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數據采集難度大，城(chéng)市(shì)級實景三維遭遇卡脖子問題

2020-11-02

「實景三維中國(guó)将取代傳統4D産品，成為(wèi)新型基礎測繪的标準化成果」這是自(zì)然資源部國(guó)土(tǔ)測繪司司長(cháng)武文忠在上(shàng)周舉辦的中國(guó)地理信息産業(yè)大會(huì)上(shàng)為(wèi)實景三維中國(guó)給出的最新定義。

　　未來，新型基礎測繪的技(jì)術(shù)發展和應用将全面圍繞實景三維來展開(kāi)，已逐漸成為(wèi)行業(yè)共識。李德仁院士此前在接受泰伯網采訪時就(jiù)坦言，目前實景三維産業(yè)已具備充分的技(jì)術(shù)條件(jiàn)，且市(shì)場需求強烈，符合技(jì)術(shù)發展整體趨勢，應當盡早立項落地。

　　到(dào)2020年(nián)底，針對“經濟建設、國(guó)防建設、社會(huì)發展和生(shēng)态保護等普适性服務以及自(zì)然資源管理”需求，完成10米格網DEM全國(guó)更新和優化。

　　可以看(kàn)到(dào)，在國(guó)家基礎測繪工(gōng)作全面轉型升級的節點，實景三維中國(guó)建設已「漸入佳境」。

　　說回到(dào)城(chéng)市(shì)級三維，其實是源自(zì)于「實景三維中國(guó)」三個(gè)層級劃分(城(chéng)市(shì)級、地形級、部件(jiàn)級)中的一(yī)項内容，其主要目标是對全國(guó)地級以上(shàng)城(chéng)市(shì)完成實景三維模型的構建。并且根據實景三維中國(guó)建設的「兩步走戰略」，這項工(gōng)作要在「十四五」期間完成。

　　相(xiàng)較于地形級三維來說，城(chéng)市(shì)級三維建設要求的精度更高(gāo)、展示内容更豐富、總體工(gōng)作量也要更大。此外，有賴于智慧城(chéng)市(shì)建設的不斷加速，社會(huì)對城(chéng)市(shì)級三維的需求和重視也将要遠(yuǎn)大于地形級三維。

　　據統計，目前雖然有超過600個(gè)地區已經開(kāi)展了不同程度的實景三維建設，但其中針對于城(chéng)市(shì)城(chéng)區進行大範圍實景三維建模的并不多(duō)。泰伯網認為(wèi)，造成這種情況的原因，一(yī)是由于城(chéng)市(shì)級三維的數據規範和相(xiàng)關标準尚未明确，仍處在試點階段。其次是城(chéng)市(shì)級三維的實施難度較大，相(xiàng)關企業(yè)正在探索最優的技(jì)術(shù)路(lù)徑和産品方案。

　　今年(nián)10月(yuè)，剛剛完成昆明城(chéng)區實景三維無人機(jī)航測項目的常雨(化名)告訴泰伯網，目前絕大多(duō)數的測繪企業(yè)，其實都缺乏這種大規模城(chéng)市(shì)級實景三維建設的項目經驗。任務面積大、工(gōng)期緊、安全性要求高(gāo)、有高(gāo)層建築物(wù)以及電(diàn)磁幹擾強，這都是城(chéng)市(shì)級三維數據采集中常見(jiàn)的幾個(gè)問題。從(cóng)常規實景三維項目中積累下(xià)的工(gōng)作流程和産品方案，往往在城(chéng)市(shì)級三維中就(jiù)行不通(tōng)。

　　而巨大的挑戰同樣意味著(zhe)巨大的機(jī)遇，誰能(néng)夠先搞清楚城(chéng)市(shì)級實景三維，誰也就(jiù)在新時代中掌握了主動權。

　　目前開(kāi)展實景三維中國(guó)建設，主要是依靠無人機(jī)航測、激光(guāng)雷達、傾斜攝影及移動測量等數據采集技(jì)術(shù)作為(wèi)支撐。常雨告訴泰伯網，通(tōng)過在幾個(gè)城(chéng)市(shì)級實景三維項目中積累下(xià)的實施經驗，他們已經對如何選擇無人機(jī)、如何高(gāo)效完成城(chéng)區三維數據采集任務有了全新的理解。

　　首先，常雨認為(wèi)，城(chéng)市(shì)級實景三維需要滿足在光(guāng)照(zhào)條件(jiàn)緩慢(màn)變化過程中，連續采集最多(duō)的數據。同時測區分塊範圍越大越好，可以有效的降低(dī)縫合處的重疊數據。因此超長(cháng)航時的無人機(jī)平台會(huì)更具競争力，而且是飛(fēi)行時間越長(cháng)越好。城(chéng)市(shì)級實景三維項目的項目周期緊、城(chéng)區環境複雜(zá)，如果無法提高(gāo)單架次的作業(yè)面積，那麽将大大降低(dī)整體的作業(yè)效率。面對動辄上(shàng)百平方公裡(lǐ)的作業(yè)任務，多(duō)旋翼無人機(jī)往往有些力不從(cóng)心，相(xiàng)比之下(xià)大型的垂直起降固定翼無人機(jī)則顯得更加實用和高(gāo)效。

　　其次，相(xiàng)比于油動無人機(jī)，純電(diàn)動無人機(jī)應該更适用于城(chéng)區環境。衆所周知，油動無人機(jī)的續航時間長(cháng)、巡航速度快。但是城(chéng)區的人口密集，地面建築物(wù)和車輛集中，由于油動無人機(jī)本身攜帶汽油，萬一(yī)出現危險情況，那麽可能(néng)造成的人身财産損失将是不可預計的。此外，純電(diàn)動無人機(jī)低(dī)噪音(yīn)、免保養的特性，也決定了它更适用于城(chéng)區環境。

　　最後，城(chéng)市(shì)級實景三維項目對無人機(jī)在穩定性上(shàng)有著(zhe)更高(gāo)的要求。常雨表示，因為(wèi)城(chéng)區林立密集的超高(gāo)層建築物(wù)，改變了地表狀況，所以對該地及周圍地區、低(dī)空飛(fēi)行範圍的風場結構産生(shēng)了強烈的影響，同時城(chéng)市(shì)還(hái)是各種電(diàn)磁幹擾的聚集地。如果無人機(jī)無法克服這些問題，外業(yè)數據采集将難以為(wèi)繼。

昆明市(shì)城(chéng)市(shì)級實景三維建模效果

　　常雨告訴泰伯網，在昆明城(chéng)區項目中他們采用的是沃飛(fēi)長(cháng)空傲勢XC-25無人機(jī)，它除了是一(yī)款能(néng)夠續航6小(xiǎo)時的長(cháng)航時純電(diàn)無人機(jī)以外，還(hái)是一(yī)架多(duō)餘度無人機(jī)，即全機(jī)多(duō)個(gè)關鍵系統額外有一(yī)套備用系統，如電(diàn)源、GNSS、IMU、磁羅盤、舵機(jī)等)采用多(duō)餘度設計，有效降低(dī)了系統失效概率，降低(dī)飛(fēi)行風險。假設單餘度系統的失效概率為(wèi)0.1%(千分之一(yī))，那麽雙餘度設計就(jiù)将系統的失效概率由千分之一(yī)降低(dī)到(dào)了百萬分之一(yī)。

　　在常雨眼中，長(cháng)續航、純電(diàn)動、多(duō)餘度已經成為(wèi)他未來考量一(yī)款無人機(jī)是否适合城(chéng)市(shì)級實景三維任務的三個(gè)核心标準。

沃飛(fēi)長(cháng)空傲勢XC-25雙龍頭無人機(jī)

　　此前，就(jiù)有業(yè)内專家表示，單從(cóng)目前的數據采集技(jì)術(shù)而言，無論是無人機(jī)航測還(hái)是傾斜攝影，都已經相(xiàng)當成熟。如今隻是需要大家認識到(dào)，城(chéng)市(shì)級三維與傳統小(xiǎo)型地塊三維建模之間，無論是在項目體量、城(chéng)區作業(yè)環境，甚至于如何選擇合适的無人機(jī)産品上(shàng)，都存在著(zhe)不小(xiǎo)的差異。

　　當然，除了數據采集，城(chéng)市(shì)級實景三維建設也必然會(huì)對數據處理、三維成果應用等方面産生(shēng)新的變化。

　　從(cóng)二維到(dào)三維，從(cóng)鄉村(cūn)到(dào)城(chéng)市(shì)，已經是全球科技(jì)發展和智慧地球建設的必然趨勢。随著(zhe)試點工(gōng)作的逐步完成，相(xiàng)關标準和規劃的制定，實景三維将會(huì)對地理信息産業(yè)産生(shēng)巨大的推動作用，也将幫助國(guó)家基礎測繪工(gōng)作完成轉型升級。

　　沃飛(fēi)長(cháng)空“城(chéng)市(shì)級三維實景建模”解決方案，已于10月(yuè)28日-30日的第十屆中國(guó)測繪地理信息技(jì)術(shù)裝備博覽會(huì)現場首次發布。歡迎前往沃飛(fēi)長(cháng)空展位：T33 了解全新解決方案，共同智“繪”未來。