智慧城市实景二三维时空基底解决方案

一、方案概况

城市就是一个生命体，它有智慧大脑、呼吸、消化系统、排泄系统，所以，未来城市的运转将是云、边、端的结合。三者之间互相协同都是建立在精准时间、空间、位置的基础上，它和物联网技术的交叉融合，实现人与物、物与物的结合，为城市的精准运营和管理提供决策支撑。最终实现实体城市和虚拟城市的协同交互，形成“智慧城市的数字孪生”。

方案特色：一是通过数据轻量化技术整合时空数据，建立可看、可用、可算、可识别的实景三维平台；二是利用国家发改委立项的“测绘自主可控技术”试点项目研发的区块链、商密技术实现安全可控的数据传输，达到PC端、移动端的在线调用及数据加载；三是将精准时空数据与物联网数据融合，实现城市静态管理走向动态监测，协同实现万物互联和智能服务。

主要功能：实景二三维时空基底将各类地理实体数字化，打造涵盖地上、地表、地下多层次，地形、城市、部件多级别二三维仿真可视化的全域数字底座，还原过去、展示现实、虚拟未来。为各部门提供统一底图，为产业升级供给基础数据，为百姓提供精准导航定位，将综合市情呈现给决策者。

应用效果：一是避免重复建设，节约财政经费；二是提升政务服务能力，推进政府数字化转型；三是全局精准把控，辅助决策分析;四是加快数据融合、推进产业升级。

二、需求背景 

习近平总书记于9月16日向首届北斗规模应用国际峰会致贺信中所提到的“时空信息、定位导航服务成为重要的新型基础设施”。国家十四五规划中要求“建设全球覆盖遥感空间基础设施，探索数字孪生的城市”。自然资源部、住房和城乡建设部分别印发“实景三维中国技术大纲”、“城市信息模型技术导则”，将实景三维建设放在信息化优先位置。

当前，各地都在努力建设数字城市、发展数字经济，但地理空间数据的管理和使用还处于“九龙治水”局面，各部门各有各自的“一张图”，系统之间数据标准格式不统一、时空基准不一致、网络不互通、信息不畅通，即使数据汇总，仍是各类“信息烟囱”，难以整合、融合，统筹运用。因此，必须由政府主导，大数据综合管理部门牵头，各部门共同参与，遵循共建共享共融原则，基于现有平台和数据成果，打造为政府、企业、公众各类数据汇聚、治理、赋能的统一的二三维时空基底，将其变为一项公共服务。

三、技术架构

（一）总体架构

实景二三维空间基底是映射真实世界的数字化底板，以此为基础接入各种动态感知数据形成“数字孪生城市”，通过构建全空间信息模型和时空信息模型，从而进一步与数据大脑平台资源进行深度融合，共同构建支撑全域社会治理的支撑底座。

总体技术架构如下：

图1.总体架构图

实景二三维空间基底建设将以长沙市智慧城市时空信息云平台为基础，遵循“分布存储、逻辑集中、时序更新、共享应用”原则，基于国家统一地理空间基准框架，利用大数据管理技术，整合自然资源的基础测绘、遥感监测、多测合一、多规合一数据，住建部门的建筑信息模型、建设项目进度数据，交通部门的道路、交通信号数据，公安部门监控数据等各部门时空数据，构建一套数据动态更新机制；采用数据轻量化、实景三维渲染、三维建模、人工智能、物联网、区块链、非线性脱密、商密等技术，通过政务外网、互联网提供标准、在线、自主可用的时空信息服务。

（二）关键技术的应用

1.三维数据采集技术：综合利用基础测绘、工程测量、遥感、激光雷达、视频等形成多源数据，支持室内外、地上下场景的全要素采集；

2.地理实体转换技术：支持居民地及设施、交通、水系、管线、境界、植被、土质等7大类数据的自动转换，支持几何信息补偿、语义信息转换、重构与整合、实体间关系处理等，支持地理实体的无级缩编和自动编码；

3.三维建模技术：支持卫星影像、倾斜航空影像、近景影像、视频、光场影像、激光点云等多源数据的三维重建，生产DEM、DOM和DSM等产品;

4.轻量化技术：采用轻量化算法，对不同类型的数据进行压缩精简，实现无插件环境下的大规模数据快速可视化;

5.人工智能技术：构建二三维地理实体样本库，基于深度学习的地理实体检测模型、三维地理实体自动重建和变化发现模型，实现自动更新和监测;

6.物联网技术：支持互联网数据抓取，自然资源感知数据、物联网感知数据在线接入，实景三维与实时视屏等动态信息的动态融合;

7.商密技术：采用国密算法、加密机、区块链技术，对时空数据库的数据存储、时空信息资源的授权访问校验、数据传输进行加解密，建立数据交互互信机制，保障数据安全与通信安全；

8.实景三维渲染技术：支持大规模实景三维数据的服务发布、数据分级共享、天气等自然景观模拟和高效可视化。

（三）建设内容

1.建立统一的标准规范体系

做好顶层设计，在国家、地区、行业已有的标准及其他省市经验基础上，结合长沙实际情况，形成一套满足城市实景二三维空间基底建设和管理需求的技术标准规范和数据安全体系，规范时空数据归集、入库、应用、管理和运维等各个环节的工作，主要包括数据建库标准体系、服务标准体系和运行维护标准体系三个方面。

2.整合已有数据资源，建设覆盖全域标准统一的二三维时空库

实景二三维数据主要包括地理场景、地理实体、建筑信息模型、物联网感知数据，基于国家2000大地坐标框架，以空间、时间为基准，采用时序化模式对各类数据进行分类管理。随着近年我国遥感卫星技术、无人机航拍技术、三维建模技术、新型测绘技术的普及推广，各部门已经积累了丰富的地理空间数据资源，例如：自然资源测绘部门按期更新的基础地理测绘成果、地理国情调查成果、自然资源调查监测成果、多测合一成果、多规合一成果，住建部门的工改成果、建筑数字模型（BIM）等，通过调查、梳理、整合，充分挖掘现有资源潜力，同时组织对小部分缺失数据进行补充完善，就可以建成一套可用的二三维时空基底库。二三维时空库不是静止的库，会随着城市变化按时序进行动态更新，要求各部门共建共享，形成一套完整动态更新机制，确保建成后可用数据如实反映当前时点下，以及前序各时点下人类生产、生活和生态空间的真实状况。

图2.时空二三维数据汇聚管理框架图

3.建设共享的实景二三维时空基底平台

基于长沙现有的时空信息云平台，采用自主可控时空大数据管理和服务发布平台技术，按照云计算、可组装模式要求，将数据与空间信息模型、人工智能算法模型相结合，形成二维底图、三维可视化、实景三维渲染、空间量算、精细化表达、空间统计分析、智能识别、动态监控等可在线动态调用服务接口，支持自有业务数据自主加载，建立人机可交互界面，并可以随着业务的拓展进行持续的演变和生长积累，为各类场景推演、监管发现、处置决策提供智慧支撑。

图3.基于时空库构建各类专题空间信息模型

4.构建安全可控管理体系

国家正在开展测绘自主可控技术试点工作，我省也是试点之一，利用空间非线性脱密算法、国密算法、保密机、区块链技术，对时空数据的管理、分级授权访问、数据流通、防篡改防抵赖访问进行技术加固，为实景二三维时空基底共享提供安全保障。

四、应用效果   

（一）避免重复建设、节约财政经费

统一的实景二三维时空基底建设可以避免地理空间数据的重复数据采集及软硬件平台搭建工作，让专业的人做专业的事，统一按需供给，既避免政府各部门大量资金重复投入，又可以保障质量，确保安全可靠。

（二）提升政务服务能力、推进政府数字化转型

实景三维应用到政务服务工作中，通过三维场景有机地将人、事、情、办理过程结合在一起，让业务办理过程场景化立体展示，帮助政务服务人员充分了解业务背景和情况，辅助业务的分析处理，也能让群众更加明确掌握政务资源和办事过程，增加群众满意度。

（三）全局精准把控、辅助决策分析

实景三维的在线调用、无限缩放、沉浸式立体可视化展示特性，让各级领导既能从地形级大场景着眼，也可以从部件级细节着手，通过多维度综合分析，尽可能的还原事件的本质，掌握清晰准确的情况，让各类社情民意尽在掌中,为领导决策分析提供一个智能小助手。

（四）加快数据融合、推进产业升级

统一的实景二三维时空基底为各部门数据融合提供了统一的基准和入口，通过接入物联网等各类实情感知数据，融入各类业务数据，将为城市构造一个同步映射的“数字孪生”世界，在“数据孪生”世界中，我们可以不断的进行各种规划、推演、预测、判别，大力提升各行业获取信息的数量和质量，激发新的思考，促进新的业态的形成，助推产业升级。同时，基于统一的实景二三维时空基底，各部门各行业按照自己的业务需要，在基底上加载各自的业务数据，构建各自的业务场景，形成满足不同需要的各类业务基底和一张图。

图4.应用场景示意图

五、特色亮点    

（一）技术特点

依托高效的三维数据采集、建模、轻量化、高效渲染技术实现自然资源与空间地理数据从2D向3D升级；依托物联网、互联网技术实现三维场景从静态向动态升级；依托国密和非线性脱密算法破解空间数据应用效率与安全之间的矛盾，实现跨部门数据的在线融合、更新与共享；通过时空大数据、人工智能技术推进政府数字化转型，提升办事效率和群众服务水平；通过加强基础时空数据的社会供给助推产业升级换代。

（二）应用优势

基于实景二三维时空基底，信息资源触达真实地理时空各个角落，能快速发现与识别,将准确表达信息在哪里？在干什么？影响的区域？实现信息精准可看、精准可算、精准可用、安全可控，具有直观、精度高、可量测、信息丰富、沉浸感强、在线可用等特点。

（三）可借鉴的成功案例

城市实景二三维时空基底已经在上海、长沙、南京、深圳、青岛、成都、衡阳等城市信息化建设中得到广泛应用，在数据治理、产业规划升级、自然资源管理、国土空间规划、违建处置、治安管控、交通疏导、生态环保、应急救灾等各方面取得了良好的应用效果。

六、企业简介

湖南天湘和信息科技有限公司成立于2010年4月，以“构建共享平台、融合时空数据、服务社会需求、共建数字中国”为目标。公司具备测绘地理信息乙级资质、涉密信息系统集成乙级软件开发资质、国土空间规划丙级资质、高新技术企业、双软企业、科技创新小巨人企业。公司项目获得了中国地理信息产业优秀工程金奖共两项、中国测绘科技进步奖二等奖一项、湖南省地理信息科技进步奖一等奖一项。

公司先后参与过长沙市“智慧长沙时空信息云平台项目电子地图项目”、“长沙市地理信息专项应用场景建设项目”，省自然资源厅的“遥感影像统筹管理与服务系项目”、衡阳市的“市县一体化时空信息云平台”、“互联网+两违综合监管平台”、“测绘自主可控试点项目”，成都市的“时空信息云平台项目”等信息化项目，具有自主可控的技术、丰富成熟的经验和专业可靠的团队。