实景三维是对一定范围内生产、生活和生态空间进行真实、立体、时序化反映和表达的数字空间，是新型基础测绘的标准化产品，为经济社会发展和各部门信息化提供统一的空间基底[1]。2019年11月，自然资源部印发《自然资源部信息化建设总体方案》，提出推进实景三维数据库建设，推动建立三维立体自然资源“一张图”。2021年8月，自然资源部印发了《自然资源部实景三维中国建设技术大纲（2021版）》，促进自然资源管理和治理能力现代化，并对实景三维实体化、融合与轻量化、数据入库及共享发布提出了具体要求。现阶段，城市经济社会发展和生态文明建设对地理信息产品提出了新的要求，现有的二维数据已无法满足新业务发展和应用的需要。随着智慧城市深入发展，实景三维、数字孪生、CIM等已经成为城市治理不可缺少的内容，基于实景三维打造“地上地下一体、二三维一体”全空间的一体化空间治理平台，可服务城市治理，促进行业高质量发展。本研究以“GIS引擎+虚幻引擎”双引擎架为基础，融合影像、人口、房屋、土地、管线等二、三维数据，构建二、三维一体的城市空间数据底板，进行平台总体框架及功能设计，为番禺区城市精细化管理提供新的应用支撑。1平台需求分析与设计番禺区实景三维城市空间综合治理平台（以下简称平台）按照自然资源部建设实景三维数据库的要求，将山水林田湖草等自然资源与城市实景要素集于一体，构建全要素实景模型，精准、真实反映自然景观及城市要素的信息，实现地理场景之间、地理实体之间及地理场景和地理实体之间的融合[2]。同时驱动番禺区规资局、城管局、水务局、文广旅体局、应急局、交通运输局、政务数据局、发改局及科工商信局等多部门联动发力，整合全区空间资源，建立动态更新的长效机制，形成坚实的空间资源底座。在打好“一张图”基础上，数字化为引领，提升人民群众的获得感和幸福感[3]。借助云计算、物联网、大数据、人工智能、移动互联等新型智慧城市技术，秉承“集中统一实时共享”的建设理念[4]，开展全区统一的平台建设，驱动全区“空—天—地”三维地理信息资源互联互通和共享利用，为城市规划、招商引资、安全应急及领导决策等工作提供及时、高效、准确的管理数据支撑，助力城市管理的精细化。1.1需求分析番禺区各部门空间数据存在管理分散、展示不直观、服务效能低等问题，未能充分利用目前已积累的城市级模型和倾斜三维模型。面向更高要求新型基础测绘下的精细化城市治理需求，需要开展相关应用平台建设和探索。在统一时空下构建二三维一体化数据管理平台，构建统一标准与更新模式，形成长效更新机制；实现虚拟与现实的有机融合，在城市设计与展示需求时可切换虚幻引擎，模拟气候与灯光、玻璃反光、湖水涟漪等自然景象，可切换实景三维进行成本估算等；实现三维数据的场景应用，目前三维数据、单体化模型等生产成本较高，应深度挖掘在不同场景下的应用示范，尽早服务社会并产生社会价值；解决三维数据安全使用与快速加载的问题，三维数据体量庞大，通过视频流实时传输降低数据使用安全的同时提高加载速度，满足实际应用场景。1.2总体框架设计实景三维城市空间综合治理平台的建设依托电子政务云的计算、存储和网络资源，建立基础硬件环境，各操作端可以通过台式机、手机、平板等多种平台进行统一的云端数据层级访问，以确保数据的完整性和一致性，同时保障系统的稳定性、可靠性、易用性。平台总体技术框架采用分层设计，包括基础环境层、时空大数据层、平台支撑层、平台功能层、示范应用层和用户入口层6个层次。综合治理平台总体架构如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.010.F001图1综合治理平台总体框架基础环境层：基础设施层将计算资源、存储资源、网络资源等物理资源进行整合，形成可动态扩展的高性能计算环境、大容量存储环境，满足海量数据存储、多类型用户并发应用和信息共享查询以及各级业务系统接入平台的需要[5]。时空大数据层：由三维场景数据、数字孪生数据、单体建模数据、地下空间数据、地下管线数据、分层分户模型数据和专题数据等组成，负责数据的统一组织、存储和管理，为数据浏览、查询、统计、分析、共享等功能提供数据支撑。平台支撑层：平台支撑层由基于实景三维城市空间综合治理平台为支撑，包括云端渲染引擎、数字孪生平台、微服务GIS平台等提供基础丰富的各类空间服务。平台功能层：平台功能层主要包括三维模型浏览、高性能渲染、模型添加删除、在线空间查询统计、属性查询落图和共享交换等功能。示范应用层：示范应用服务层可支撑实景三维城市空间综合治理应用示范。用户入口层：用户入口层面向各类用户提供Web浏览器、桌面终端、大屏可视化等入口。根据不同用户的业务需求，设置对应的应用功能层系统访问权限，为不同用户提供应用服务，有效运行平台的时空信息。2关键技术研究2.1双引擎数字孪生技术平台建设采用“GIS引擎+虚幻引擎”双引擎架构。游戏引擎的核心优势在于强大的场景表现力，可以构建丰富精细的场景表现，构建数字孪生世界。基于微服务架构开发GIS引擎，结合虚幻引擎（UE4）作为后端，以云端渲染技术、消息指令集为连接桥梁，依托GIS数据、专题数据等多源异构数据资源，实现三维模型和孪生场景的虚实配准，快速构建二三维一体化的全息数字空间。基于游戏引擎层级渲染能力，支持高性能渲染可视化。将三维地理信息产业应用与可视化表现和三维渲染方面的超强能力虚幻引擎UE4相融合，通过虚幻引擎渲染技术改善常规三维地理信息用户视觉体验，同时实现三维GIS数据可视化、分析、查询及灾情场景搭建等功能。2.2多层级三维模型加载一般三维场景的模型数据在千万级以上，单纯采用默认的3D模型加载方案，会发生可视化交互问题，如浏览器高延迟、低帧率甚至卡死等情况。在平台建设中，通过LOD多层级加载三维模型方法，在批量模型加载中加入了快速索引和数据集的完整描述，使需要处理的实体数据量在渲染周期中减少，最终提高3D模型的加载效率。非连续LOD模型实质上保存多个不同分辨率的副本，构成一个金字塔模型。优点是不需要在线生成模型，可视速度较快，缺点是数据冗余大，不同副本之间缺乏衔接，因此在分辨率切换时会引起视觉上的间跳现象[6]。连续LOD模型只保留一定时间内某一分辨率的模型，另一分辨率模型在应用中通过算法生成。连续LOD模型优缺点与非连续模型相反，优点是数据冗余低且能够保持视觉的连续性，缺点是不同分辨率的模型需要通过复杂的算法设计实现，可视速度慢。节点LOD模型是一个分辨率结构，不同分辨率模型之间通过节点的激活操作对应的部件，当所有节点被激活时相当于一个全分辨率的结构，优点是结构和操作简单，适用于复杂不连续模型的表达。2.3云端实时渲染技术三维可视化平台通过动态视频流技术加载倾斜模型，充分确保地理信息的数据安全。动态视频流技术主要有云端预渲染和云端实时渲染两种方式。平台主要利用云端实时渲染技术，将高强度的运算处理后把结果传输到用户设备上，通过基于物理拟真渲染来展现逼真光影和细节，达到照片级渲染品质。云端实时渲染无须下载应用软件，只需要在设备上使用网络浏览器即可访问所有三维应用，通过动态视频流技术加载倾斜模型过程使用工业级安全标准的数据加密传输，应用运行在云端开展，终端无须下载数据，从而确保用户与应用数据隔离，拥有多重地理信息数据安全保障。3应用实践《番禺区实景三维城市空间综合治理平台建设项目》总投资600余万元，力争构建广州市第一个城市级实景三维（数字孪生）综合治理空间平台，并在“楼地房人”管理、城市品质提升等应用场景进行探索。综合治理平台界面展示如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.04.010.F002图2综合治理平台界面展示3.1城中村综合治理广州番禺区城中村治理出现滞后时代发展步伐的现象，流动人口变化快，人员结构复杂，难以精准掌握；房屋建筑密度高，违建现象突出；机动车与电动自行车违停现象普遍，造成安全隐患；重点场所分布广泛，缺乏动态更新和实时监管手段；不同垂直系统或平台未发挥出高效能，本平台对“人、屋、车、场、网”的动态化、精细化、智能化、一体化全生命周期协同管理展开设计。人口房屋业态模块：通过来穗、工商等系统，结合地名地址匹配引擎，实现人、房屋、企业的关联关系绑定及管控等。重点场所安全隐患模块：通过门禁等传感器对接，对重点场所如网吧、理发店、出租屋等均登记在系统并关联到业主，可实现通过业主定位房屋，也可以通过房屋查找业主，同时网络摄像头可实时监控场所情况。网格化管理模块：将社区内按照人、事、物组合现状划分网格，按照指挥部、片区指挥长、社区（村）党支部、网格党支部、最小应急单元（3人小组）的体系进行层级指挥和管理。命令传达自上而下，事务反馈自下而上，随时上报网格内的各类基础信息和突发事件，实现“一张网管到底”。机动车管理模块：所有进入管辖范围的车辆通过摄像头等传感器确认车辆停放状态，并根据电子栅栏自动判断是否符合规定，自动将违规车辆信息上报至执法人员终端中。3.2三维辅助审批基于传统的二维审批依赖审批人员的专业技术水平和空间思维，在可视域和限高分析时需要核查详细的高程数据。在日照分析时，需要通过模型和数据进行计算和反馈，没有直观的视觉感受。在施工建设许可阶段，二维设计图将不同剖面叠加在同一平面进行展示，工作人员需要反复对比核查，三维场景下可直观旋转查看每个立面的设计方案和尺寸，减少碰撞与返工，缩短审查工期。三维方案景观审查：将设计方案三维模型与周边现状倾斜模型进行叠加，可直观对工程项目及周边环境开展景观分析。二三维报建审查：在建设工程规划许可证核发阶段，通过单体报建每一层CAD设计图纸二三维联动，进行报建内部结构审查。绿地、树木、市政设施类审批：施工前可对拟开发路面进行开挖分析，通过输入路长、路宽和挖深，快速统计涉及的管线种类和相关权属信息。同时支持树木迁移模拟，在线迁移树木位置，查看迁移效果等功能。3.3城市品质提升控制性详细规划（控规）是城市总体规划与建设实施间从战略性控制到实施性控制的编制层次，是城市规划控制与管理的重要手段[7]。传统的城市设计存在几个问题：一是三维可视化不强，设计师在方案设计和评价时忽略了立体空间的细节，后期实地落地后发现现实与设计有差距；二是在数量巨大的建筑群做控规方案时，涉及容积率、退界、限制因素等需要调整时，需要反复调整；三是群策效果不佳，设计方案需要专业人员查看并给出意见，群众很难有效参与设计并提出意见。本平台通过对大数据的快速获取、分析和预测，实现城市更新项目的规划方案一键导入，同时根据确定几何参数和约束条件进行建模，通过简单地更改模型参数及拖选模型库中的建筑样式可完成方案设计[8]。4结语本文探索实景三维应用场景，为城市规划、招商引资、安全应急、领导决策等工作提供及时、高效、准确的管理数据支撑，助力城市管理的精细化。通过搭建统一基于实景三维的城市空间治理平台，采用“GIS引擎+虚幻引擎”双引擎架构解决GIS数据管理分析能力不足的问题，同时增强精细场景的表现力；采用LOD多层级三维模型加载方法，批量模型加载添加快速索引和数据集的整体性描述，减少渲染循环中需要处理的实体数据量，实现三维模型加载效率的提升；通过动态视频流技术加载倾斜模型，充分确保地理信息数据安全。以番禺区实景三维城市空间综合治理平台建设项目为例，在城中村综合整治、三维辅助审批和城市品质提升等应用场景展开探索，并提供解决方案，在智慧水务、消防应急等更多场景进行探索并实现。