韩科成：国土空间规划与实景三维融入数字中国空间数据的“星辰大海”

◎ 丹妮

习近平总书记强调，加快数字中国建设，就是要适应我国发展新的历史方位，全面贯彻新发展理念，以信息化培育新动能，用新动能推动新发展，以新发展创造新辉煌。随着数字中国建设的推进，数字技术在万物互联中被点亮，从夯实基础到积厚成势。“自然资源三维立体一张图”是国土空间基础信息平台及各类应用服务体系的数据基础，是 “数字中国”建设的重要基石。

随着《自然资源三维立体时空数据库建设总体方案》和《实景三维中国建设技术大纲》（2021）的印发，标志着“一张图”进入“三维立体”阶段，“自然资源三维立体一张图”是新时期真实展现“山水林田湖草海沙冰”自然资源要素分布、服务自然资源管理决策的一项全新工作，对打造“数字中国”统一的空间基底具有重大意义。

国土空间规划是用地管控和实施监督的基础，实景三维是三维空间构架和底座。它们虽有着复杂的数据构成，但也仅是“自然资源三维立体一张图”的组成部分，二者的融合需逐步解决各阶段的诸多难题。

那么，国土空间规划与实景三维将如何融合纳入“自然资源三维立体一张图”？有哪些技术路径？实际操作又将面临哪些难点？记者专访了上海上大建筑设计院有限公司规划所长韩科成，请他分享对此的见解。

● 上海上大建筑设计院有限公司规划所长 韩科成

记者：“自然资源三维立体一张图”是如何产生的，“国土空间规划一张图”与之是何关系？

韩科成：2021 年，《自然资源三维立体时空数据库建设总体方案》《实景三维中国建设技术大纲（2021 版）》相继印发，提出“自然资源三维立体一张图”是国家自然资源“一张网、一张图、一个平台和三大应用体系”的核心构成。

这里我们探讨的“一张图”特指“自然资源三维立体一张图”，它是国土空间基础信息平台及各类应用服务体系的数据基础，是运行在保密内网上的庞大数据库集。

回望“一张图”的发展历程，可以追溯到2014 年的《国家地理信息产业发展规划（2014—2020年）》和2019 年的《自然资源部信息化建设总体方案》，“总体方案”指出自然资源数据是基础性、战略性信息资源，自然资源信息化是“数字中国”建设的基础支撑。

按照当前的主流理解，“国土空间规划一张图”尚停留在“二维平面”阶段。对于“自然资源三维立体一张图”和“国土空间规划一张图”的关系，若把前者看作数字中国空间数据的“星辰大海”，后者仅是其中的“星海一粟”。即便如此，“国土空间规划一张图”依然有着复杂的构成和庞大的数据集。

记者：“自然资源三维立体一张图”具体包括哪些内容？有哪些应用场景？

韩科成：按照我们的理解，“一张图”应该是以地理实体和地理场景的实景三维为基础，搭载其他实体和物联感知数据，叠加自然资源、国土空间规划和用途管制、社会经济、测绘地理信息等数据，跨部门协调共享、上下联动、时点追溯的空间大数据体系。

“自然资源三维立体一张图”拥有更大的理想和更完整的数据体系，不管是进展进度、囊括信息还是终极目标，有望最终真正成为未来“数字中国”的统一空间基底。具体应用除自然资源系统内的资源调查监测评价、监管决策和政务业务外，可向横向部委、局办、企事业单位提供空间数据的相关查询展示、业务协同审批等服务，也可向公众提供二维、三维空间数据服务。

记者：如何理解国土空间规划与实景三维融合纳入“自然资源三维立体一张图”？需要哪些技术支持？面临着哪些挑战？

韩科成：“一张图”的构建并非是从零开始，自然资源部传承了原国土资源部的成果，各职能部门工作中也积累了大量数据，如自然资源监测数据、基础地理数据、自然资源和不动产数据、遥感影像数据、国土调查数据、测绘地理信息数据、规划及管控数据等。

前面提及，侧重用地管控和实施监督的国土空间规划数据主要是“二维平面”的，实景三维是“三维立体”的。“自然资源三维立体一张图”目前整体处于前期探索阶段，就国土空间规划和实景三维的融合而言有较多难点尚未完全解决。

当前，国土空间规划数据库结构和设计的要素、类、层和属性字段已经形成了相对完善的结构体系，实景三维生产方式和存储方式决定了还需要后期加工方可入库，如模型单体化、模型数据化等，对于数据的深化完善、标准制定也有较多细节需不断深化研究。国土空间规划与实景三维融合纳入“一张图”的总体思路是，以地形级和城市级实景三维为基底，国土空间规划、城市信息模型逐层叠加展示，在此思路基础上进行数据库逻辑设计和物理设计。

数据库逻辑设计的核心在于用统一的网络编码对实体数据进行编码，主要字段继承国土三调和自然资源监测数据，统一新增时点（TIME）、状态（STAT E）、来源（SOURCE）等扩展字段，其他字段扩展根据实际业务需求确定。

数据库物理设计需根据数据类型、存储模式、软件支撑、硬件环境等要素来综合确定，国土空间规划数据主要以矢量数据和栅格数据形式存在，实景三维数据主要采用非关系型数据库按照LOD 分级进行分片存储，然后采用R-tree 空间索引算法与其他空间数据建立关联以支持二维和三维查询。

当前，面临的挑战主要有三个方面：

数据生产阶段工作量大，需持续投入。实景三维面临海量影像采集、运算和存储难题，后续模型匀色、模型单体化和建库入库等需要持续较大的投入，建设过程中还要解决实景三维数据资源的局部性、滞后性、质量不统一等问题。国土空间规划要解决“升维表达”问题，一方面是将“二维”转为“三维”，另一方面是增加“时间维度”，因自然资源实体形态、变化周期存在巨大差异，时点数据采用多大的 “颗粒尺度”还需要考虑数据获取频度来统筹确定。

数据归集阶段的纵向和横向互融共通、协同运作问题。城市数据的所有权和使用权界定尚缺法律法规的约定，因事权分工导致部分数据沉淀在不同的部门和企业，跨部门、跨业务的协作机制也未完全建立。实景三维、城市信息模型与城市数字孪生，从数据上来讲是存在交叉重叠的。以业务为导向采用 “统筹设计、逻辑集成、物理分散”原则推动“一张图”建设是较为务实可行的方案。

数据应用阶段的使用场景预判有限、建设困难无法准确预估，都会制约“一张图”的建设进展。一方面，需要以场景应用为开发导向，引入人工智能、数字孪生、动态监测，结合过往时点构建“时空模型”开展仿真模拟、态势预测、推演验证方能最大化挖掘“一张图”在未来城市治理中的价值。另一方面，“一张图”分布存储技术是物理上分散各数据库到具体职权部门，依托涉密内网进行集成和整合，形成逻辑一致的“集成数据库”来实现“一张图”的跨部门应用。

该设计思路必然面临数据可用和数据安全的考验，因此需要设计一套专业管理系统来实现数据调度、权限管控和运维监管。

记者：具体实施的相关技术标准规范的研制与评估进展如何？

韩科成：实景三维方面，《新型基础测绘与实景三维中国建设技术文件（1—4）》《新型基础测绘与实景三维中国建设技术文件（5—7）》分别于2021 年12 月、2022 年4 月印发。

国土空间规划方面，《国土调查数据库标准》（TD/T 1057—2020）2020 年10 月起实施，《国土空间规划“一张图”实施监督信息系统技术规范》（GB/T 39972—2021）2021 年10 月起实施。《国土空间调查、规划、用途管制用地用海分类指南》《市级国土空间总体规划数据库规范》目前尚处于试行阶段。

从技术标准规范的进展来看，实景三维和国土空间规划融合纳入“自然资源三维立体一张图”依然有较长的路要走。

记者：测绘地理信息如何参与“自然资源三维立体一张图”建设？

韩科成：实景三维和国土空间规划从技术领域来看分属测绘和规划两个细分行业部门，随着自然资源部用地及国土空间规划等改革的不断推进，两者的关系愈发紧密。

测绘地理信息为国土空间规划提供了自然资源全要素的监测、普查、调查数据，基础地理、数字高程和遥感影像等数据基础，国土调查（含“三调”和历年国土变更调查）是国土空间规划的基础性依据。

从“自然资源三维立体一张图”的数据构成来讲，作为基础数据底图的自然资源监测九大库及实景三维都是来自测绘地理信息。因此，测绘地理信息对于国土空间规划、“自然资源三维立体一张图”来讲，都是最重要、最关键的基础支撑。

记者：可否举例说明贵单位或者团队所进行的相关项目进展？

韩科成：上海大学设计院除参与市、县级国土空间规划编制实践外，也积极参与各省市级数据节点数据库的建设、汇交、入库工作。

2021 年12 月，我 们 开 发 了“国土空间规划设计一张图综合信息管理和查询平台”，通过内部服务架设对碎片化矢量数据进行统一平台、统一坐标、统一管理和同步更新，主要用于设计院内部的数据管理，大大提高了工作协同效率。2022 年10 月，我们对功能进行了再次拓展，V2.0 版正在进行项目应用的实践测试。

2022 年12 月，我们协同上海市城市更新研究会及设计院兄弟单位共同发起《城市更新空间三维模型数据标准》研究课题。

当前，三维模型格式包括RVT、OSGB、OBJ、3DS、SKP、FBX、STL 等，而三维空间数据格式又有Esri 的I3S（Indexed 3D Scene Layer）、SuperMap 的S3M（Spatial 3D Model）等不同标准，因此，数字化和信息化转型背景下城市更新等细分领域同样需要解决格式标准统一问题。该课题所研究的数据标准适用于城市更新设计、规划展示、施工管理、平台治理等全过程，是重要的行业基础性标准。课题立项申报和预研究工作正在进行。

记者：您认为“自然资源三维立体一张图”的建设需要注意哪些问题？对此您有何建议和意见？

韩科成：“自然资源三维立体一张图”是庞大的数据体系，也是“数字中国”建设的重要基石。“一张图”建设不可能一蹴而就，需要经过漫长的打磨过程。

首先，体系构建标准先行。“一张图”建设工作当前尚处于起步阶段，标准和规则缺失现象较为突出。相较于国土空间规划，实景三维、城市信息模型尚停留在大的构架搭建层次，还有较多技术细节和标准需要不断完善。若前期数据标准不统一，后期很难实现互联共通，也会导致重复建设、资源浪费、内耗严重等诸多问题，难以形成科技和技术创新合力。

其次，应用导向技术创新。“一张图”整体技术复杂度较高、城市级大数据归集和跨部门行业应用尚不成熟，算法模型与动态数据融合不够，数字空间的模拟仿真、态势预测等价值还未释放、关键技术融合应用亟待加强。

行业和从业者都需要认真审视数字化和信息化转型的问题。“一张图”建设需融合技术优势、人才优势、创新优势，推动政府、企业等多方参与方能形成一体化解决方案。