【国土空间治理】国土空间,数据为基——三维数字空间

为了全面履行自然资源部门的“两统一”职责,推进自然资源治理体系和治理能力现代化,需要信息化对自然资源业务的全面支撑。在《自然资源部信息化建设总体方案》(自然资源部,2019年11月)中提出,新形势下开展自然资源信息化工作,需要形成“全覆盖的三维自然资源数据底版”,以全覆盖、全要素、立体调查监测为基础,整合已有国土资源、海洋、测绘地理数据,构建“地上地下、陆海相连”并相互关联的自然资源数据底板,形成统一协调的支撑自然资源和国土空间开发利用与保护的数据基础。

“形成全覆盖的三维自然资源数据底版”这一要求的提出,代表着自然资源行业的数据资源体系,将从二维的空间数据资源全面向三维数字空间拓展。

1、什么是三维数字空间?

传统的二维空间,可对物理实体进行二维表达,具备空间数据处理功能,如数据获取、组织、操作、分析和表现等,但局限在“二维”尺度;传统的三维空间虽对真实环境可视表达,但仍停留在观赏层面,分析计算能力较为薄弱。但这两种模式,均无法满足分层分类的自然资源数据管理与应用的需求。

【国土空间治理】国土空间,数据为基——三维数字空间

上海数慧认为,三维数字空间,首先是从物理空间到数字空间,将物理世界的实体要素、以及运行规则进行数字化,构成数字化空间,然后在此基础上实现从数字空间到智能管理,也就是在传统三维的基础上,兼具“分析、计算”的能力,能够支撑精准规划决策的数字空间。三维数字空间的特性具体体现在以下方面:

1)三维数字空间将自然资源作为地上、地面、地下的统一整体

自然资源本身就是立体存在于日常生活空间里,山水林田湖草等自然资源有序的分布在地球表面(如土壤、水体等)、地表以上(如森林、草原、建筑等),及地表以下(如矿产、地下空间等),从而构成一个完整的自然环境。

由此可见,所有的自然资源要素本身就是三维立体的,只是我们以前习惯于用二维来展现和表达它,这显然不足以全面的展示它的立体性和空间性,而三维数字空间则可以将自然资源作为统一整体来构建。

2)三维数字空间可为自然资源的开发利用管理提供立体参考

从自然资源的开发利用角度来说,自然资源还附属上了一系列的界线管理属性,如行政区划界线、自然资源权属界线、永久基本农田、生态保护红线、城镇开发边界、自然保护地界线等,用于区分自然资源的不同的管理类型和管控范围。

从二维角度来说,这些管理属性,可以区分国土空间的管控范围,但并不够,因地貌的复杂性,很多管理需求需要体现在三维立体空间上,如永久基本农田的划定区域坡度不得大于25度,地质灾害监测数据紧密依托地形高程,矿产资源存在于地上地下的立体空间里。这些都需要二三维一体化的数字化空间为业务管理提供立体参考。

3)三维数字空间可为城市空间的精细化管控提供技术手段

从城市空间精细化规划管控的角度来说,城市空间更是离不开三维数字空间。传统的城市数字化规划管控,需要结合总规、控规等编制成果落实到二维数字化平面上来实现,但随着城市地上地下空间的发展,二维的管控规则已经不能完全满足三维立体空间的管控要求了。

如城市管控要素五线中常见的道路红线,大多是二维的空间数据,但城市的高架路、立交桥越来越多,二维的道路红线逐渐无法准确呈现立体、复杂的道路交通;如机场净空控制线,是一个三维立体的管控盒子,二维平面只能通过挂接高度属性来体现,不够直观;如轨道交通控制线,贯穿城市的地上、地下空间,从二维上无法直接判断出某个位置的轨交是处于地上还是地下……这样的例子不胜枚举,这些管控要求如果无法直观呈现,很可能会被管理者忽略,从而给城市的工程建设带来各种隐患。

2、如何构建三维数字空间?

那究竟如何开展数据治理工作,达到建立地上地下、陆海相连、集成融合、可持续更新的自然资源三维数字空间的目标呢?

在“一张蓝图”数字重塑背景下,以完善国土空间基础信息平台为契机,通过构建数据湖、数字谱系、数字规则的逐步深化,形成自然资源三维立体“一张图”数字空间,为自然资源二三维一体化的数字管控打下基础。

【国土空间治理】国土空间,数据为基——三维数字空间

自然资源三维立体“一张图”数字空间构成

1)数据汇集,构建数据湖

数据湖是一个可以存储各种各样原始数据的大型仓库,它汇集了来自物质空间和社会空间的所有数据。以自然资源业务体系为导向,数据湖全面汇集了土地、矿产、海洋、森林、草原、湿地、水等自然资源及人口、经济、社会等与国土空间开发利用相关的数据资源,还包括第三次国土调查和年度变更调查、国土空间规划、不动产和自然资源确权登记成果、地上地下三维实景数据库等。

如果按照统一标准、空间参考和分类体系,以空间位置作为基本坐标,以基础测绘成果为框架,以数字高程模型为基底,以高分辨率遥感影像为背景,则可以将地表、地上、地下的所有自然资源,按其所在的三维空间位置,构成一个完整的自然资源三维立体时空模型。

再通过“三步走、两保障”的数据治理方法,即:①数据画像,摸清数据脉络,形成自然资源核心数据体系;②数据管理,建立数据存储、接入、汇交、更新的管理秩序;③数据服务,提供内外共享的数据应用服务;④标准体系和更新机制,保障数据的持续更新。从而为数据从数据湖管理到数字谱系化管理打下基础,达到建立三维全域数字化空间、“一张蓝图”管到底的目的。

【国土空间治理】国土空间,数据为基——三维数字空间

自然资源数据汇集治理方法

2)拆解空间要素,形成数字谱系

基于多种设计目标、不同规划尺度和角度,打破传统二维数据展示的局限,在汇集全域二三维数据湖的基础上,将所有二维数据、三维模型属性数据相关联,对完整物理空间逐级拆解与组织,为每个物理要素制作数字档案,实现各要素信息即点即查,图像与数据完美联动,构建一个多层级、多维度的数字化空间网络谱系。

如一方面,对二维平面位置上的各类道路红线位置、轨道交通位置、建筑退线位置等进行规定;另一方面,对高架路的地坪标高、立交桥的桥底标高、轨道交通的下沉深度、周边建筑的建筑高度等三维空间上的指标进行设定。通过这种拆解物理空间的具体要素,并将二维平面位置与三维空间要素相结合的方式,可以实现二三维一体化的数字化空间谱系。

3)数字化规则转译,智能空间管控

基于数字化技术,可将各类空间管控规则和要求转译为数字化的管控规则,通过人机联合审查,实现宏观层面上各类权限界线的管控要求落地,微观层面上的单个建设方案的精细化审查,并充分考虑与周边其他建筑的整体协调性,形成“用数据审查、用数据监管、用数据决策”的数字化空间管控的新机制。

如基于三维高程模型DEM,将二维的耕地数据、基本农田控制线叠置在上面,则可以发现耕地位置不符合要求的地方、基本农田划在坡度大于25度的山上的行为,便于后续整改工作的开展;如基于三维实景数据,将二维的规划地块的位置要求和规划经济技术指标叠合到上面,则可以对单个建设方案进行精细化的数字化规则审查,判断设计方案是否满足规划经济技术指标,并直观的呈现与周边环境的关系,以辅助决策。

【国土空间治理】国土空间,数据为基——三维数字空间

三维空间分析

【国土空间治理】国土空间,数据为基——三维数字空间

三维辅助决策

在“一张蓝图”数字重塑的背景下,推进开展三维数字空间的数据治理工作,建立地上地下、陆海相连、集成融合、可持续更新的自然资源三维立体“一张图”数字化空间,为国土空间基础信息平台提供统一、全面、准确的数据底板,并以自然资源数据分类服务的方式,为自然资源相关部门应用提供数据支撑和技术保障,助力提高国土空间治理能力现代化。

【国土空间治理】国土空间,数据为基——三维数字空间

国土空间规划和数字化治理专题

开篇:以“疫”为镜,规划和自然资源数字化治理若干思考

1.以“疫”为镜,国土空间规划和数字化治理的若干思考

2.数字空间,数据为基——二三维一体化数字化空间

3.精准传导,立体管控——三维数字化空间下的规划实施管控

4.模拟推演,监测预警——城市仿真助力智慧规划

5.协同规划,空间治理——协同生态挽救“脆弱”时代

【国土空间治理】国土空间,数据为基——三维数字空间

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