實(shí)景三維中國建設(shè)是落實(shí)數(shù)字中國、平安中國、數(shù)字經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的重要舉措，是落實(shí)國家新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的具體部署，是服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)支撐。

古建筑測繪，迫在眉睫

如果說早年傳統(tǒng)建筑遺產(chǎn)保護(hù)還只是相關(guān)業(yè)務(wù)單位熱衷的板塊，如今其數(shù)字化則向更多的入局者拋出了“一同探索城市底色”的橄欖枝。

回顧傳統(tǒng)手工測繪、數(shù)字測繪時(shí)代，天津大學(xué)建筑學(xué)院的特聘研究員李哲用“萬軍之中取上將首級(jí)”來形容如今從海量測量數(shù)據(jù)中智能提取有效信息的無人機(jī)貼近測量手段。李哲認(rèn)為，相比其他應(yīng)用領(lǐng)域，文化遺產(chǎn)更需要貼近攝影測量技術(shù)“之前的數(shù)據(jù)比較粗放，即使有被拆解的細(xì)化的長度、走向、坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，也只能通過相對(duì)扁平化的方式呈現(xiàn)。而文化遺產(chǎn)本身已經(jīng)蒙了塵，包括其背后的內(nèi)涵、智慧等都有可能被忽略?！?/p>

在中國文化遺產(chǎn)研究院研究員永昕群看來，對(duì)于大面積的文化保護(hù)單位而言，便捷的信息留存手段需求一直很明確?！澳壳?，大部分文保單位還沒有比較完整的外部結(jié)構(gòu)數(shù)字檔案。尤其一些文保單位還有著高精度、定期監(jiān)測等相對(duì)細(xì)化的要求，具體到古建筑結(jié)構(gòu)變形層面，可能還需要達(dá)到毫米級(jí)的變形監(jiān)測要求。如對(duì)石窟而言，裂縫裂隙監(jiān)測也是毫米級(jí)的要求，其基礎(chǔ)的數(shù)字化工作是一個(gè)比較迫切的需求。”

這也意味著，貼近攝影測量等新興數(shù)字化技術(shù)在滿足廣泛尺度下遺產(chǎn)數(shù)字化保存、背后價(jià)值挖掘與闡釋等方面的優(yōu)勢較為明顯，“相對(duì)來說，效率高、速度快、精度可以滿足一般的建筑需求?！?/p>

貼近攝影測量（nap-of-the-object photogrammetry）是張祖勛院士團(tuán)隊(duì)針對(duì)精細(xì)化測量需求提出的全新攝影測量技術(shù)，它是精細(xì)化對(duì)地觀測需求與旋翼無人機(jī)發(fā)展結(jié)合的必然產(chǎn)物。

貼近攝影測量是面向?qū)ο蟮臄z影測量（object-oriented photogrammetry），它以物體的“面”為攝影對(duì)象，通過貼近攝影獲取超高分辨率影像，進(jìn)行精細(xì)化地理信息提取。貼近攝影測量淵源于滑坡、高位危巖的地質(zhì)調(diào)查與監(jiān)測預(yù)警，并進(jìn)行了初步應(yīng)用試驗(yàn)，具有可高度還原地表和物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，也可應(yīng)用于城市精細(xì)重建、古建筑重建、水利工程監(jiān)測等方面。

根據(jù)住建部要求，從2020年開始到2022年全國需完成歷史建筑100%測繪及系統(tǒng)錄入工作，明確鼓勵(lì)采用攝影測量等新技術(shù)，時(shí)間緊任務(wù)重。這也是大疆聯(lián)合多家機(jī)構(gòu)一同發(fā)起的文化遺產(chǎn)數(shù)字化無人機(jī)貼近攝影測量大賽的初衷所在：探索科技賦能文化遺產(chǎn)手段，用數(shù)字化創(chuàng)新助力文化遺產(chǎn)保護(hù)和文化傳承的社會(huì)價(jià)值的社會(huì)傳播與推廣，使屬于人類的文化財(cái)富真正走向大眾。

?

數(shù)字化呈現(xiàn)，不約而同

倘若用一句話形容這次無人機(jī)貼近攝影測量大賽，或許用“遠(yuǎn)超預(yù)期”更為貼切。

深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司測繪行業(yè)負(fù)責(zé)人魏坤嶺表示，從2021年9月份發(fā)起大賽至2021年11月初，涉及20多個(gè)行業(yè)的175個(gè)參賽作品已經(jīng)覆蓋了全國28個(gè)省份，規(guī)模超乎想象。

?

?

無論是測繪企業(yè)、文物保護(hù)單位、高?？蒲袉挝?，還是互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，都不約而同地走在了文化遺產(chǎn)數(shù)字化的路上，也向更多人傳遞無人機(jī)影像測量的魅力。登上梵凈山，步入武義三根半塔，到訪蟠龍山長城，沈陽故宮大政殿......本次攝影測量大賽的獲獎(jiǎng)作品也正傳達(dá)著測繪公司、科研單位、文化遺產(chǎn)設(shè)計(jì)公司等不同入局者的訴求。

?

作為地理信息企業(yè)的代表，梵凈山項(xiàng)目負(fù)責(zé)人羅輯表示，公司希望通過做文化遺產(chǎn)數(shù)字化，有針對(duì)性地收集對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)較為詳細(xì)的信息，從其中挖掘大量的應(yīng)用落地場景。“比如拍攝陡峭的山體，用來進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的分析，如監(jiān)測縫隙等風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。其次，可以介入旅游建筑的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，包括地圖服務(wù)、游客服務(wù)、票務(wù)信息等在內(nèi)的旅游信息化，以及各種傳感器的對(duì)接等?！?/p>

?

苦測繪設(shè)備久矣

一個(gè)愈發(fā)明確的信號(hào)是，對(duì)于整個(gè)文化遺產(chǎn)數(shù)字化領(lǐng)域而言，苦測量設(shè)備久矣。10年前，那會(huì)兒的設(shè)備非常貴，軟件也都是一些國外的軟件，搞攝影測量的圈子非常小，門檻比較高?！按蠼刖趾罄土碎T檻，像小企業(yè)才有機(jī)會(huì)參與到測繪工作當(dāng)中。也是因?yàn)檫@兩年有大量的歷史建筑采集的工作在各地開展，我們才機(jī)緣巧合地從測繪領(lǐng)域切入到建筑測繪等工作中?！边@一點(diǎn)上，魏坤嶺由衷感慨：“早在2014、2015年前后，已經(jīng)有單位開始自己用各種航模機(jī)器、相機(jī)去改裝單反設(shè)備完成攝影測量，耗費(fèi)了不少人力成本打磨技術(shù)路線，非常難。當(dāng)時(shí)，即便有很多地面測量設(shè)備，比如單反相機(jī)、三維激光掃描儀、全站儀等傳統(tǒng)測量設(shè)備，也無法解決空中攝影或者貼近攝影測量才可以解決的立面、廊檐下面或高空被遮擋地方的攝影測量問題，更不用提獲取完整數(shù)字化的模型?！?/p>

?

事實(shí)上，聯(lián)動(dòng)科技、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)與院校等合辦文化遺產(chǎn)攝影大賽，于大疆而言，只是近些年助力文化遺產(chǎn)的保護(hù)、傳播與傳承的一個(gè)縮影。從樂山大佛、懸空寺、廣勝寺飛虹塔到平遙古城，大疆已完成多個(gè)文化遺產(chǎn)數(shù)字化項(xiàng)目，一度令外界想象不出其邊界到底在哪兒?！爱?dāng)時(shí)我們和合作伙伴獲取的樂山大佛影像基本上能復(fù)刻原貌，塑造高精度的三維模型，樂山大佛管理處負(fù)責(zé)人表示很驚訝?！比魪母呔S度看，與其說是大疆與文化遺產(chǎn)碰撞的成果獲得相關(guān)文化遺產(chǎn)單位的一致認(rèn)可，不如說無人機(jī)傾斜攝影正逐漸顛覆大眾認(rèn)知并收獲在文化遺產(chǎn)領(lǐng)域的地位。

?

測的是遺產(chǎn)，看的是過去與未來

不可否認(rèn)，一系列認(rèn)可的背后，棘手問題也隨之漸漸浮出水面。梵凈山項(xiàng)目、武義三根半塔、蟠龍山長城項(xiàng)目負(fù)責(zé)人介紹稱，在開展古建筑測繪的過程中，游客眾多，測繪作業(yè)無法進(jìn)行；作業(yè)人員背著沉重的設(shè)備登高寸步難行；受天氣影響，每天有效作業(yè)時(shí)間微乎其微；飛行報(bào)備時(shí)，需要經(jīng)過航飛培訓(xùn)；反復(fù)人工補(bǔ)拍情況時(shí)有發(fā)生；多元數(shù)據(jù)處理融合難度比較大等問題無法避免。

?

如果說更遠(yuǎn)的期待，對(duì)文化遺產(chǎn)來說，無人機(jī)可能需要做得更智能。何情達(dá)指出，“除了能夠智能地規(guī)劃飛行航線外，如果無人機(jī)能在室內(nèi)采集時(shí)實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)拍攝或者掃描范圍，或者結(jié)合人工智能計(jì)算或者文化遺產(chǎn)前期采集的不同時(shí)空的數(shù)字化數(shù)據(jù)，可以在飛行時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別文物保護(hù)單位監(jiān)控地帶里的一些違禁的情況，以及建筑物傾斜、殘損、開裂等現(xiàn)存狀況，整個(gè)作業(yè)效果會(huì)更好?！?/p>

但正如永昕群所說，文化遺產(chǎn)的數(shù)字化測量并不是“看見”一座建筑的最終目的，應(yīng)用和傳承才是?！皽y量之后，我們需要挖掘出古建筑背后的智慧、內(nèi)涵，詮釋一些未知的秘密，能夠解釋遺產(chǎn)未來的趨勢以及這一呈現(xiàn)方式背后的動(dòng)態(tài)過程?！?/p>

開展實(shí)景三維中國建設(shè)，是“十四五”時(shí)期基礎(chǔ)測繪轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展的重要任務(wù)之一，我國將在“十四五”期間大力推進(jìn)實(shí)景三維中國建設(shè)。

現(xiàn)將實(shí)景三維中國建設(shè)的技術(shù)路線分享給大家！

技術(shù)路線

實(shí)景三維中國建設(shè)按照統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取與處理、建庫與服務(wù)。




?一、時(shí)空基準(zhǔn)?

坐標(biāo)系統(tǒng)采用 2000 國家大地坐標(biāo)系。當(dāng)采用其他坐標(biāo)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)與 2000 國家大地坐標(biāo)系建立聯(lián)系。高程基準(zhǔn)采用 1985 國家高程基準(zhǔn)。時(shí)間基準(zhǔn)采用公元紀(jì)年和北京時(shí)間。按照統(tǒng)一的時(shí)間節(jié)點(diǎn)開展實(shí)景三維中國建設(shè)，如實(shí)反映當(dāng)前時(shí)點(diǎn)下，以及前序各時(shí)點(diǎn)下人類生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間的真實(shí)狀況。
?

二、數(shù)據(jù)獲取與處理?

1.多源數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理

（1）其他實(shí)體獲取與預(yù)處理通過共享方式獲取，進(jìn)行坐標(biāo)格式轉(zhuǎn)換、語義化、結(jié)構(gòu)化等預(yù)處理。

（2）物聯(lián)感知數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理通過共享接入和網(wǎng)絡(luò)抓取等方式獲取，進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取、清洗、壓縮等預(yù)處理。

2.數(shù)據(jù)生產(chǎn)

（1）地理場景生產(chǎn)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)行方式生產(chǎn)。

（2）基礎(chǔ)地理實(shí)體生產(chǎn)以二維形式表達(dá)的基礎(chǔ)地理實(shí)體通過已有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、基于地理場景生成、基于高精度基礎(chǔ)地理實(shí)體生成等方式生產(chǎn)。以三維形式表達(dá)的基礎(chǔ)地理實(shí)體通過基于傾斜攝影三維模型生成、基于激光點(diǎn)云生成、基于其他方式生成等方式生產(chǎn)。

（3）部件三維模型生產(chǎn)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)行方式生產(chǎn)。

3.數(shù)據(jù)融合

在地理場景之間、地理實(shí)體之間，以及地理場景和地理實(shí)體之間進(jìn)行融合；物聯(lián)感知數(shù)據(jù)與地理實(shí)體建立關(guān)聯(lián)關(guān)系；對(duì)融合過程中存在的沖突進(jìn)行檢測及處理。

?三、建庫與服務(wù)?

1.數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

實(shí)景三維中國數(shù)據(jù)庫包括地理場景分庫、地物實(shí)體分庫、地理單元分庫、物聯(lián)感知數(shù)據(jù)分庫和元數(shù)據(jù)分庫等， 各分庫根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容細(xì)化為不同子庫，各子庫根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容分為若干圖層。

2.數(shù)據(jù)組織

地理場景按照分層分塊存儲(chǔ)，以二維形式表達(dá)的地理實(shí)體按照分層存儲(chǔ)、以三維形式表達(dá)的地理實(shí)體按照分層/ 單體存儲(chǔ)，物聯(lián)感知數(shù)據(jù)分記錄存儲(chǔ)。

3.建庫與服務(wù)

實(shí)景三維中國數(shù)據(jù)庫分為國家層面、省區(qū)層面和城市層面實(shí)景三維數(shù)據(jù)庫，分別存儲(chǔ)全國、省區(qū)、城市范圍內(nèi)的實(shí)景三維數(shù)據(jù)以及元數(shù)據(jù)。開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用于實(shí)景三維數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)編輯和查詢統(tǒng)計(jì)等。以智慧城市時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)或地理信息公共服務(wù)平臺(tái)為依托構(gòu)建應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)。