面向数字孪生城市的三维GIS基础软件技术创新及应用
Technology Innovation and Application of 3D GIS Basic Platform for DigitalTwin Cities
李 濛
北京超图软件股份有限公司 三维研发中心副总经理
何 倩
北京超图软件股份有限公司 三维研发中心产品工程师
李广明
北京超图软件股份有限公司 三维研发中心产品总监
王 博
北京超图软件股份有限公司 三维研发中心产品总监
李云霞
北京超图软件股份有限公司 大客户一中心总经理，中级测绘工程师，硕士
白杨建
北京超图软件股份有限公司集团副总裁
摘要: 当前，数字孪生城市已成为各地智慧城市建设或城市数字化转型的重要探索方向。在深入推进数字孪生城市建设的过程中，对数据存储管理、数据处理融合、数据查询分析、数据可视化呈现等提出新的要求，GIS基础软件需要不断修炼“内功”，才能支撑构建更坚实的时空数字底盘。从数字孪生城市建设面临的新要求展开论述，重点介绍了SuperMap三维GIS基础软件技术在多尺度三维模型构建、全方位数据深度融合、三维空间计算与分析、可视化呈现能力等方面的创新进展，以及在城市规划与管理、数字园区运维管理、自然资源管理等领域的应用，最后总结了该技术方法的应用价值和后续探索方向。
Abstract: Nowadays, the digital twin city has become an important exploration direction for smart city construction or urban digital transformation in China. In the process of in-depth construction of digital twin cities, new requirements are put forward in datastorage management, data processing and fusion, data query and analysis, and data visualization. Facing these new requirements,the GIS basic platform needs continuous innovation to support the construction of a spatiotemporal digital foundation. This paper discusses the new requirements of digital twin cities for geographic information technology, focusing on the progress of SuperMap 3D GIS basic platform technology in multi-dimensional and multi-scale data model construction, comprehensive data fusion, 3D spatial analysis and calculation, visualization capabilities, and its applications in related fields such as urban planning and management, digital park operation and maintenance management, and natural resources management. Finally, the application value and follow-up exploration direction of this technical method are summarized.
关键词：数字孪生城市；三维空间建模；三维空间分析与查询；多源数据融合；可视化呈现；城市规划
Keyword: digital twin cities; 3D space modeling; 3D spatial analysis and calculation; multi-source data fusion; visual presentation;urban planning
中图分类号：TU984
文献标识码: A
李德仁. 数字孪生城市，智慧城市建设的新高度[J]. 中国勘察设计，2020（10）：13-14.
LI Deren. Digital twin city, new height of smart city construction[J]. China Engineering Consulting, 2020(10): 13-14.
中国信息通信研究院. 数字孪生城市研究报告（2021年）[R]. 2021.
China Academy of Information and Communications Technology. Digital twin cities researchreport (2021)[R]. 2021.
新华网. 中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要[EB/OL]. （2021-03-13）[2023-08-16]. http://www.xinhuanet.com/fortunepro/2021-03/13/c_1127205564.htm.
Xinghua Net. The outline of the 14th Five-Year Plan (2021-2025) for national economic and social development and the long-range objectives through the year 2035[EB/OL]. (2021-03-13) [2023-08-16]. http://www.xinhuanet.com/fortunepro/2021-03/13/c_1127205564.htm.
中华人民共和国中央人民政府. 国务院关于印发“十四五”数字经济发展规划的通知：国发〔2021〕29号[EB/OL]. （2022-01-12）[2023-08-16].https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-01/12/content_5667817.htm.
The Central People's Government of the People's Republic of China. Notice of the 14th five year digital economy development plan issued by the state council[EB/OL]. (2022-01-12)[2023-08-16]. https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-01/12/content_5667817.htm.
中华人民共和国科技部，中华人民共和国住房和城乡建设部. 科技部 住房城乡建设部关于印发《“十四五”城镇化与城市发展科技创新专项规划》的通知：国科发社〔2022〕320号[EB/OL]. （2022-12-06）[2023-08-16]. https://www.most.gov.cn/xxgk/xinxifenlei/fdzdgknr/fgzc/gfxwj/gfxwj2022/202212/t20221206_183776.html.
Ministry of Science and Technology of the People's Republic of China, Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China. Notice of The "14th Five-YearPlan" Special Plan for Urbanization and Urban Development Science and Technology Innovation issued by the Ministry of Science and Technology and the Ministry of Housing and Urban-Rural Development[EB/OL]. (2022-12-06) [2023-08-16]. https://www.most.gov.cn/xxgk/xinxifenlei/fdzdgknr/fgzc/gfxwj/gfxwj2022/202212/t20221206_183776.html.
中华人民共和国自然资源部. 自然资源部办公厅关于全面推进实景三维中国建设的通知：自然资办发〔2022〕7号[EB/OL]. （2022-02-24）[2023-08-16]. http://gi.mnr.gov.cn/202202/t20220225_2729401.html.
Ministry of Natural Resources of the People's Republic of China. Notice of the general office of the ministry of natural resources on comprehensively promoting real-scene 3D construction of China[EB/OL]. (2022-02-24)[2023-08-16]. http://gi.mnr.gov.cn/202202/t20220225_2729401.html.
鲍巧玲，杨滔，黄奇晴，等. 数字孪生城市导向下的智慧规建管规则体系构建——以雄安新区规划建设BIM管理平台为例[J]. 城市发展研究，2021，28（8）：50-55，106.
BAO Qiaoling, YANG Tao, HUANG Qiqing, et al.The construction of smart planning, construction and management rule system guided by digital twin city: with the BIM planning, construction and management platform of Xiong'an New Area asan example[J]. Urban Development Studies, 2021,28(8): 50-55, 106.
中国信息通信研究院. 数字孪生城市研究报告（2019年）[R]. 2019.
China Academy of Information and Communications Technology. Digital twin cities research report(2019)[R]. 2019.
中国信息通信研究院. 数字孪生城市研究报告（2020年）[R]. 2020.
China Academy of Information and Communications Technology. Digital twin cities researchreport (2020)[R]. 2020.
中国信息通信研究院. 数字孪生城市研究报告（2022年）[R]. 2022.
China Academy of Information and Communications Technology. Digital twin cities research report (2022)[R]. 2022.
张新长，李少英，周启鸣，等. 建设数字孪生城市的逻辑与创新思考[J]. 测绘科学，2021，46（3）：147-152，168.
ZHANG Xinchang, LI Shaoying, ZHOU Qiming,et al. The rationale and innovative thinking of building digital twin city[J]. Science of Surveying and Mapping, 2021, 46(3): 147-152, 168.
顾建祥，杨必胜，董震，等. 面向数字孪生城市的智能化全息测绘[J]. 测绘通报，2020（6）：134-140.
GU Jianxiang, YANG Bisheng, DONG Zhen, etal. Intelligent perfect-information surveying and mapping for digital twin cities[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2020(6): 134-140.
李清泉，李德仁. 三维空间数据模型集成的概念框架研究[J]. 测绘学报，1998，27（4）：325-330.
LI Qingquan, LI Deren. Research on the conceptual frame of the integration of 3D spatial data model[J]. Acta Geodaetica et Cartgraphica Sinica, 1998, 27(4): 325-330.
朱 庆. 三 维GIS技术进展[J]. 地 理 信 息 世 界，2011，9（2）：25-27，33.
ZHU Qing. Technical progress of three dimensional GIS[J]. Geomatics World, 2011, 9(2):25-27, 33.
朱庆，张利国，丁雨淋，等. 从实景三维建模到数字孪生建模[J]. 测绘学报，2022，51（6）：1040-1049.
ZHU Qing, ZHANG Liguo, DING Yulin, et al.From real 3D modeling to digital twin modeling[J].Acta Geodaetica et Cartgraphica Sinica, 2022,51(6): 1040-1049.
蔡文文，冯振华，周芹，等. 面向数字化城市设计的三维GIS关键技术[J]. 地理信息世界，2019，26（3）：122-127.
CAI Wenwen, FENG Zhenhua, ZHOU Qin, et al. Key technologies of the three dimensional geographic information system (3D GIS) fordigital city design[J]. Geomatics World, 2019,26(3): 122-127.
蔡文文，王少华，钟耳顺，等. BIM与SuperMapGIS数据集成技术[J]. 地理信息世界，2018，25（1）：120-124，129.
CAI Wenwen, WANG Shaohua, ZHONG Ershun,et al. Data integration technology of BIM and SuperMap GIS[J]. Geomatics World, 2018, 25(1):120-124, 129.
宋关福，钟耳顺，周芹，等. 通用三维GIS场数据模型研究与实践[J]. 测绘地理信息，2020，45（2）：1-7.
SONG Guanfu, ZHONG Ershun, ZHOU Qin, et al. Research and practice on general 3D field data model in GIS[J]. Journal of Geomatics, 2020,45(2): 1-7.
汤圣君，张叶廷，许伟平，等. 三维GIS中的参数化建模方法[J]. 武汉大学学报（信息科学版），2014，39（9）：1086-1090，1097.
TANG Shengjun, ZHANG Yeting, XU Weiping,et al. Parametric modeling method in three dimensional GIS[J]. Geomatics and InformationScience of Wuhan University, 2014, 39(9): 1086-1090, 1097.
王勇，郝晓燕，李颖. 基于倾斜摄影的三维模型单体化方法研究[J]. 计算机工程与应用，2018，54（3）：178-183.
WANG Yong, HAO Xiaoyan, LI Ying. Study of method for achieving 3D model to be single based on oblique photogrammetry image[J]. Computer Engineering and Applications, 2018, 54(3): 178-183.
王文娜，张弓，吴侃，等. 三维建筑模型单体化的深度学习技术实现[J]. 测绘通报，2022，549（12）：14-18，23.
WANG Wenna, ZHANG Gong, WU Kan, et al.Realize building monomerization of 3D model based on deep learning[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2022, 549(12): 14-18, 23.
景庄伟，管海燕，臧玉府，等. 基于深度学习的点云语义分割研究综述[J]. 计算机科学与探索，2021，15（1）：1-26.
JING Zhuangwei, GUAN Haiyan, ZANG Yufu, et al. Survey of point cloud semantic segmentation based on deep learning[J]. Journal of Frontiers of Computer Science and Technology, 2021, 15(1):1-26.
武鹏飞，刘玉身，谭毅，等. GIS与BIM融合的研究进展与发展趋势[J]. 测绘与空间地理信息，2019，42（1）：1-6.WU Pengfei, LIU Yushen, TAN Yi, et al. Advances and trends of integration between GIS and BIM[J].Geomatics & Spatial Information Technology,2019, 42(1): 1-6.
刘耀林. 从空间分析到空间决策的思考[J]. 武汉大学学报（信息科学版），2007（11）：1050-1055.
LIU Yaolin. Thinking from spatial analysis to spatial decision making[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University,2007(11): 1050-1055.
翟巍. 三维GIS中大规模场景数据获取、组织及调度方法的研究与实现[D]. 大连：大连理工大学，2003.
ZHAI Wei. Research and implementation of large scale scene data acquisition, organization and scheduling in 3D GIS[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2003.
宋关福，钟耳顺，吴志峰，等. 新一代GIS基础软件的四大关键技术[J]. 测绘地理信息，2019，44（1）：1-8.
SONG Guanfu, ZHONG Ershun, WU Zhifeng, etal. Four key technologies of the next generation GIS platform[J]. Journal of Geomatics, 2019,44(1): 1-8.
中国地理信息产业协会. 空间三维模型数据格式：T/CAGIS 1—2019[S]. 北京：中国标准出版社，2019.
China Association for Geospatial Industry and Sciences. Data format for spatial 3D model: T/CAGIS 1—2019[S]. Beijing: Standards Press ofChina, 2019.
中国地理信息产业协会. 空间三维模型数据服务接口：T/CAGIS 2—2020[S]. 北京：中国标准出版社，2020.
China Association for Geospatial Industry and Sciences. Service API for spatial 3D model data:T/CAGIS 2—2020[S]. Beijing: Standards Press of China, 2020.
