20世纪90年代，卫星遥感和GPS等技术得到了显著进步和普及应用。卫星遥感可以通过卫星或航空器获取大范围、高分辨率的影像数据，并利用计算机处理方法将其转化为数字形式，而GPS则可以提供精确的位置信息。基于这些技术，人们开始广泛使用数字地图来进行导航、规划和定位等活动。这些数字地图主要以二维平面形式呈现，包含了街道网络、建筑物轮廓以及其他一些关键信息。它们不仅方便人们查找具体位置和路线规划，还为城市管理者提供了重要参考资料。
然而，在二维平面上呈现的数字地图存在着一定局限性。例如，只能借助图标的抽象方式来表达地理信息，无法直观地感受整个地球的真实面貌。空间上，已经从粗粒度走向细粒度，原有地图的清晰度、分辨率和组织方式已经不能满足整个国家生产建设和管理的需求;内容的粒度上，比如土地、土壤、植被原来分解得不够精细逼真，用符号化表达也不便于各专业使用，需要通过实体化和语义化的实景三维方法来表达实体空间，来满足经济建设对空间信息的需求。
随着元宇宙、AR、数字孪生等概念不断深入生产、工作和人们的日常生活中，如何构建一个更加智能、更加便捷、更可持续的实景三维虚拟世界，对未来的经济社会发展至关重要。
因此，实景三维技术应运而生并逐渐成为趋势。借助于高程模型(DEM)、卫星影像和三维建模技术等，实景三维建设得到了快速发展。通过采集大量真实环境中的点云数据或图片，并利用计算机处理方法进行配准、融合与重构，可以生成高度精确并具有逼真效果的实景三维模型。这种模型不仅能够提供更真实、直观的视觉体验，还具备更多应用场景和功能。
实景三维作为真实、立体、时序化反映人类生产、生活和生态空间的时空信息，是国家重要的新型基础设施。在2022年2月，自然资源部发布的《关于全面推进实景三维中国建设的通知》中，对实景三维成果的应用提出明确要求：到2025年地级以上城市初步形成数字空间与现实空间实时关联互通能力，为数字中国、数字政府和数字经济提供三维空间定位框架和分析基础，50%以上的政府决策、生产调度和生活规划可通过线上实景三维空间完成;到2035年，实景三维成果的应用从地市延伸到县级城市，应用普适度要从2025年的50%提升到80%。在国家政策的支持下，实景三维技术得到快速应用与发展。这是为了构建数字中国建设的三维空间框架，提供基于三维空间定位的基准服务，为数字中国提供统一的时空底座。
三维数字模型底座示意图
在数字化时代下，实景三维中国建设是必然的趋势，它将在城市规划、交通管理、环境保护、灾害监测、农业管理等领域发挥重要作用。同时实景三维中国建设也可应用于文化遗产的数字化保存中，为中国历史文化、乃至世界历史文化的传承提供重要的数据保障。即真实场景的三维数字地图。
智慧包头实景三维地理信息平台
实景三维中国建设是数字中国立体化呈现的方式，将各地的地形地貌、城市街道、建筑物、山川河道等真实场景进行三维建模，整合到统一的数字空间框架中，这样不仅具有高精度和高分辨率的特征，而且能够提供实时、动态的数据更新，为各个应用场景提供可靠的时空大数据。
航天宏图董事长王宇翔表示，实景三维中国建设的全面推进无疑给测绘产业发展提供了一段红利期，但机遇和挑战是并存的。首先，对测绘企业来说有了更多的市场机会，同时也必须看到，这么大的市场投资不可能只依赖政府，企业需要创新数据和平台服务模式，要从数据生产商向数据和应用服务商转变;其次，实景三维为主体的时空数据作为智慧城市的“数字化底板”应用面很广，企业也需要在智慧城市这样“大厂”主导的大型工程中提高自身站位，提升测绘数据和政务数据、城市信息的整合能力;第三，元宇宙、数字孪生、人工智能等新技术将为实景三维的技术体系和应用场景带来革新，企业也要积极拥抱新技术、改革新工艺、创造新场景，不断创新。
推进实景三维中国建设，航天宏图已做好准备。作为国内领先的卫星互联网企业，自2008年成立以来，航天宏图坚持自主研发，积累了强大的技术优势、优秀的人才队伍以及丰硕的行业应用案例。
十余年来持续研发具有完全自主知识产权的国产遥感与地理信息一体化软件PIE(Pixel Information Expert)，拥有国内首个遥感与地理信息云服务平台 PIE-Engine，基于 PIE结合实景三维中国建设需求，快速搭建研制了国产自主可控的实景三维模型制作与发布系统和三维时空大数据管理及可视化展示平台，具备空天地多源数据获取、海量空天地多源数据全自动空中三角测量、集群并行倾斜摄影三维模型重建以及千人协同三维模型单体化等全链路实景三维工程服务能力。
航天宏图“女娲星座”首批上天的“航天宏图一号”分布式干涉SAR卫星，拥有空天地多源数据完全自主采集、处理能力。在地形级实景三维上，为满足应用需求，可通过利用“宏图一号”SAR卫星和光学卫星等遥感影像，获取DEM、DOM等类型数据，实现地形级实景三维的建设，服务宏观规划;在城市级实景三维上，基于无人机对指定范围开展高分辨率(优于3cm、5cm、10cm等)倾斜航摄，以服务精细化管理。
航天宏图充分发挥自身卫星遥感和无人机空天遥感技术优势，依托自研核心产品PIE，开发了实景三维模型制作与发布系统PIE-TDModeler，形成了富有航天宏图特色的、体系完整、技术先进的实景三维解决方案。该方案提供空天地多源数据获取、海量空天地多源数据的全自动空中三角测量、集群并行倾斜摄影三维模型重建以及千人协同三维模型单体化等全链路实景三维工程服务能力，为实景三维中国建设、基础测绘发展提供从技术、应用、安全等不同层面上的重要支撑手段。PIE-TDModeler具备室内外、地上地下、水域陆地等多源数据一体化高精度建模处理、二三维地理实体构建、入库管理、发布展示、应用分析等全链路服务的功能，产品完全自主可控。广泛应用于自然资源、智慧城市、桥隧检测、 电力巡检、施工监测、军警防务、应急指挥等多个领域。
除了面向政府、企业推出的实景三维解决方案，航天宏图秉承“科技改变世界，遥感走进生活”的企业使命，在去年9月推出了首款面向大众用户的遥感移动应用“宏图实景”APP，依靠时空大数据和AI算法推进地图3.0阶段的探索，打造中国版沉浸式实景三维地图。让普通用户也可以在日常生活中玩转实景三维。
宏图实景分别从城市模型(基于卫星遥感影像的AI建模)、区域模型(基于无人机航拍的实景三维建模)以及VR模型(基于VR相机的精细场景建模)，打造三维实景应用场景。值得一提的是，宏图实景中的城市模型是航天宏图AI团队基于遥感卫星影像，利用多类别、多尺度的遥感解译算法自动识别建筑、道路、植被、水体等地物要素，提取地基轮廓、房屋高度、屋顶类型、墙面纹理等建筑属性，然后按照不同建筑风格的建模规则与过程建模算法，高效、全自动完成。该技术也叫“基于单张遥感影像的城市建筑快速重建”，生成速度达到500 栋建筑/秒。相关技术和算法在DFC(Data Fusion Contest)2023大赛中的“建筑物实例分割与屋顶细粒度分类”与“面向多任务学习的城市建筑物提取与高度估计”双赛道均获得第一名。
AI三维城市建模技术路线图
基于多类别/多尺度遥感解译算法、多风格建模规则与过程建模算法，宏图实景以北京/上海/天津等8个城市主城区为试点，完成超过300万栋建筑物的重建，形成三维实景模型，其中包含了自动重建的三维模型底座，也融合了多种不同类别地物要素的重建结果、以及人工精细化建模的城市标志性建筑。给用户更加真实、更加细化、更加立体的实景地图体验。城市实景三维底座是数字城市的重要组成部分，在城市管理、应急指挥、城市规划、资源展示中承担着越来越重要的基础支撑作用。
宏图实景 APP 中城市三维数字底座示意图
(从左至右：江苏高淳实景三维模型、北京中央电视台大楼及周边建筑群、过程建模算法生成的建筑细节、上海东方明珠及周边建筑群)
总的来说，实景三维中国建设将极大地促进中国社会和经济的数字化转型。它是国家新型基础设施建设的重要组成部分，是数字中国建设的基础性工作;同时也可以促进测绘地理信息行业的高质量发展;也是推进自然资源领域治理体系和治理能力现代化的重要保障。实景三维中国建设还可以促进数字产业化、产业数字化，推动数字经济和实体经济深度融合，为经济发展提供新的增长点。
