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突破特大城市三維快速構建關鍵技術瓶頸
科學網
2014/10/13 10:22
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，對三維空間數據獲取、處理、建模、存貯、集成等關鍵技術展開研究，成功突破了特大城市三維數字城市快速構建關鍵技術瓶頸。
　　“技術有效集成和自主創(chuàng)新應用快速構建三維數字城市關鍵技術，這種技術瓶頸的突破，將為建設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。
突破特大城市三維快速構建關鍵技術瓶頸
　　三維數字城市建設已成為當今城市信息化研究和應用中的一個基礎性課題
　　當今世界，“數字地球”正向“智慧地球”轉型。
　　智慧城市是數字城市與物聯(lián)網相結合的產物，是城市全面數字化基礎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、數據基礎設施以及在此基礎上建立網絡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字城市，數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、星際空間公司總經理黃恩興認為，“三維數字城市”是在“二維數字城市”概念的基礎上發(fā)展起來的，是三維地理信息技術、虛擬現實技術和計算機技術等技術手段的綜合應用，實現了用真實三維數字場景來表現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，是政府提升城市管理水平的手段。
　　“三維數字城市建設已成為當今城市信息化研究和應用中的一個基礎性課題。”黃恩興說。
　　黃恩興介紹，國內較發(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、城市建設等領域積極推行三維數字化城市建設技術，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研究，其整體研究水平和應用狀況目前同國內發(fā)達地區(qū)相當。
　　多方因素造成三維數字城市建設難以適應現代城市建設和管理對多元信息的需求
　　“由于三維數字城市建設是一項周期長、投資大、技術難度很高的應用性課題，三維數據制作效率低、精度低、老化快，數據更新和系統(tǒng)維護困難，后續(xù)投資不足，難以滿足我國城市建設快速發(fā)展的需要。”星際空間公司技術總監(jiān)江貽芳坦言，一些三維數字城市建設也存在內容單調、區(qū)域較小、功能較少、投資不足和重復投資等問題，難以適應現代城市建設和管理對多元信息的需求，大大地限制了三維數字城市功能、作用和效益的發(fā)揮。
　　在江貽芳看來，受現有軟硬件環(huán)境限制，大城市特別是特大城市海量高精細三維數據組織應用困難，難以實現多元信息集成應用，制約了三維數字城市的實用價值;海量三維空間數據的動態(tài)維護管理問題沒有得到有效解決;三維數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。
　　突破三維數字城市關鍵技術瓶頸 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備檢校方案。由于檢校飛行過程中誤差模型的復雜性，現有設備檢校方案存在參數的檢校效果不佳、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備檢校方法，通過檢校場特征地物的選取和內業(yè)數據處理方法的改進，提高了設備檢校精度和可靠性，并加強了測區(qū)航測數據成果的質量控制能力。
　　據江貽芳介紹，近年來該公司集成機載和車載激光雷達測量技術，研究了融合檢核功能的機載激光雷達測量設備檢校方法、機載激光雷達測量點云整體平差技術、車載激光雷達測量點云整體平差技術、集成機載和車載激光雷達測量的建筑物高精細建模技術、基于車載激光雷達測量的城市部件智能化三維建模技術、機載和車載激光雷達測量質量控制方案等關鍵技術，實現了城市三維空間數據快速獲取，制作完成了數字高程模型、數字正射影像和具有頂部細節(jié)的建筑物三維體框模型。
　　在此基礎上，通過融合車載點云和數碼照片，制作了具有側面精細結構的建筑物模型成果;通過自主研發(fā)的激光雷達測量數據處理軟件，實現了基于車載激光雷達測量技術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字城市建設，累計完成11919平方公里的三維數字地形模型、數字正射影像、數字高程模型及1400平方公里建筑物三維數字體框模型、近500平方公里三維數字精細模型的制作；開發(fā)了具有自主知識產權的三維數字城市GIS管理平臺，實現了三維數字規(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、衛(wèi)星導航定位技術、慣性導航定位技術、攝影測量技術、地理信息系統(tǒng)、計算機網絡技術、虛擬現實技術等，通過技術整合、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字城市構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，目前該項技術已經廣泛應用于規(guī)劃、國土、應急、交通、經濟、城市建設、數字測繪等領域。首次集成機載和車載激光雷達測量技術應用于特大城市三維數字化和信息化建設，并與河南、吉林等部分城市達成合作。軟件平臺和數據成果在天津市規(guī)劃、設計、交通、經濟管理等部門深入應用。三維數字輔助設計已成為天津市城鄉(xiāng)建設的重要手段，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。數據處理技術已經在青藏、川藏、新疆等公路勘測設計項目中得到應用。（高長安 于娜）