摘 要：【目的】數(shù)據(jù)底板是數(shù)字孿生相關(guān)項(xiàng)目建設(shè)的第一要?jiǎng)?wù)，是數(shù)字孿生流域“四預(yù)”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的“基石”。【方法】根據(jù)水利部智慧水利實(shí)施方案和流域信息化需求，提出了基于地理空間數(shù)據(jù)的多尺度三維數(shù)字底板建設(shè)方案思路，明確了三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)底板構(gòu)建的目標(biāo)，提出了多來源、多尺度數(shù)字孿生底板數(shù)據(jù)構(gòu)建的具體方式，闡明了底板建設(shè)過程中包括數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)融合的理論和方法?！窘Y(jié)果】通過實(shí)踐，細(xì)化了L1～L3級(jí)數(shù)據(jù)底板的建設(shè)內(nèi)容和技術(shù)路線，提供了完整的數(shù)字孿生項(xiàng)目數(shù)據(jù)底板建設(shè)的思路和方法?！窘Y(jié)論】通過三級(jí)數(shù)據(jù)底板建設(shè)與共享，構(gòu)建了高精度、可視化場(chǎng)景，為智慧防汛、水資源管理與調(diào)配等業(yè)務(wù)化應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生；數(shù)據(jù)底板；可視化場(chǎng)景；數(shù)據(jù)融合

中圖分類號(hào)：P237" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " 文章編號(hào)：1003-5168（2024）10-0010-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.10.002

Construction of Multi-scale 3D Data Base Plate for Digital Twin

Watershed

GAO Yonghong TIAN Shuaishuai CHEN Lemin FAN Wei WANG Fang LI Zhen

（Yellow River Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 450003， China）

Abstract： [Purposes] Data base plate is the first task of the construction of digital twinning related projects， and the \"cornerstone\" of the realization of the \"four pre-projects\" of digital twinning watershed. [Methods] According to the smart water conservancy implementation plan of the Ministry of Water Resources of the People's Republic of China and the information requirements of the basin， this paper proposes a multi-scale three-dimensional digital baseboard construction scheme based on geospatial data， defines the goal of three-dimensional scene data baseboard construction， and puts forward the specific way of multi-source and multi-scale digital twin baseboard data construction. The theory and method of data source， data acquisition， data governance and data fusion are expounded in the process of floor construction.[Findings] Through practice， the construction content and technical route of L1-L3 data backboard are refined， and the complete idea and method of digital twin project data backboard construction are given. [Conclusions] Through the construction and sharing of the three-level floor， the high-precision visual scene is constructed， which can provide strong data support for business applications such as intelligent flood prevention， water resources management and deployment.

Keywords： digital twinning; data base plate; visual scene; data fusion

0 引言

地理空間數(shù)據(jù)具備區(qū)域性、多維性等特點(diǎn)［1］。測(cè)繪是針對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、加工、存儲(chǔ)、分析和應(yīng)用的一種技術(shù)手段［2］。通過測(cè)繪技術(shù)對(duì)GIS地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，其中包括矢量數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，用來構(gòu)建流域基于地理空間數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生底板。這樣不僅可以還原流域的地形、植被、工程、建筑等多尺度時(shí)空?qǐng)鼍?，而且可以為智慧化模擬參數(shù)的計(jì)算與迭代更新提供依據(jù)。

實(shí)景三維模型技術(shù)是近年來測(cè)繪學(xué)科和計(jì)算機(jī)視覺方面研究的熱門問題，其高精度、高還原度、信息豐富的特點(diǎn)在各個(gè)領(lǐng)域都承載著重要的數(shù)據(jù)支撐作用［3］。實(shí)景三維模型的特點(diǎn)是，“實(shí)景”反映了模型對(duì)真實(shí)場(chǎng)景的高還原度；“三維”說明模型包含了豐富的立體結(jié)構(gòu)信息，利用實(shí)景三維模型可以較好地實(shí)現(xiàn)地理實(shí)體與場(chǎng)景外部的信息表達(dá)［4］。

傳統(tǒng)測(cè)繪通常注重場(chǎng)景或建筑的外部信息表達(dá)，而對(duì)內(nèi)部信息及模型構(gòu)建的研究不夠充分。數(shù)字孿生流域類項(xiàng)目除了注重地理實(shí)體的外部情況外，對(duì)一些險(xiǎn)工、發(fā)電設(shè)施、泵站等內(nèi)部模型效果也同樣關(guān)注。并且為了統(tǒng)籌室內(nèi)外場(chǎng)景表達(dá)，還需在數(shù)據(jù)底板建設(shè)中引入建筑信息模型（BIM）。BIM在建筑和設(shè)計(jì)行業(yè)多用于在施工完成前對(duì)預(yù)期成果的展示和在施工過程中通過模型輸出精細(xì)化圖紙來指導(dǎo)施工。BIM信息豐富且兼顧室內(nèi)外模型［5］，在數(shù)字孿生項(xiàng)目中更是承擔(dān)著模型分析、情景推演等重要角色。在數(shù)據(jù)孿生底板建設(shè)中可用BIM模型對(duì)測(cè)繪成果補(bǔ)充有用的室內(nèi)信息。

近年來，水利行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)學(xué)科交叉、技術(shù)融合的特點(diǎn)，依靠傳統(tǒng)部門和專業(yè)明晰劃分的情況很難全面統(tǒng)籌協(xié)調(diào)整體情況。行業(yè)亟須通過有效手段提升對(duì)整個(gè)流域龐大、復(fù)雜系統(tǒng)的模擬及預(yù)測(cè)。早在2001年，李國英［6-8］提出“數(shù)字黃河”概念。利用信息技術(shù)構(gòu)建黃河流域自然、地理、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的數(shù)字化集成平臺(tái)。并在此基礎(chǔ)上通過建立各種專業(yè)的業(yè)務(wù)模型和數(shù)學(xué)模型形成模擬及分析黃河流域情況的虛擬環(huán)境；近幾年各行業(yè)學(xué)者對(duì)數(shù)字孿生應(yīng)用方面的研究逐漸增多［9-10］，數(shù)字孿生流域建設(shè)也有了更為成熟的技術(shù)環(huán)境；2021年9月，在水利部召開的深入推動(dòng)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展工作座談會(huì)上，李國英部長明確提出了建設(shè)數(shù)字孿生黃河的要求［11］；2022年3月水利部印發(fā)了關(guān)于《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱（試行）》的通知，通知中明確“數(shù)字孿生平臺(tái)主要由數(shù)據(jù)底板、模型平臺(tái)、知識(shí)平臺(tái)等構(gòu)成”，其中數(shù)據(jù)底板匯聚地理、水利等各類信息，可為平臺(tái)提供地理服務(wù)。

本研究結(jié)合測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展，綜合利用各類采集處理軟硬件設(shè)施與技術(shù)，融合實(shí)景三維技術(shù)與建筑信息模型（BIM），以數(shù)據(jù)底板建設(shè)為目標(biāo)，從測(cè)繪專業(yè)出發(fā)融合其他學(xué)科優(yōu)勢(shì)，提出了數(shù)字孿生流域L1～L3級(jí)數(shù)據(jù)底板建設(shè)的具體方案。

1 數(shù)據(jù)底板建設(shè)方案

數(shù)據(jù)底板是對(duì)“水利一張圖”的升級(jí)和擴(kuò)展，通過對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、實(shí)景三維模型及BIM模型等進(jìn)行融合，進(jìn)一步優(yōu)化分析計(jì)算、場(chǎng)景可視化等功能。根據(jù)數(shù)字孿生流域的建設(shè)目標(biāo)和數(shù)字孿生平臺(tái)不同的業(yè)務(wù)需求，搭建了L1～L3多尺度時(shí)空數(shù)據(jù)底板。本研究以黃河下游為例，介紹了數(shù)字孿生流域的數(shù)據(jù)底板建設(shè)方案如圖1所示。

黃河下游流域數(shù)據(jù)底板建設(shè)區(qū)域面積大、數(shù)據(jù)類型多樣、格式不同、信息豐富，因此，通過空間跨度和分辨率尺度跨度構(gòu)建一個(gè)兼顧大場(chǎng)景和部分險(xiǎn)工等重要位置的融合場(chǎng)景十分重要。場(chǎng)景的構(gòu)建要在適應(yīng)不同尺度展示和分析的基礎(chǔ)上，保障數(shù)據(jù)瀏覽加載的流暢性。

通過對(duì)獲取的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理整治，明確數(shù)據(jù)格式、質(zhì)量等要求，分級(jí)別展開數(shù)據(jù)底板建設(shè)。L1級(jí)數(shù)據(jù)底板是在黃河下游流域范圍內(nèi)進(jìn)行中低精度的建模，包括整個(gè)流域范圍的數(shù)字正射影像（DOM）和數(shù)字高程模型（DEM）/數(shù)字地表模型（DSM）等數(shù)據(jù)。L2級(jí)數(shù)據(jù)底板是在黃河下游花園口—馬渡段、孫口—艾山段典型區(qū)段獲取高精度DEM、DOM數(shù)據(jù)。L3級(jí)數(shù)據(jù)底板是對(duì)黃河下游花園口—馬渡段、孫口—艾山段典型區(qū)段的重點(diǎn)堤防、險(xiǎn)工、控導(dǎo)、防洪閘、分洪閘進(jìn)行精細(xì)建模，采用實(shí)景三維模型和BIM結(jié)合的方式，精細(xì)化表達(dá)重要地理實(shí)體對(duì)象的內(nèi)外部的信息。

2 數(shù)據(jù)底板建設(shè)流程

2.1 多源數(shù)據(jù)獲取

2.1.1 影像數(shù)據(jù)。使用衛(wèi)星遙感技術(shù)采集流域分辨率為1 m的影像數(shù)據(jù)，作為L1級(jí)場(chǎng)景建設(shè)的基礎(chǔ)。收集遙感影像數(shù)據(jù)時(shí)，最好采用同時(shí)相或相鄰時(shí)相的影像，這樣可以避免由季節(jié)變化、地物變化等因素造成的影像數(shù)據(jù)接邊問題。收集數(shù)據(jù)時(shí)，還需注意云層遮蓋等問題。

使用無人機(jī)的航飛影像采集流域重點(diǎn)區(qū)域分辨率為0.2 m的影像數(shù)據(jù)，作為L2級(jí)場(chǎng)景建設(shè)的基礎(chǔ)，如花園口—馬渡段、孫口—艾山段。使用無人機(jī)獲取影像時(shí)，需要考慮天氣、風(fēng)力、光照等因素，以防采集的影像存在過曝、色調(diào)不一致等問題。

無人機(jī)傾斜攝影是指通過無人機(jī)搭載多個(gè)相機(jī)傳感器，實(shí)現(xiàn)在一次航飛中同時(shí)獲取多個(gè)角度影像的攝影技術(shù)，獲取的影像數(shù)據(jù)可用于三維重建等，該方法目前已是行業(yè)內(nèi)較為成熟的影像獲取方式［12］。在流域重點(diǎn)區(qū)域，通過無人機(jī)傾斜攝影的方式獲取高分辨率影像數(shù)據(jù)，作為構(gòu)建L3級(jí)場(chǎng)景所需的原始數(shù)據(jù)，具體傾斜攝影技術(shù)參數(shù)見表1。

按照規(guī)范要求選擇合適的攝影時(shí)間，在進(jìn)行傾斜攝影時(shí)應(yīng)考慮光照、陰影等因素對(duì)成像的影響，保證最終的影像清晰、反差適中、顏色飽和、色彩鮮明、色調(diào)一致。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)所拍攝的影像具有較豐富的層次，能辨別出與地面分辨率相適應(yīng)的細(xì)小地物影像，滿足室內(nèi)判讀的要求。

2.1.2 高程數(shù)據(jù)。使用空間分辨率分別為15 m、5 m分辨率的DEM、DSM數(shù)據(jù)作為L1、L2級(jí)場(chǎng)景的高程數(shù)據(jù)。使用空間分辨率分別為2 m或者0.5 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)作為L3級(jí)場(chǎng)景的高程數(shù)據(jù)。

2.1.3 數(shù)字線劃圖（DLG）數(shù)據(jù)。使用1∶100萬、1∶25萬數(shù)據(jù)庫中的水文站、水利樞紐、堤防、斷面線、河道中心線、水庫、流域分區(qū)等點(diǎn)線面矢量信息，通過符號(hào)化或數(shù)據(jù)升維等手段，豐富可視化場(chǎng)景的內(nèi)容。

2.1.4 像控點(diǎn)數(shù)據(jù)。像控點(diǎn)測(cè)量采用高精度雙頻GNSS接收機(jī)?；谇ORS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)實(shí)施測(cè)量，精度參照《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》執(zhí)行。為保證L3級(jí)場(chǎng)景較好的數(shù)學(xué)精度，像控點(diǎn)按照150～200米間距進(jìn)行布設(shè)；為保證內(nèi)業(yè)判讀精度，應(yīng)在航飛前在硬化地面使用紅色油漆噴涂布設(shè)“L”地標(biāo)，并測(cè)量地標(biāo)拐角內(nèi)角。

2.1.5 已建工程圖紙數(shù)據(jù)。收集重點(diǎn)建、構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)與施工圖紙，用于構(gòu)建L3級(jí)場(chǎng)景部分內(nèi)部模型。

2.1.6 室內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。由于數(shù)字孿生流域范圍較大，各類建、構(gòu)筑物情況復(fù)雜，且部分重點(diǎn)建筑物因年代久遠(yuǎn)內(nèi)部情況已發(fā)生變化，室內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取本著采集現(xiàn)實(shí)、現(xiàn)狀的原則，在收集圖紙的基礎(chǔ)上還需獲取室內(nèi)點(diǎn)云構(gòu)建現(xiàn)勢(shì)性較強(qiáng)的室內(nèi)模型。

即時(shí)定位與地圖構(gòu)建（simultaneous localization an mapping，SLAM）是一種可以在測(cè)量的同時(shí)獲取環(huán)境位置的方法［13-14］。該方法將計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的SLAM技術(shù)與三維激光掃描系統(tǒng)結(jié)合，可以克服室內(nèi)無GPS信號(hào)的問題，通過激光點(diǎn)云和全景影像的同步采集與處理，高效、準(zhǔn)確地獲取地下空間三維數(shù)據(jù)。

本研究采用SLAM技術(shù)獲取重點(diǎn)建筑物室內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合閉合導(dǎo)線的方式對(duì)SLAM各個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行空間位置上的校正，并將點(diǎn)云數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)獲取的全景照片相結(jié)合為室內(nèi)建模做好充分的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備。

2.1.7 激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。激光雷達(dá)技術(shù)以其高精度和具有一定穿透性的特點(diǎn)，常作為傾斜攝影數(shù)據(jù)的補(bǔ)充及重點(diǎn)建、構(gòu)筑物的高程精化［15］。本研究采用兩種方式獲取激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)：①采用機(jī)載激光雷達(dá)對(duì)黃河下游重點(diǎn)堤防、大型水工建筑等進(jìn)行航拍，獲取高精度DEM數(shù)據(jù)，然后與L2級(jí)地形場(chǎng)景融合構(gòu)建高精度地面高程模型。②對(duì)下游重點(diǎn)建筑物在采集傾斜攝影影像的基礎(chǔ)上補(bǔ)充采集地面激光掃描數(shù)據(jù)，作為對(duì)傾斜攝影數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。

2.2 數(shù)據(jù)治理

數(shù)據(jù)治理是以提升數(shù)據(jù)最終價(jià)值為目的的數(shù)據(jù)處理過程。針對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行一致化處理、實(shí)體編碼與關(guān)聯(lián)、質(zhì)量檢查與入庫等處理，整合形成面向?qū)ο蠼?、統(tǒng)一語義、分布式存儲(chǔ)與管理的黃河流域水利數(shù)據(jù)資源。

地理空間數(shù)據(jù)主要包括遙感數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃、道路、興趣點(diǎn)、地名地址、地形要素等。治理過程包括數(shù)據(jù)梳理盤查、投影轉(zhuǎn)換、影像處理、數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)入庫等。

2.2.1 數(shù)據(jù)梳理盤查。對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的存量數(shù)據(jù)情況進(jìn)行細(xì)致清點(diǎn)，描述各項(xiàng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地點(diǎn)、方式、數(shù)據(jù)量、存儲(chǔ)時(shí)長等情況，形成存量數(shù)據(jù)清冊(cè)和存量數(shù)據(jù)分析報(bào)告。

2.2.2 投影轉(zhuǎn)換。地理空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為CGCS2 000坐標(biāo)系。

2.2.3 影像處理。針對(duì)不同時(shí)相的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行位置校正、影像拼接鑲嵌、勻光勻色等處理，獲取可讀性更強(qiáng)，質(zhì)量更好的地物信息影像數(shù)據(jù)。

2.2.4 數(shù)據(jù)檢查。遵照數(shù)據(jù)真實(shí)性、準(zhǔn)確性、唯一性、完整性、及時(shí)性等數(shù)據(jù)質(zhì)量管理原則，編制數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和校驗(yàn)規(guī)則。并對(duì)已掌握的地理空間數(shù)據(jù)質(zhì)量開展評(píng)價(jià)工作，編制數(shù)據(jù)質(zhì)量分析報(bào)告；對(duì)已掌握的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題進(jìn)行分析和定位，努力提高數(shù)據(jù)質(zhì)量水平。

2.2.5 數(shù)據(jù)入庫。地理空間數(shù)據(jù)種類多樣、內(nèi)容豐富。為了實(shí)現(xiàn)更好的數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)、管理及檢索應(yīng)用，需將數(shù)據(jù)按一定的規(guī)律進(jìn)行分類編碼，按類別進(jìn)行存儲(chǔ)。通過制定統(tǒng)一的分類代碼標(biāo)準(zhǔn)，將多格式地理空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一整理轉(zhuǎn)換入庫，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫可以為地理空間數(shù)據(jù)共享與交換奠定良好的基礎(chǔ)。同時(shí)通過建立統(tǒng)一的地理空間數(shù)據(jù)庫可以避免多部門協(xié)作時(shí)出現(xiàn)重復(fù)勞動(dòng)。

2.3 地理實(shí)體模型構(gòu)建

2.3.1 實(shí)景三維模型。實(shí)景三維模型采用自動(dòng)生成的MESH模型和人工單體化模型相融合的方式來構(gòu)建最終的精細(xì)化場(chǎng)景。

MESH模型構(gòu)建主要分為空三加密、生成白模及紋理映射三部分。部分重點(diǎn)建、構(gòu)筑物將采集的地面激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)與傾斜攝影點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，生成融合三維MESH模型。

重點(diǎn)建、構(gòu)筑物通過采用單體建模的方式，采集單體模型并結(jié)合外業(yè)實(shí)地紋理補(bǔ)拍，構(gòu)建高精度、結(jié)構(gòu)清晰、紋理自然的單體化模型，并與三維MESH模型進(jìn)行融合，構(gòu)成精細(xì)化實(shí)景三維模型作為L3級(jí)場(chǎng)景的外部場(chǎng)景表達(dá)。

2.3.2 建筑信息模型。對(duì)于現(xiàn)狀與設(shè)計(jì)變更不大的建、構(gòu)筑物，采用圖紙翻模的方式進(jìn)行三維模型構(gòu)建。

對(duì)于現(xiàn)狀與設(shè)計(jì)圖紙相差較大的建、構(gòu)筑物，利用采集的點(diǎn)云和影像為參照，對(duì)建、構(gòu)筑物現(xiàn)狀進(jìn)行真實(shí)情況的還原，構(gòu)建內(nèi)部外模型。

結(jié)合不同水利工程對(duì)象的情況，綜合圖紙建模和激光掃描等多種技術(shù)手段獲取室內(nèi)外信息，構(gòu)建高精度、信息豐富的建筑信息模型，對(duì)L3級(jí)內(nèi)部場(chǎng)景進(jìn)行高質(zhì)量表達(dá)，部分內(nèi)部模型示意如圖2所示。

2.4 多層級(jí)場(chǎng)景構(gòu)建

2.4.1 L1級(jí)場(chǎng)景構(gòu)建。L1級(jí)是進(jìn)行數(shù)字孿生流域中低精度面上建模，建設(shè)黃河下游從洛陽公路橋至黃河入海口79.5萬km2的可視化場(chǎng)景。L1級(jí)場(chǎng)景主要以2.5維的DEM疊加遙感影像為主，構(gòu)建可以直觀表達(dá)連續(xù)地形起伏特征的數(shù)字地形景觀模型或可量測(cè)地面高程的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景［16］。

利用SuperMap和CesiumLab等軟件分別對(duì)DEM、DOM進(jìn)行地形與影像的緩存切片。并且各種DLG數(shù)據(jù)包括水利樞紐、堤防等，都可疊加在該細(xì)節(jié)層級(jí)場(chǎng)景中，對(duì)流域宏觀的范圍在平臺(tái)上進(jìn)行可視化表達(dá)。L1級(jí)場(chǎng)景效果如圖3所示。

2.4.2 L2級(jí)場(chǎng)景構(gòu)建。L2級(jí)是進(jìn)行數(shù)字孿生流域重點(diǎn)區(qū)域的精細(xì)建模，主要包括重點(diǎn)區(qū)域的高分辨率DOM、高精度DSM、傾斜攝影影像、激光點(diǎn)云等數(shù)據(jù)。

L2級(jí)場(chǎng)景構(gòu)建范圍是花園口—馬渡、孫口—艾山段。針對(duì)孫口—艾山段的洪水演進(jìn)模擬，數(shù)字化場(chǎng)景數(shù)據(jù)需要包括區(qū)域5 m分辨率DSM數(shù)據(jù)、0.2 m分辨率的DOM數(shù)據(jù)、水下地形數(shù)據(jù)、河道斷面數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)以及河道、堤防、道路、水體、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)等，為水文水動(dòng)力學(xué)模擬流場(chǎng)和淹沒分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。L2級(jí)場(chǎng)景效果如圖4所示。

2.4.3 L3級(jí)場(chǎng)景構(gòu)建。L3級(jí)場(chǎng)景是重要區(qū)域水利工程及涉水要素模型的室內(nèi)外融合三維場(chǎng)景。主要包括工程外觀及其周邊環(huán)境精細(xì)化三維模型、工程內(nèi)部及設(shè)施BIM，是進(jìn)行數(shù)字孿生流域重要實(shí)體場(chǎng)景建模。

對(duì)花園口—馬渡段的堤防、控導(dǎo)、險(xiǎn)工等防洪工程獲取高精度實(shí)景三維模型；孫口—艾山段的司垓閘、張秋閘、清河門閘、位山閘、張莊閘實(shí)現(xiàn)主體建筑及關(guān)鍵附屬建筑的單體化建模；石洼閘、林辛閘、十里堡閘進(jìn)行BIM建模。根據(jù)閘站的單體化、BIM模型將傾斜攝影的場(chǎng)景進(jìn)行壓平處理，完成模型與場(chǎng)景的融合。

L1～L3級(jí)融合后的典型場(chǎng)景效果如圖5所示。場(chǎng)景中融合了DEM、DOM、傾斜攝影模型及建筑物（閘）BIM模型。

2.4.4 場(chǎng)景融合。通過可視化支撐平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，集成基礎(chǔ)數(shù)字化場(chǎng)景、傾斜攝影和BIM模型數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)不同分辨率、不同范圍的空間數(shù)據(jù)之間的自動(dòng)融合。

數(shù)字場(chǎng)景融合主要實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景數(shù)據(jù)底板及空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一融合，使不同數(shù)據(jù)精度、不同數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)在三維空間實(shí)現(xiàn)融合，構(gòu)建數(shù)據(jù)資源的層級(jí)無縫轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)與地形無縫構(gòu)建的孿生場(chǎng)景。數(shù)據(jù)融合工作主要包括不同類型和精度的空間數(shù)據(jù)（矢量數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)、傾斜攝影數(shù)據(jù)）融合，主要分為數(shù)據(jù)升維、多源地形融合、多源影像融合、BIM與地形融合匹配。通過將多場(chǎng)景融合，制作S3M格式多維多時(shí)空數(shù)據(jù)底板，最終實(shí)現(xiàn)黃河下游數(shù)字孿生L1～L3級(jí)數(shù)據(jù)底板間的數(shù)據(jù)層級(jí)瀏覽、地形交接處無縫貼合、地形與模型無縫貼合、模型與模型無縫貼合。

3 結(jié)語

本研究討論了數(shù)字孿生流域建設(shè)中數(shù)據(jù)底板構(gòu)建的方法。以黃河下游為例，綜合利用多種測(cè)繪手段，詳細(xì)介紹了L1～L3級(jí)數(shù)字孿生底板構(gòu)建的數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，為構(gòu)建多尺度數(shù)字孿生流域底板建設(shè)提供切實(shí)可行的技術(shù)路線和方案，為數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

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