随着科技的不断发展，城市的信息化成为必然的趋势，数字城市三维模型建设已成为城市信息化的重要部分。三维建模作为“数字城市”地理空间框架的一个重要组成部分，模型数据成果能较好地从多角度体现城市的立体景观，较直观且真实地还原城市风貌，为城市规划、建设以及民众生活带来便利(图13-1)。
图13-1 数字城市三维模型
随着数字城市建设的深入以及示范应用的丰富，三维地理信息系统成为数字城市建设的重要内容。传统的手工三维建模方法，投入成本高、建设周期长、数据覆盖度不够，模型误差大，导致空间分析结果不准确；数据加载缓慢，无法快速响应；多源数据整合能力弱，缺乏海量三维数据发布平台，但应用案例较多，方法较成熟。
基于倾斜摄影的三维遥感技术方法，建模周期更短，成本更低，精度更高，场景更加真实。其需要解决的问题有:
(1)需要探索一套“倾斜数据获取＋实景三维建模＋场景数据发布展示”的技术路线，解决传统手工建模成本高、周期长、效果不佳等问题；
(2)实现实景三维场景与城市街景数据、360全景数据的融合，弥补平视情况下三维效果不好的缺点；
(3)实现三维空间分析功能，如日照分析、可视域分析、坡面分析等；
(4)实现单体化信息查询，解决三维建模数据与矢量电子数据属性联动的问题。
面对城市规划部门依托直观、真实、高精度的三维空间数据作为城市空间载体越来越迫切的需求，如果整合倾斜摄影技术、实景三维建模技术，实现海量数据、天地一体的二三维数据快速浏览、查询、分析、管理等功能，可以为各类用户提供实时、高效、快捷的三维模型服务。
倾斜摄影技术在国内外已经有十几年的应用试验，但主要是基于原始影像数据的浏览、量测，2012年法国Acute3D公司推出Smart3Dcapture自动三维建模技术后，倾斜摄影技术迅速发展。摄影测量硬件生产商纷纷推出自己的倾斜摄影相机，如LEICA的RCD30 Oblique，微软的UCO，以及国产的SWDC-5、AMC580和TOPDC-5等。倾斜摄影数据获取的问题得到解决，同时三维数据发布与展示软件也同步跟进，如Skyline、SuperMap等提出相应的解决方案。因此，基于倾斜摄影技术的自动三维建模及其应用初步实现《城市三维建模技术规范》(CJJ/T 157—2010)。
三维模型由于立体表现的多样性，在不同源数据和不同需求下有不一样的表现精度。表现精度定位的不同，对建模源数据的要求、建模的工作量、建模成本都有明显的差异。按照三维模型建设的精度划分为三大类:可量测精细三维模型、分析应用展示三维模型和一般展示三维模型(表13-1)。而每种类型的精度要求又可拆分为平面精度、高程精度、纹理精度、表现精度四个方面。
表13-1 三维模型分类(www.xing528.com)
续表
1.可量测精细三维模型
一般通过地形测量和航空摄影测量、机载LidAR分别获取地物的各点、线、面的平面和高度空间坐标，再利用航测的立体像对采集地物的高度和顶部结构，结合实地采集纹理，采用建模平台生产模型。可量测实景三维模型精度一般在分米级，具有技术成熟、精度较高、成本较高、仪器设备可与常规测量工程共用等特点。
2.分析应用展示三维模型
一般通过卫星遥感影像(地面分辨率小于0.5m)获取地物的平面空间位置，通过楼层数结合推断的层高估算建筑等地物高度，再根据实地采集的照片修改地物的细部结构和高度，形成位置、大小、高度相对正确的模型成果。分析应用展示三维模型的精度一般为米级，具有技术要求不高、建模效率高、成本适中的特点，现多用在部分源数据缺乏、投入有限的“数字城市”建设项目中，主要用于展示、一般分析、搜索、定位等政务服务，同时为政府和民众提供较完整、较真实、直观的数据参考。
3.一般展示三维模型
常用简单建模的方式，示意表示区域的三维分布。建筑模型结构一般采用测量地形数据外轮廓乘以统一推断层高，纹理采用示意通用纹理库，地面部分采用正摄影像(DOM)和数字高程模型(DEM)生产。该类模型具有对源数据要求不高、建模效率很高、成本很低的特点，能示意区域的三维地貌特征，现多用于源数据缺乏区域、城乡结合部、农村区域，以及一些精度要求不高的厂区、待拆区域等。
城市三维重建是构建数字城市的技术基础，也是发展智慧城市及其相关应用的基础。近些年来，随着物联网、大数据、云计算和人工智能等新兴技术和产业的迅猛发展，智慧城市建设已逐渐从原有的静态3D建模层次向动态数字技术与静态3D模型相结合的数字孪生层次发展，由此衍生出了数字孪生城市辅助智慧城市建设的新理念。显然，数字孪生城市是数字孪生概念在城市层面的广泛应用，其针对城市在物理世界与虚拟空间中构建一个二者得以双向映射、协同交互的复杂巨系统，在虚拟空间再造一个与现实城市相匹配和对应的“孪生城市”，形成物理维度上的实体城市和信息维度上的数字城市同生共存、虚实交融的格局(高艳丽等，2019)。数字孪生城市的构建需要数据基础和技术基础。其中，数据基础指城市中布满的各种各样的传感器、摄像头以及各市政管理部门相继建成数字化子系统每天源源不断地产生的海量的城市大数据。而包括5G在内的物联网、云计算、大数据和人工智能等技术则构成其技术基础。在数字孪生城市中，基础设施的运行状态，市政资源的调配情况，人流、物流和车流的安全运控，都会通过传感器、摄像头、数字化子系统采集出来，并通过包括5G在内的物联网技术传递到云端和城市的管理者。基于这些数据以及城市模型可以构建城市的数字孪生体，从而更高效地管理城市。数字孪生的智慧城市架构如图13-2所示。
图13-2 数字孪生的智慧城市架构
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