实景三维建设的“数字工厂”新探索丨中国广州丨广州市城市规划勘测设计研究院

实景三维建设洪流

实景三维

作为真实、立体、时序化反映人类生产、生活和生态空间的时空信息，通过“人机兼容、物联感知、泛在服务”实现数字空间与现实空间的实时关联互通，为数字中国提供统一的空间定位框架和分析基础，是国家重要的新型基础设施，是数字政府、数字经济重要的战略性数据资源和生产要素。

2021年是实景三维中国建设元年。按照新时期测绘事业“两支撑、一提升”的工作定位，切实做好实景三维中国建设，2021年8月至2022年4月，自然资源部办公厅先后印发《实景三维中国建设技术大纲（2021版）》《关于全面推进实景三维中国建设的通知》《基础测绘与实景三维中国建设技术文件1-7》等，全面扎实推进新型基础测绘与实景三维建设工作。

随着全国多地加快推进实景三维建设工作，在技术创新日新月异，多元应用百花齐放的实践洪流下，城市级实景三维建设也逐渐显现投资巨大、需求局限等问题。

广州市城市规划勘测设计研究院

（以下简称“广州市规划院”）立足技术探索、建设管理和实践应用的多维创新，基于国产软硬件装备，建立自主可控、高质高效的数据采集、处理、产品制作全流程新型生产模式，构建平台级和要素级多人在线协同“数字工厂”，

形成一套低成本、标准化、安全可靠、高效的测绘生产体系。

“数字工厂”建设思路

（一）成果谱系设计：一次测绘，多种成果

在城市1:500数字化地形图测绘中，传统生产方式是全野外数字化测图，目前已形成非常成熟的技术流程，但是该技术存在人工投入大、生产成本高、易受天气影响、工期不易控制等局限性。随着技术的进步和前期探索经验积累，广州市规划院

采用倾斜摄影和激光雷达相结合的新型测绘方式，基于一次测绘形成了数据基底一致、现势性统一的实景三维影像数据、数字化地形图数据、数字真正射影像图、数字高程模型数据等系列测绘产品，

实现一次投入、多种成果、多方受益，有效避免了重复测绘，最大限度节约资金，大大减少了外业人力投入，减少了天气对工期的影响，显著降低了生产成本，提升了工作效能，为形成时序化动态更新的测绘产品奠定了可靠的时空数据底座。

图1  全系列测绘成果

（二）技术生态构建：全流程国产化自主可控技术接入，摆脱技术“卡脖子”困境

在硬件方面，广州市规划院利用直升机平台，基于国产多视角航空摄影仪与机载激光扫描设备的系统集成倾斜摄影方案，该方案具有航高低，空域协调容易、数据处理简单、成像质量佳、色彩还原度高、侧面纹理丰富、价钱实惠等特点，实现了高分辨率倾斜影像及LiDAR点云一体化全域数据采集，不仅打破了国外一体化设备垄断局面，也有效减少外业人力投入，显著降低生产成本。

图2  一次航飞，两种数据

在软件方面，自主研发外业像控布设APP，实现定位、拍摄、记录为一体的数字化像控点布设流程；基于国产大规模实景三维数据生产集群并行处理软件，支持单次导入空三处理数据面积更大、通过率更高、速度更快，三维模型重建的渲染效率更高，模型细节更加丰富，通过多人在线协同刺点、多引擎智能调度、自动模型修饰等方式实现高效、优质的实景三维模型生产；利用国产实景三维测图系统，实现1:500地形图的云端要素级协同作业与流程化管理、生产、质检；采用国产化激光雷达处理软件，构建一键式批处理的点云数据处理流程 , 辅以 AI 和机器学习，高效精确地编辑、分析大范围点云数据，参数化定制生成标准DEM、DSM等数字产品，探索形成了一条自主可控、贴合生产的数据采集、处理、产品制作的新型测绘生产流程。

（三）生产模式革新：“数字工厂”全流程协同生产新模式，实现效率跨越式提升

广州市规划院通过研发生产体系智云协作平台，基于各项成果之间的工序步骤，采用拉式生产的方式，根据下一项成果的生产进度，动态调整上一项数据成果的作业范围和投入人员，形成各项成果之间“零库存”的高效并行生产机制。以流程化的管理思路进行实景三维测图测绘作业模式的创新，通过“数据工厂”模式，将“数据、任务、人员、软件、算法”连接起来，形成“海量、弹性、可定制、协同、在线的”的智能计算生产能力，做到跨平台、跨区域、跨部门、跨作业阶段的协同生产，达到作业生产工艺和流程统一、生产和质检统一的效果，实现数据流转高效化。

图3  数字工厂生产模式

此外，基于数字看板，在任务安排、进度追踪、质量控制、人员权限、组织架构等方面实现透明化、自动化、精益化以及可视化，从而实现生产任务的流程化管理全过程可监控、可追溯，保障了数据安全和成果质量。广州市规划院打造的数据工厂规模近200人，基于数字工厂的流程化管理，每周地形图测图可达90平方公里以上，单人日均产能可达1.5-2幅，倾斜模型日均可生产15平方公里，点云单人日均可生产8平方公里，对比传统测绘生产模式，实现了效率的跨越式提升。

图4  多人在线协同生产体系

（四）面向新型基础测绘的服务应用探索

广州市规划院以“一库多能、按需组装、定制服务”为导向，打造了地理实体数据生产技术流程，即利用一套数据、一个系统，产出二三维一体化的多类型图元，形成从原始数据到最终应用端一整套的数据生产闭环解决方案。

通过对基础地理信息数据库进行“实体化、一体化”全面升级改造，逐步开展对新型基础测绘体系建设的创新探索，基于存量重构和增量采集两套地理实体化技术路线，构建内业生产为主，外业调绘为辅的生产技术体系，在试点范围内搭建实景三维数字孪生应用平台，基于该平台打造城市时空基础设施底座，建成单体化模型、分层分户模型等，融合经济、人文、法人、交通、民政等信息、建立了地、楼、房要素的空间索引，实现质量效率双提升，将更好地满足经济社会发展、政府治理以及公众服务的需要，进一步夯实测绘工作基础，不断丰富基础地理信息资源提升数据现势性，为国民经济建设、社会发展、国家安全和国防等方面提供保障和服务，推动城市高质量发展。

图5  地理实体化应用示范平台

中山实践  专家推荐

中山市为进一步响应部、省政策文件精神，积极推进新型测绘和实景三维中国建设的全面落地实践，由中山市自然资源局统筹组织，广州市规划院提供技术支撑，以“一次测绘，多项成果”作为总体建设路线，同步生产倾斜摄影三维模型、机载 Lidar点云、DEM（数字高程模型）、DSM（数字表面模型）、TDOM（真正射影像）、基础地理信息数据等全系列测绘产品，项目覆盖范围784.2平方公里，通过本项目建立了

大湾区首个新型测绘与城市实景三维建设体系

，形成了实景三维建设和新型测绘一体化协同生产的“中山范式”，为国土空间规划、城市精细化管理及高质量发展赋能。

李德仁院士等专家评价该项目技术路线先进，采用的国产化新型测绘解决方案成熟可靠；构建的二三维一体化协同生产体系高效实用；建立的“数字工厂”测绘生产模式具有前瞻性；搭建的实景三维与BIM、物联网相关联的数字孪生城市信息示范系统应用广泛，项目整体技术达到国内领先水平，具有推广价值。下一步，实景三维的“中山范式”，将在实景三维中国建设中全面推广应用。