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突破特大城市三维快速构建关键技术瓶颈

发布时间:2014.10.13 10:38      来源:科学网     作者:科学网

近年来,隶属于天津市勘察院的天津市星际空间地理信息工程有限公司(简称“星际空间公司”) 立足于国际前沿研究技术,对三维空间数据获取、处理、建模、存贮、集成等关键技术展开研究,成功突破了特大城市三维数字城市快速构建关键技术瓶颈。

“技术有效集成和自主创新应用快速构建三维数字城市关键技术,这种技术瓶颈的突破,将为建设智慧城市提供了有力的空间支撑。”天津市勘察院副院长田春来在接受《中国科学报》记者采访时如是说。

三维数字城市建设已成为当今城市信息化研究和应用中的一个基础性课题

当今世界,“数字地球”正向“智慧地球”转型。

智慧城市是数字城市与物联网相结合的产物,是城市全面数字化基础之上建立的可视化和可量测的智能化城市管理和运营,包括城市的信息、数据基础设施以及在此基础上建立网络化的城市信息管理平台与综合决策支撑平台。

“智慧城市的空间支撑是数字城市,数字城市与智慧城市具有承前启后的紧密联系。”天津市勘察院副总工程师、星际空间公司总经理黄恩兴认为,“三维数字城市”是在“二维数字城市”概念的基础上发展起来的,是三维地理信息技术、虚拟现实技术和计算机技术等技术手段的综合应用,实现了用真实三维数字场景来表现真实空间地理要素的目的,具有直观、可视、精细表达三维空间的优点;是城市信息化的基础,是政府提升城市管理水平的手段。

“三维数字城市建设已成为当今城市信息化研究和应用中的一个基础性课题。”黄恩兴说。

黄恩兴介绍,国内较发达的大中型城市(如上海、深圳、广州、武汉、重庆等)在城市规划管理、规划展示、城市建设等领域积极推行三维数字化城市建设技术,并逐步得到了一定应用。国际上,美国、欧洲、日本等发达国家先于我国展开相关研究,其整体研究水平和应用状况目前同国内发达地区相当。

多方因素造成三维数字城市建设难以适应现代城市建设和管理对多元信息的需求

“由于三维数字城市建设是一项周期长、投资大、技术难度很高的应用性课题,三维数据制作效率低、精度低、老化快,数据更新和系统维护困难,后续投资不足,难以满足我国城市建设快速发展的需要。”星际空间公司技术总监江贻芳坦言,一些三维数字城市建设也存在内容单调、区域较小、功能较少、投资不足和重复投资等问题,难以适应现代城市建设和管理对多元信息的需求,大大地限制了三维数字城市功能、作用和效益的发挥。

在江贻芳看来,受现有软硬件环境限制,大城市特别是特大城市海量高精细三维数据组织应用困难,难以实现多元信息集成应用,制约了三维数字城市的实用价值;海量三维空间数据的动态维护管理问题没有得到有效解决;三维数字城市主要应用在虚拟展示和辅助规划管理方面,应用广度和深度有限。

突破三维数字城市关键技术瓶颈 给力智慧城市空间支撑

星际空间公司航测事业部总工程师王国飞告诉记者,机载激光雷达测量主要采用基于单体建筑物和单向道路的设备检校方案。由于检校飞行过程中误差模型的复杂性,现有设备检校方案存在参数的检校效果不佳、不能有效检核检校成果的可靠性等一系列局限性。

针对这一问题,天津星际空间公司提出了融合检核功能的机载激光雷达测量设备检校方法,通过检校场特征地物的选取和内业数据处理方法的改进,提高了设备检校精度和可靠性,并加强了测区航测数据成果的质量控制能力。

据江贻芳介绍,近年来该公司集成机载和车载激光雷达测量技术,研究了融合检核功能的机载激光雷达测量设备检校方法、机载激光雷达测量点云整体平差技术、车载激光雷达测量点云整体平差技术、集成机载和车载激光雷达测量的建筑物高精细建模技术、基于车载激光雷达测量的城市部件智能化三维建模技术、机载和车载激光雷达测量质量控制方案等关键技术,实现了城市三维空间数据快速获取,制作完成了数字高程模型、数字正射影像和具有顶部细节的建筑物三维体框模型。

在此基础上,通过融合车载点云和数码照片,制作了具有侧面精细结构的建筑物模型成果;通过自主研发的激光雷达测量数据处理软件,实现了基于车载激光雷达测量技术的城市部件智能化建模。

自2008年以来,该公司承担了天津市三维数字城市建设,累计完成11919平方公里的三维数字地形模型、数字正射影像、数字高程模型及1400平方公里建筑物三维数字体框模型、近500平方公里三维数字精细模型的制作;开发了具有自主知识产权的三维数字城市GIS管理平台,实现了三维数字规划方案辅助审批、二三维一体化的城市规划管理。

“该项目围绕三维数字城市信息的获取、贮存、处理、查询、分析、建模和制图,充分利用激光雷达测量技术、卫星导航定位技术、惯性导航定位技术、摄影测量技术、地理信息系统、计算机网络技术、虚拟现实技术等,通过技术整合、有效集成和自主创新研究和应用,形成了特大城市三维数字城市构建和应用完整的方法、理论、规范、应用模式和软件系统。”田春来说。

黄恩兴介绍,目前该项技术已经广泛应用于规划、国土、应急、交通、经济、城市建设、数字测绘等领域。首次集成机载和车载激光雷达测量技术应用于特大城市三维数字化和信息化建设,并与河南、吉林等部分城市达成合作。软件平台和数据成果在天津市规划、设计、交通、经济管理等部门深入应用。三维数字辅助设计已成为天津市城乡建设的重要手段,并成功应用在包括津湾广场、文化中心、梅江国际会展中心等70余项重点工程。数据处理技术已经在青藏、川藏、新疆等公路勘测设计项目中得到应用。

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