实景三维② 丨全省十佳之“实景三维助力城市地下空间治理”

        近日，湖南省实景三维创新应用优秀案例评选结果出炉。经过单位申报、形式审查、专家初评、现场答辩等环节，我院“实景三维与交通大数据模型仿真融合系列应用”“长沙市地下空间基础数据平台”两个案例入选“湖南省实景三维创新应用十佳优秀案例”。

        今天，让我们一起走进十佳案例之“实景三维助力城市地下空间治理”，了解长沙如何利用三维地下空间数据赋能城市治理。

        一、案例概况

        长沙市已建成覆盖全市域1.18万平方公里的地形级实景三维。覆盖主城区1000平方公里的城市级实景三维。10平方公里重点区域地面建筑、2100万平方米的地下空间设施以及42000公里的地下管线部件级实景三维。构建了涵盖地上下、水上下、室内外全空间的实景三维数据体系，为长沙市高质量发展提供了统一的空间定位框架和分析基础。长沙市自然资源和规划局基于实景三维长沙成果，利用三维地下空间数据赋能城市治理，开展了一系列应用探索。其中，在城市内涝应急预警、城市水环境治理与应急抢修、城市复杂地下工程设计以及城市水环境治理等四个应用场景中，成效显著。

        地下空间信息平台的建设将地下空间作为一个有机整体进行统筹管理，通过先进技术与地下空间业务的深度融合，实现城市地下基础设施信息的采集、更新、利用、共享，满足设施规划建设、运行服务、应急防灾等工作需要。构建地下空间全要素综合三维数据底图，实现模拟仿真、监测预警、应急处置等功能，为城市规划、建设、管理以及应急处置提供服务，支撑一网统管及新型智慧城市建设。

        二、技术创新

        01 高精度三维融合

        采用基于实时定位与制图（SLAM）的城市地下空间数据采集技术,实现了全景影像与激光点云同步采集与匹配，使得移动推扫系统获取的体的空间几何信息与高分辨率数码相机能够得到高质量的二维纹理数据相融合。

        02 海量三维渲染

        采用数据分级切片、动态调度的技术，实现了700公里地面倾斜摄影模型数据、4.2万公里管网数据、2000多平方公里影像数据、500多处构建筑物三维建模数据、实景点云等海量数据的快速加载和显示。

        03 管线自动建模

        采用管网模型自主式更新技术，通过提取二维管网空间及属性数据库的更新信息，主动在三维系统中进行单体管线模型及其附属设施的重建，并同时更新其拓扑关系。应用自动耦合造型法的管网精细化自动建模技术，将长沙市域内3.2万公里的管网数据快速三维建模。

        04 智能分析决策

        面向市政线性和面状工程，提供了碰撞分析、冲突检测、工程断面图等丰富的分析工具箱，为地下空间开发应用提供支撑。当新建一条地下通道时，相关单位可以将设计方案的三维模型放入系统，查看拟建通道的地质环境是否存在较高风险，以及它与沿线工程的关系，方便决策人员快捷地判断设计方案的选址走向是否合理、施工难易程度、安全风险等。

        三、推广应用

        1.城市内涝应急预警

        利用高精度三维地下管网模型、DEM等实景三维成果，与城市下垫面模型的耦合分析，构建片区水文水动力模型、地表漫流模型，形成城市内涝模型。通过动态计算天上来水、管网排水、河道泄水情况，实现对内涝点的精准识别和危害等级预判，在实景三维场景中动态展示内涝过程及范围。从2022年起，为开福区防汛、内涝应急工作提供了提前预警、提前防范、提前疏散避险技术支撑。

        2.城市水环境治理与应急抢修

        利用实景三维长沙的地下管网、排水设施、水系等数据，建立了排水管网模型，借助地下空间基础数据平台强大的网络分析、流向分析、节点分析功能，结合水质分析结果，高效开展排水口污水溯源工作，精准定位污水来源。在金霞经开区污水溯源工作中，精准发现雨污管道错接192处。该工作经验推广到了龙王港河流域和靳江河流域的相关工作中，助力实现片区全面雨污分流，提升水环境质量。

        3. 城市复杂地下工程设计

        利用实景三维成果能一体化直观表达地上地下建构筑物及地下管网现实状况的优势，在清水路、麓山南路机动车下沉隧道规划方案设计时，通过规划方案BIM模型与实景三维成果叠加分析，编制了六套规划方案，清晰地展示了空间位置关系，精准地测算了改迁工程量和工程造价，为市委市政府决策提供重要的基础技术支撑。

        4. 三维地质体辅助城市建设

        平台利用院内已有钻孔数据资料，通过内插放样的技术方法，生成全市的地址三维模型数据，基于该地质体模型，长沙市开展了宗地前置评价服务。在供地的同时，使开发商提前了解地下地质结构和性质的信息，为工程设计提供依据有效避免工程建设中的地质灾害风险，保障工程建设的安全和可持续发展。

        同时，三维地质体还在长沙市国土空间规划论证、地下空间开发利用研究、交通线网规划论证、地质灾害管理、重大工程选址等方面开展应用。

        四、应用成效

        数据集成，汇聚全资源“一张图”
        通过集成并管理城市各部门地下空间相关数据，实现海量多源异构数据的一体化管理，全面再现城市地上地下全资源数据的立体结构，形成地上地下全资源“一张图”，有效服务于城市安全、地下资源管理、地上地下空间协同开发等领域。

        模拟仿真，赋能未来地下空间治理
        面对地下空间未来发展中可能出现的问题难点，通过构建地下空间模型，提供地下空间模拟仿真应用，及时预判地下空间可能面临的问题，例如事故影响范围、救灾情况、施工问题、管线开挖、管线容量等进行模拟分析，通过分析结果辅助管理部门提前做好应对措施与科学规划，进而提高地下空间精细化、现代化、智能化治理水平。

        应急处置，提高综合管理决策能力
        针对城市地下市政基础设施的隐患事故具有应急处置能力，通过对地下设施的实时监控、数据分析和挖掘，当地下空间隐患事故发生时，能够快速对事故影响范围等情况作出分析，并给出应急预案，提高综合管理决策能力。

        五、结束语

        当前已进入城市地下空间开发利用势头迅猛的时代，智慧地下空间综合信息管理平台将与城市CIM基础平台深度融合，地上CIM空间与地下CIM空间共同构成全要素城市CIM空间，有力推动城市地上地下资源精细化协同管理，夯实新型智慧城市的建设。

        我院将继续发挥技术优势、数据优势和多专业协同优势，探索基于三维城市模型和三维管线数据，通过增强现实技术，将地下管线三维数据和现实环境拟合，将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝“集成，把以往很难体验到的地下空间实体信息，地下管网，城市部件，模拟仿真后叠加。将虚拟的信息应用到真实世界，专业数据与现实环境相结合，为隐蔽空间作业，道路开挖等工作提供超越现实的感官体验。