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关于推进实景三维中国建设的若干思考数字挛生的智慧中国数字世界：数字事生城市2 1!具有深度学习能力、虚实融 合、迭代进化 的数字城市 以虚控实反向作用智能操控物理世界：钢筋水泥城市现习化 初学进 果我代 效自迭真三维实景模型是数字挛生智慧中国的底座主要内容1.实景三维核心数据产品一一地理实体 2.实景三维建设硬软件自主可控3.真三维实景底座与物联网时空大数据关联融 合4.数据的安全与使用问题传统基础测绘产品4D产品三维模型Li Dar点云街景全景传统基础测绘产品的不足一多为“交付物为“地图围绕“形状”比例尺限制地表形状，语义贫乏没有提供唯一性标识计算机识别困难更新时效低、无实时动态数据二匕0时代呼唤新型基础测绘产品蠢兴市城市脉的交付物为“数据”一切围绕“信息”Arpeb具备语义能够反映社会属性计算机能够识别数量可以自动计量更新快、与物联网传感器关联北京时间）017年12月15/3啦2分24秒L=101视点高度23286图片来源于：战略支援部队信息工程大学华一新教授新时代基础测绘需要解决的问题地理信息（时空信息）唯一性地理信息与其它信息的关联方式对客观世界的抽象和建模有没有更好的方式纷繁复杂的地理信息表现形态如何统一地理信息本身的内在关系与关联地理实体是解决之道地理实体geographic entity现实世界中具有共同性质具有社会经济意义的地理单元。的自然或人工地物。是具有社会意义和经济意义的 地理单元。1一i是什么i-淮./、J Lil L，I i#叫什么地理实体 X在哪里I“h 上t地名，地理坐标 地址（现代地图）（语言描述）地理实体产品设计房屋涵洞主干道车行桥数字线化图(DLG)碎6 碎2半依比例尺的涵洞,iYYi.Yi.+二 以 人,依比例尺的涵洞主干道边线主干道 中心线钢地理实体祈6I莲花小区1栋概念识别XXX涵洞21，XXX涵洞1范围面数据中心线数据中山北路实体表达岱黄高速府河大;乔对象化语义化府河空间、属性名称唯一标识码时间关系地理实体产品设计场景展示宏观制图；地名地址；关联挂接等微观制 空间分析变罂圜制作等“一码多态”：一个地理实体对象+多种空间数据表达地理实体产品设计僮型实例化地址产生时间消亡时间时间主要内容1.实景三维核心数据产品一一地理实体 2.实景三维建设硬软件自主可控3.真三维实景底座与物联网时空大数据关联融 合4.数据的安全与使用问题2.实景三维建设硬软件自主可控1）实景三维采集装备2）数据处理相关软件3）数据组织管理软件4）海量数据可视化云渲染平台针对有人机采集相机成本高，研制普通相机代替飞思相机技术多相机组异步协同影像采集技术目标：解决相机存储慢与飞行速度之间的矛盾，实现大高差遗址高质量低成本采集 双9相机,2组*9相机倾斜摄影 异步控制&协同曝光 可扩容至4组或8组 解决有人机高速飞行拍摄问题 像素分辨率与重叠度接近飞思相机 成本为飞思5相机倾斜设备的1/6 fTLl rLrLnTj-m E E n相机组异步协同采集示意图有人机高山区采集方法：9相机组*2（18相机）大型航测仪成本高，低成本相机拍照速度慢，曝光间隔与飞行速度之间存在矛盾遗址核心保护区68平方公里，高差1280米，气候条件恶劣，无人机无法正常工作实景三维采集装备：空地光学.LiDAR的融合光学相机激光雷达 光学相机+激光雷达倾斜航摄仪（四维远见）（彳来卡）双鱼系列相机（大势智慧）（际上导航）无人机激光雷达机载激光雷达武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室毛庆洲教授团队长期从事光、机、电、算”与测绘技术的 融合，研制自主知识产权的高精度激光扫描仪，团队经过多年的研究在高精度测绘级激光扫描装备领域突破以下关键技术：高精度测距技术。采用5GHz波形数字化技术，结 合独特的波形建技术可实现1/32采样间隔的测距精 度，达毫米级，精度达到且超国外主流同类设备。高精度测角技术。利用转镜转动惯性建模技术与 对径双读头实现偏心误差进行修正，测角精度可达 0.001,达到国际主流装备同等水平。高频率测距技术。基于FPGA硬件平台实现高频测 距的模糊关联求解，突破远距离高频测距的光速限制,在测距1500m时仍可达到较高的测量频率，技术水平 超过国际主流装备。多次回波探测技术。基于实时在线波形建模与独 特的波形分解技术,实现多次回波的硬件计算，可达 7次回波探测，达到国内领先水平。激光可射时刻CLK计效编内翳脉冲jmRRnnnnnnnfinnnnKJn_!_I_lTOT1T2T3T 4 Time/Range基于高精度激光测距、高精密指向角度测量高频激光发射的多回波探测与模糊关联求解等关键技术的突破，团队完成了FT-1500和MT-1500两款机载激光雷达系统，目前已实现量产，且完成了二十余台套的销售,分布 范围已经遍布我国西北、青藏高原、华中、华东等地区，作业领域包括电力巡检、城区测量、地形地物测绘、农业林业调查等。指标项 技术参数FT-1500MT-1500精度 3mm100m测距 最大1500m回波 7次测量频 最大2000kHz率（支持MTA）扫凄频 300600线侬重量 约2.7kg视场角 757110便携式背包侠LEADOR三维高精度点云模型采集、处理、出图，软件自动化一键式处理;irjlnlm2x.x.*-s:4;-#i11 aw IB 111BL*J小结硬件方案基本成熟国产化装备完全能够满足实景三维建设的要求（相机镜头等核心部件还 不能完全替代）大飞机与无人机应用日益广泛像建模处理难度大多源融合，空地融合采集是趋势1.实景三维建设硬软件自主可控1）实景三维采集装备2）数据处理相关软件3）数据组织管理软件4）海量数据可视化云渲染平台实景三维数据处理的技术挑战大角度偏差：导致像素特征变化较大，匹配困难航带多，航带乱：整体空三困难照片数量多：整体稳定和可靠解算难，计算消耗大非量测相机:内部参数的不稳定，解算难超高像素分辨率：物体运动干扰更明显，如：车辆移动、风吹树动等 多源数据融合：影像与点云联合建模（不同源，不同参数模型）存量数据转换地理实体：地形图与地理实体数据如何对应，如何表达重建大师（Get3D）（大势智慧）融合摄影测量、计算机视觉、人工智能等技术。支持：倾斜摄影.垂直摄影、任意拍照支持：激光点云+倾斜摄影联合建模G-GngineA模块组成：大规模空三处理 三维重建集群计算 任务调度新一代全自主产权人工智能云计算三维建模引 擎多区块联合空三单次空三的数据量无限制让区块之间无需刺连接点，无分层可多机并行空三，提高空三效率保证收敛，解算稳定，空三通过率99%超大数据一次导入可视化 逻辑分块，除多机并行空三稳定 f空三解算无分层纹理色彩更真实，过渡更均匀 ContertCapture Viewer Tae_.000-043Qsgb】一 口 国 DasViewer-F:/G3D螃/G3的CC神对4CC/G3/osgb/osgb.dav-Display显示/6 曲a公团田o区context国外软件 因阴影变化，重建斑驳重建大师智能纹理选择算法，避免阴影错乱点云与倾斜摄影融合建模仅倾斜摄影测量建模融合激光扫描建模与深度学习结合，建模过程中对城市中移动车辆识别与覆盖区修复现有地理信息实体化改造软件灵活的生产方 案定制快速、灵活的生产方案定制，适配现有 的基础测绘、规划、三调等存量数据75%存量数据转换利用率，极大减少 转换时间、错误吉奥时空地理实体生产工具可以从基础地理 信息数据直接转换生成地理实体的类别比例 高达75%以上“实体转换序号 数据名称 目标名称35 HYDA SX_HP_A36 HYDA SX_HP_A-自动/半自动化处理工具，提升生丰富的地理实 体处理工具多态地理实体 数据生产能力支持地理实体矢量、影像、三维数据 生产及管理s-作业就堡集V 0用水系*必（/-J具购水系面一*；*眄5点v EPK*w 臼/*Q；*v 0 l，Q 蹲 a*曰/吟*Q；*a.*QI 关闭 I目，力式彳；+新详细 错误现有地理信息实体化改造软件强大的数据编辑130余种定制化处理能力编辑模式交互模式批量连通水系植批量处理辅助数据 矢量 影像 OGC服务软件已在武汉、宁夏、西安.息兴、嘉善.徐州.南京.阳哀.湖南.福建.沈阳等地使用自动提物魏道建自动提踹踽口实体数据检查处理软件现状:口国外软件：倾斜可用：Context Capture简称：CC f系列软件（法国INRIA科学家研发,卖给Bentley公司），支持大规模处理 Pix4d（瑞士）:传统航测 Photoscan（俄罗斯）：近景、小数据量航测 国产软件：倾斜可用：重建大师（Get3d）（大势智慧/武汉大学），支持大规模处理 倾斜可用：大疆智图（大疆无人机公司）（支持面积较小）实体化可用：地理实体生产工具（吉奥时空）倾斜摄影三维模型自动重建难点基本解决，国产软件的质量和性能能够满足 市场的三维重建需求，不少问题依然存在，技术仍然需要不断迭代和升级1.实景三维建设硬软件自主可控1）实景三维采集装备2）数据处理相关软件3）数据组织管理软件4）海量数据可视化云渲染平台实景三维数据组织管理难点1不同类型数据存储在不同的数据库中，数点-Entry-二飨三据如何关联2实体间关系类型繁多，如何存储，可实现 高效检索地球网格单元-EntxyO哀做化().峭0第码03 如何实现按需组装、一库多能实体表达 模型时空演变 模型地球空间网格模型几何表达时间分期二m 集成位置分区业务逻辑 关联业务关系模型蛀-Enoty-二=*面-EnMyO二三地需实体.Entity。-Name何同ft5*几时au关制m()JH瞧若象()修改对象()EnmyO 时空过程EnUyD产生时间4亡时间-Aq时间-Itlfl时间更新时间量记时间 一审It时间折0、()事件.矣整 附用 操件0+发生0 M属性EnutyO本及性专业及性敷景理性秣取漏付0设置案归()状态-Entity tD-状有1-tt$2tt3关系EntitylDmi包含-附属论枝SUI-谟向除 ftt假基础地理实体数据建库流程时空数据库管理系统也理实体 矢量数据地理实体建库流程地理实体 影像数据地理窦体 三维数据初始化数据库数据入库 及编码创建关系规则,口,时空数据库管理系统-fi X数据概览 数据建库二维视图三维视图查询统计组装派生系统配置V样式.地物实体（225.61GB）详情 地理单元（106MB）F 1150覆盖范围（平方公里）1r 171.56实个）11r 实体分类8 51 385二级类（类）三级类储 四级类供）.1r，109管理单元彬辎工.1r 110.94管理单元总数打个）地理场景（8.537TB）正射影像详情真正射影像详情715700699.072214304批次量（批次）要盖范;围（平方公里）数据总量（GB）批次量（批次）超盖范围（平方公里）数据总量（GB）倾斜摄影详情单体模型详情52141.4323059.8批独（批次）茗盖后围（平方公里）数据E量（TB）批次量（批次）舞盖范围（平方公里）效据总量（GB）数字高程模型地表覆盖模型详情3 21426.0712142.32心短胸欠）松盖范围（平方公里）数据总量（GB）批次量（批次）建盖这围（平方公里）数据总量（TB）分层分户所激光点云mi6362394431042143.70房屋幢数（建）户数（户）麋盖范:围（平方公里）批;（批次）费盖石围（平方公里）数据忘量（TB）空间网格电子地图详情详情驾数量（个）：0数量（个）：2007经纬网格平面网格宜陪系统：西安受任用户：admin*当前数据规范：西安标准。609详情详情矢量电子地图：最新时间2021年10月16日数量（个）：0影像电子地图：最新时间2021年12月1日 三斤时间2021年12月1日立体网格电子地留吉后奥时一空当前状态：漫游内容1）实景三维采集装备2）数据处理相关软件3）数据组织管理软件4）海量数据可视化云渲染平台大规模实景三维可视化难题数据量大，对展示端的硬件要求高 信息丰富，数据保密要求高 几何精度极高，测绘数据安全时空多元几何信息与属性信息查询X国家新型基础测第建股武汉市试点项目血用薜示粮统云渲染技术：展示端统一体验；数据安全得到保障云渲染调度服务视频交互本地不做渲染视频流控制流轻量级三维展示客户端实景三维云渲染技术：端操作云绘制 保证原始数据安全,视频传到用户终端,主要内容1.实景三维建设硬软件自主可控2.真三维实景底座与物联网时空大数据关联融 合3.数据的安全与使用问题真三维实景底座与物联网时空大数据关联融合实时GIS(GeoSmarter)loT网关物联网设备实时数据接入 Kafka常见用探器曲胪自揖者旬历E实时分析(Hot Path)批量处理(Cold Path)莱寸分照十算，必颉曙智慧城市运营脑（感知、认知和行为）GeoStar吉奥时空吉奥时空智慧城市运营中心实景三维与5G无人驾驶车辆网(VR/AR/IR)无人公交子专题支持层层推进，选中单车，下钻呈现单车的行驶状况，以及路侧设备、网络设备等融合感知概况;实景三维+物联网：伪满皇宫博物院的湍泉官博物院admin*大势智慧 DAS PATIAL景区总客流曼当前区域：外圉按叵即可退出全屏模式HD 3U 已处理 处理中2谭玉龄房间温度传梯5异常5尊玉龄房间温度传感等异常10菜36门内人员聚集异常缉黑接客流星nr5耐陵4fc1菜羔门内人员聚集异常4菜董门内人员聚集异常6绐水浸传酸图异常8谩玉龄房间温度传的异常售票数最：。张检票数量：口张502OI9/：2/21SSSX9异常总数：363揖水浸传感等异常7菜需门内人员聚集异常9揖水浸传感等异常重大活动安保（军运会）一场馆内茶2球场馆内东2球201-04 1316:02 2C19/4/17,2019-04-10 09:28:38.:第七届世界军人运动会测试赛怨吧吧 7TH CISM WORLD GAMESTEXT SE打造石油天然气工厂数字挛生主要内容1.实景三维建设硬软件自主可控2.真三维实景底座与物联网时空大数据关联融 合3.数据的安全与使用问题合理保密与充分利用的矛盾地理测绘数据中的基础测绘成果都属于国家秘密，涉及国家安全的部分数据保密等级更高。进入物联网时代地理测绘技术和产业高速发展，进入人人都是测量员的新阶段，巨大的市场需求要求充分利用地理信息时空大数据。传统保密方法的缺点以电子导航地图为例：原始数据车路导航数据电子地图随着L4.L5智能驾驶的需要，车路的传感器数据要与导航地图实时交互处理,意味着数据要不断变换/反变换。而外国进口的智能汽车用的高精度地图不需 要做这些变换，这将大大降低国产智能汽车的市场竞争力。保密方法优化从简单变形到动态配 准/变形图与真图存在匹配误差构建分级分类保护、定向 授权的安全可控管理体系,利用实时非线性保密处 理和局部拟合技术，真正 实现专业数据、二维、三 维、影像等多源数据的 一张图管理。成果来源于：嘉兴市（含嘉善县）新型基础测绘试点空间大数据使用和管理对策建议强化数据内容保密的分级化对所有测绘数据进行分类，对有必要保密的测绘数据进行分级,对不同类别和精度的数据进行分级管理。世界上所有的国家都 十分重视地理测绘数据的安全保密问题，并针对有必要保密的 测绘数据制订专门的安全保密政策，包括美国在内，迄今还没 有哪个国家对本国的测绘地理数据是完全开放的。空间大数据使用和管理对策建议通过技术实现原始数据的安全管理和在线服务分离各类地理测绘获得的原始数据，根据测绘法可由有资质的单位来管 理。需要原始数据的政府和行业用户，可通过内网来保障数据管理 和使用安全。简化数据内容后可提供外网服务，为保护知识产权，通过5G/6G+云端处理，来解决原始数据管理和服务间的矛盾。系 统在云端操作和加工，为用户端提供相对精度高的瓦片数据而不需 要传送原始绝对坐标地理测绘数据，从而实现在线服务和安全管理。总结:实景三维中国建设，目前最核心和急迫的是研制新的时空数据模型，以适应时代发展和现实生 产的需要。实景三维中国建设，需要融合空天地海、室外和室内多源传感器。从采集到数据处理、管理、可视化和应用服务，必须实现技术国产化。实景三维建设既要满足国家新型测绘基础设施建设的要求，也要满足各行各业用户的需要。自动化处理是实景三维建设的必然趋势，需要结合物联网、互联网、人工智能和云计算技术 三维实景模型的应用要突破原有测绘领域的局限，不断扩大其应用范围，创造价值。实景三维建设相应的标准缺失，国家自然资源部应抓紧组织相关标准的制定。通过内容分级保密、重点目标保密、在线服务分离等方式，促进实景三维成果充分利用。为了实景三维中国建设工作，武汉大学可出面组织相关技术培训班。