三维实景信息模型在城市管理中的应用（如何构建三维实景信息模型系统）

三维实景信息模型在城市管理中的应用（如何构建三维实景信息模型系统）

杨湘瑞

深圳市中饰南方建设工程有限公司518000

摘要：在三维化迅猛发展的今天，信息化数字化建设已经成为实现城管队伍长远发展的基本立足点和战略制高点，高科技在城管执法工作中的运用已成为改善执法方式和提升执法水平的必要手段。本文对三维实景模型系统技术的整体介绍，先进了技术开发，如何建立三维实景信息模型平台系统，维护等。

关键词：三维；科技；新技术

一、什么是三维实景模型

1、技术介绍

三维实景模型是通过倾斜摄影或激光扫描等方式，采集被摄物体和周边环境的相关数据（照片、视频、点云），由计算机运用专业软件计算而生成的三维真实场景模型。模型包含被摄物体和环境的各种原始基本数据如：颜色、质感、长、宽、高、周长、面积、体积、和GIS信息。

2、技术要求

倾斜摄影技术是要求对被摄物体进行五个方位角的数据采集拍摄。照片由被摄物体东、南、西、北四个面采用45度倾角矩阵拍摄，俯视采用垂直地面方式矩阵拍摄。由五组相片叠加运算生成。

3、技术特点

实景模型可以完整真实记录被摄物体的外观特征，通过矩阵拍摄或激光扫描可做到全方位无死角。模型的精度根据拍摄物体的远近或扫描方式的不同，可达到厘米或毫米级。

4、技术优势

建模方式快捷精准，自动化程度高。实景模型可以360度，任意缩放观看。有非常强烈的临场感，仿佛置身其中。

二、如何获取三维实景模型

1、无人机设定航线自主矩阵拍摄

无人机搭载高分辨率数码相机，根据相机数量（单镜头和五镜头）设定不同的飞行航线。五镜头由四个正交面水平角45度镜头和一个与地面垂直的镜头所组成，因此设置好相片重叠率后一次航线即可完成线内采集任务。单镜头则需分别调整相机拍摄角度做5个批次的飞行。航线智能矩阵拍摄适合大面积大规模数据采集拍摄。

2、无人机螺旋式定点环绕拍摄

无人机搭载单镜头对物体进行螺旋式环绕拍摄，以被摄物体为圆心无人机按照照片重叠率做不同高度的环绕飞行采集。螺旋式环绕拍摄适合对单个物体进行数据采集拍摄。

3、激光、雷达扫描、声呐探测

激光扫描适用于复杂精细的建构筑物，可以同时对建构筑物进行内部外部扫描、模型精度可达到毫米级。大量使用于文物保护类建构筑物。车载雷达扫描适用于街区街景的细部补充。声呐探测适用于水下地形探测。

4、天眼监控系统

目前我国拥有最为密集的天眼监控系统，均配置高分辨率的镜头，完全可以专门编写一套程序让每一个监控镜头定期智能收集图片发往云计算中心，不断自动更新街区和室内外三维实景模型。该系统可以大量节省拍摄成本和时间。

5、计算机矩阵集群运算

将获得的图片或点云数据运用专业软件作计算机矩阵集群运算，输出高分辨率的实景模型。模型能够准确、精细地复原出建模主体及周边环境的真实特性。

6、人工调整完善模型

根据运算得到的初模对模型进行简单修复和调整。目前三维实景建模存在的唯一缺点是该技术在采用数码相机采集数据时，当遇到玻璃和水面产生反光时无法准确识别会形成破图，需人工对模型破损部分进行局部修复，其它调整仅仅是对光线和色彩的修正调整。

三、如何建立三维实景信息模型运营系统

将整个三维实景信息模型制作系统或产业，拆分为“平台公司”、“航拍公司”和“实景BIM公司”各自利用自身专业优势分开独立运营。

1、“平台公司”因为掌握大量的数据信息并赋有保密和使用权限授予的职责，因此“平台公司”应该由政府、企业联合或政府指导管理下运营。“平台公司”负责对三维实景信息模型平台的数字化建设、数据更新、商业运营、系统维护和平台管理。“平台公司”或政府有偿委托专业“航拍公司”进行数据收集拍摄和有偿委托“实景BIM公司”建立三维实景信息模型。平台首先由政府扶持、政策支持和有偿使用作为“平台公司”创建的机制或经济支撑，然后由平台公司完善和发展成为一种新型独立商业运营模式的公司。

2、“航拍公司”只负责有偿提供达到精度符合要求的三维实景模型，甚至只提供航拍数据交由“平台公司”有关的云计算中心运算，属于劳务购买的方式进行服务。

3、“实景BIM公司”有偿的、系统的、专业的建立三维实景信息模型。“实景BIM公司”可以按行业分类独立或与各专业设计院合作进行数据交换和数据共享。

4、建立专业的实景BIM公司

三维实景模型植入百度地图或其它主流地图，可以马上得到街道、楼宇名称等地图级别的相关信息。但对于城市管理还必须按基础设施和行业职能进行分门别类的信息模型建设。

a）城市基础设施：结合实景模型建立供电管网、给水管网、污水管网、雨水管网、消防管网、燃气管网、通讯管网、网络智能化管网等城市综合管网信息。由于这些基础设施均为地下铺设且专业性极强，平台公司或政府必须委托专业BIM公司或专业设计院建立相关信息或整合相关信息。

b）公共服务设施：市政公园系统、园林绿化系统、公共卫生系统、公共照明系统、公共交通系统、水利系统、林业系统这部分实景模型均为公共公开的数据收集，可由航拍公司与平台公司或政府相关单位协商付费拍摄，再交由实景BIM公司有偿建立相关信息。

c）楼宇内部信息：政府办公大楼、银行、医院、学校、住宅等，应由“平台公司”或各“使用单位”按需求委托具有保密资格的航拍公司进行拍摄建模，再交由具有保密资格的“实景BIM公司”建立相关信息模型。

d）城市规划用地：这部分实景建模主要用于收集地形、地貌和建构筑物、植物等模型数据，可由规划部门或用地单位直接委托具有相关资质的“航拍公司”进行拍摄建模。

以上所有三维实景信息模型，政府职能部门、企事业单位、公司和个人均可设置相关权限进行有偿使用。

四、如何建立三维实景信息模型平台系统

1、制定相关法律、规则和制度

a）政府制定相关法律法规

政府应分别对“平台公司”、“航拍公司”、“实景BIM公司”制定相关的法律法规。以法律法规的方式规范平台权限、航拍权限和涉密权限。

b）行业协会制定规则

协调政府制定和实施三维实景信息模型产业发展规划、产业政策、行政法规和有关法律。制定并执行行规行约和各类标准，协调三维实景信息模型行业企业之间的经营行为，监督维护行业信誉，制定执行资格审查和签发相关行业证照。

c）企业制定规章制度

“平台公司”、“航拍公司”和“实景BIM公司”是一新兴产业，具有一定的风险性无人机坠机（俗称炸机）和涉密性（军事、政府或保密区域）。所以企业应根据这些特点制定严格的规章制度和操作规范。

2、平台统一对城市进行网格、级别、属性划分

a）建立标准化网格系统

将城市与当地规划建设使用的坐标系统对应一致，根据目前市场主力航拍产品续航能力及作业半径，进行1公里X1公里的网格划分，即每块一平方公里采用统一的分块编号。确保来自不同航拍公司的模型可以无缝对接。

b）设立网格使用权限

采集权限：将网格依据建筑性质或功能性质划分为一般适飞区即无需任何申请即可自由飞行采集区域；协商适飞区即私人或企业用地需双方协商沟通同意方能飞行采集区域；申请适飞区即政府所在地、国有企业、大型石油、化工、厂矿需由政府相关部门批准方能飞行采集；禁飞区即政府敏感部门或军事区域、航空空域。

使用权限：对网格内三维实景信息模型依据行业、职能部门、专业公司和个人设定不同使用权限，确保信息安全。

4、建立专业三维实景模型云计算中心和数据中心

由“平台公司”自建或租用企业或政府云计算中心和数据中心，三方分别按权限进行模型运算。普通适飞权限的模型由平台自行运算；协商适飞权限的模型可交平台或企业运算；申请适飞权限的模型交由企业或政府运算；其他重要保密的均交由政府运算。

5、建立三维实景信息模型级别系统

a）业余级

一般权限：可自由采集信息且可直接对拍摄物体进行三维实景信息建模。

协商权限：经双方协商即可采集信息且可直接对拍摄物体进行三维实景信息建模

b）专业级

申请权限：委托方可采集信息且对拍摄物需专业人员或专业设计院方可进行三维实景信息建模。

c）保密级

保密权限：具有保密资质的方能采集信息，并由专业BIM公司建立三维实景信息模型。