破解三维数字城市技术瓶颈
机载激光雷达航摄采集信息数据的虚拟图
10月9日上午10时许，在四川省某地，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”）的技术人员正在有序实施机载激光雷达航摄作业。
“机载激光雷达航摄可以采集到人工和其他航摄工具无法比拟的信息数据。”该公司航测事业部总经理刘永强说。据刘永强介绍，机载激光雷达航摄可以实现有人机、无人机、地面基站技术相互融合。项目完成后可提供高精度的三维基础地理信息，为该区域内三维数字城市建设、规划、国土等领域提供坚实的数据支撑。
“机载激光雷达航摄技术只是该公司的核心技术之一。”天津市勘察院副院长田春来告诉《中国科学报》记者，近年来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，为建设智慧城市提供了有力的空间支撑。
已成基础性课题
智慧城市是数字城市与物联网相结合的产物，是在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说。
黄恩兴进一步指出，“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，同时，也是城市信息化的基础，以及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。
据黄恩兴介绍，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、城市建设等领域均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、日本等发达国家也已展开相关研究，其整体研究水平和应用状况目前同国内发达地区相当。
需求难满足
据记者了解，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，同时，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，因此，难以满足我国城市建设快速发展的需要。
“一些三维数字城市建设存在内容单调、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，大大限制了三维数字城市功能、作用和效益的发挥。”星际空间公司技术总监江贻芳坦言。
在江贻芳看来，受现有软硬件环境限制，目前三维数字城市的应用主要存在以下方面的困难：首先，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；其次，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；最后，三维数字城市主要应用在虚拟展示和辅助规划管理方面，应用广度和深度则比较有限。
如何突破
那么，上述应用难题应如何突破？
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，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。
目前，该公司在技术方面的努力已经取得了收获。据了解，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，同时，还开发了具有自主知识产权的三维数字城市GIS管理平台，并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。
“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。”黄恩兴说。