应用生态体系，拓展服务领域，深度融入具体业务工作，不断迭代优化提高服务水平。当前物联网高速发展，实景三维建设时要充分考虑融合物联网（姚巍和王谱佐，2023），推动“泛在三维建模”生态环境的建设，大力探索基于手机、摄像头等传感器的三维建模技术体系，加大宣传力度，打造全社会参与三维建模和更新的“泛在测绘”新时代。

6  结  论

本文对实景三维宁夏建设进行了系统性总结，深入探讨了成果的分类与特点、关键技术及成果应用实践，针对建设过程中面临的技术难点和现实挑战，凝练相应的解决思路，并总结建设经验，提出了实景三维建设的相关建议。当前，实景三维中国仍处于建设初期，其建设和应用是一个复杂而艰巨的任务。宁夏作为较早启动实景三维建设的地区，在实践中不断探索，积累的部分经验和方法，均可为实景三维中国建设体系的完善提供有益的参考。

实景三维建设不是一蹴而就的，需学理与实践不断迭代、法理同步跟进。期待通过各省、市实景三维建设，促进区域资源整合，持续助力实景三维中国建设体系不断完善，挖掘时空信息赋能潜力，为经济社会发展和自然资源管理的高质量发展提供三维时空基础。

致 谢

感谢自然资源部国土测绘司对实景三维宁夏建设的指导及中国测绘科学研究院在技术体系建设的帮助。

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