国外三维测绘相关技术进展

doi:10.11947/j.AGCS.2025.20240186

摘要/Abstract

摘要：

三维测绘技术是数字地球时代的核心技术之一，对于建立数字城市、数字地球和数字经济具有重要意义，众多国家也开展了各种三维测绘项目以支持自然资源管理、城市规划、应急响应和可持续发展，同时这些项目也进一步推动了三维测绘技术的发展。本文根据三维测绘的基本定义和内涵，针对全球各国对三维测绘研究及应用，围绕“需求导向”“主要任务”“主题技术”“赋能应用”4个方面展开分析，通过对国外典型三维测绘工程、产品、技术、规范及应用进行总结归纳，探讨了对实景三维中国建设的启示，为国内实景三维建设提供了参考和借鉴。

关键词: 国家级三维测绘, 平台服务, 标准规范

Abstract:

3D modeling is one of the core technologies in the digital earth, and it plays a significant role in the development of digital cities, digital earth, and digital economies. Currently, many countries have initiated various 3D modeling projects to support natural resource management, urban planning, emergency response, and sustainable development. At the same time, these projects have also promoted the development of 3D modeling technology. This article analyzes the research and application of 3D mapping across different countries, focusing on four aspects: “needs assessment” “tasks” “technologies” and “applications” based on the fundamental definitions and connotations of 3D mapping. By summarizing and analyzing typical 3D modeling engineering, products, technology, standards, and applications in these regions, the article explores insights into the construction of 3D realistic geospatial scene in China and provides references and insights for the development of realistic model projects domestically.

Key words: national-level 3D modeling, platform services, specification

中图分类号:

朱军, 吴鉴霖, 李志林, 郭煜坤, 游继钢, 谢亚坤, 李维炼. 国外三维测绘相关技术进展[J]. 测绘学报, 2025, 54(4): 661-674.

Jun ZHU, Jianlin WU, Zhilin LI, Yukun GUO, Jigang YOU, Yakun XIE, Weilian LI. The technological advancements in 3D mapping abroad[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2025, 54(4): 661-674.

图/表 17

图1

图2

图3

表1

图4

表2

表3

表4

表5

表6

表7

表8

图5

表9

图6

表10

数字社会赋能应用"

类型	名称	用户	赋能思路	应用效果
城市步行道路规划	Walkability Index	城市规划部门	生成有效的城市步行线路规划	提高城市环境中的步行性，实现可持续发展战略
文化遗产保护	CyArk	游客、文化工作者	文化遗址三维展示	展示文化遗址的历史底蕴、科学和艺术价值
交通管理	MAPBOX 3D导航平台	驾驶员和规划部门	实时可视化驾驶路线规划	帮助驾驶者和公众获取更好的态势感知能力
虚拟教育	IMMERSION VR	教育工作者、学生教育部门	学生在虚拟空间里进行艺术创作，并获得即时反馈和指导	能够极大地激发学生的学习兴趣、注意力和好奇心，提高学生对抽象概念的理解能力
虚拟教育	Google Expeditions	教育工作者与学生	全景展示、浏览探索等交互支持学生在地理平台中探索	提供高效益教学工具
数字教学	GeoGebra AR	教育工作者与学生	使用AR技术将教学内容叠加到真实环境中	有助于增强数学概念和几何关系的可解释性，以辅助课堂教学、空间理解
城市历史漫游	TimeLooper	游客、历史爱好者	通过手机或虚拟现实设备在具体的地点上体验历史场景	增加对历史事件的感知理解，增强对城市文化遗产关注
虚拟博物馆	Google Arts & Culture	艺术爱好者、研究者	通过虚拟现实和增强现实技术参观博物馆	加深对艺术和文化的理解，促进文化交流
虚拟会议	Mootup	企业代表、专业人士、行业从业者	提供线上商务活动承载平台，满足各种商业、营销、教育和其他行业目标的需求	通过虚拟会议和展览平台进行交流合作，扩大业务网络，促进跨地域的商业活动
虚拟社交平台	VRChat	创作者、社交群体	用户创建自己的虚拟角色，与其他用户进行实时交流探索虚拟世界	提供了一个丰富的社交交流和创作平台和沉浸式的社交体验

表10

图7

参考文献 38

[1]	燕琴, 翟亮, 刘坡. 实景三维中国建设关键技术研究综述[J]. 测绘科学, 2023, 48(7): 1-9.
	YAN Qin, ZHAI Liang, LIU Po. Review on the key technologies of 3D real scene construction in China[J]. Science of Surveying and Mapping, 2023, 48(7): 1-9.
[2]	兀伟, 赵鑫, 王焕萍, 等. 新型基础测绘与实景三维中国建设标准需求分析[J]. 测绘标准化, 2023, 39(1): 1-8.
	WU Wei, ZHAO Xin, WANG Huanping, et al. Demands analysis of standardization for new fundamental surveying & mapping and 3D real scene China construction[J]. Standardization of Surveying and Mapping, 2023, 39(1): 1-8.
[3]	朱庆, 张利国, 丁雨淋, 等. 从实景三维建模到数字孪生建模[J]. 测绘学报, 2022, 51(6): 1040-1049. DOI:. doi: 10.11947/j.AGCS.2022.20210640
	ZHU Qing, ZHANG Liguo, DING Yulin, et al. From real 3D modeling to digital twin modeling[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(6): 1040-1049. DOI:. doi: 10.11947/j.AGCS.2022.20210640
[4]	刘纪平, 刘坡, 翟亮, 等. 基础地理实体的特征分析与表达初探[J]. 测绘科学, 2023, 48(8): 1-9.
	LIU Jiping, LIU Po, ZHAI Liang, et al. Characteristic analysis and modeling of fundamental geo-entities[J]. Science of Surveying and Mapping, 2023, 48(8): 1-9.
[5]	LUAN X, XIE Y, YING L, et al. Research and development of 3D modeling[J]. International Journal of Computer Science and Network Security, 2008, 8(1), 49-53.
[6]	STOTER J E, STREILEIN A, PLA M, et al. Approaches of national 3D mapping: research results and standardization in practice[J]. ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2013, 2: 269-278.
[7]	STOTER J, VALLET B, LITHEN T, et al. State-of-the-art of 3D national mapping in 2016[J]. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2016, 41: 653-660.
[8]	SOON K H, KHOO V H S. CityGML modelling for Singapore 3D national mapping[J]. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2017, 42: 37-42.
[9]	陈军, 刘建军, 田海波. 实景三维中国建设的基本定位与技术路径[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2022, 47(10): 1568-1575.
	CHEN Jun, LIU Jianjun, TIAN Haibo. Basic directions and technological path for building 3D realistic geospatial scene in China[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2022, 47(10): 1568-1575.
[10]	STOKER J, MILLER B. The accuracy and consistency of 3D elevation program data: a systematic analysis[J]. Remote Sensing, 2022, 14(4): 940.
[11]	ZHU Jun, LUO Niya, GUO Zhihao, et al. Feature-constrained automatic geometric deformation analysis method of bridge models toward digital twin[J]. International Journal of Digital Earth, 2024, 17(1): 2312219.
[12]	ZHU Jun, DANG Pei, ZHANG Jinbin, et al. The impact of spatial scale on layout learning and individual evacuation behavior in indoor fires: single-scale learning perspectives[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2024, 38(1): 77-99.
[13]	ZHANG Jinbin, ZHU Jun, DANG Pei, et al. An improved social force model (ISFM)-based crowd evacuation simulation method in virtual reality with a subway fire as a case study[J]. International Journal of Digital Earth, 2023, 16(1): 1186-1204.
[14]	MABKHOT M M, FERREIRA P, MAFFEI A, et al. Mapping industry 4.0 enabling technologies into united nations sustainability development goals[J]. Sustainability, 2021, 13(5): 2560.
[15]	CHEN G, GAO L, ZENG Y, et al. Study on the scale of 3D real scene for demarcation and calibration of ecological protection red line[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2023(3): 89.
[16]	DAVIES A B, ASNER G P. Advances in animal ecology from 3D-LiDAR ecosystem mapping[J]. Trends in Ecology & Evolution, 2014, 29(12): 681-691.
[17]	DE LA TORRIENTE A, GONZÁLEZ-IRUSTA J M, AGUILAR R, et al. Benthic habitat modelling and mapping as a conservation tool for marine protected areas: a seamount in the western Mediterranean[J]. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 2019, 29(5): 732-750.
[18]	ZHU Jun, DANG Pei, CAO Yungang, et al. A flood knowledge-constrained large language model interactable with GIS: enhancing public risk perception of floods[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2024, 38(4): 603-625.
[19]	ZHU Jun, ZHANG Jinbin, ZHU Qing, et al. A knowledge-guided visualization framework of disaster scenes for helping the public cognize risk information[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2024, 38(4): 626-653.
[20]	LI Weilian, ZHU Jun, ZHU Qing, et al. Visual attention-guided augmented representation of geographic scenes: a case of bridge stress visualization[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2024, 38(3): 527-549.
[21]	WU Jianlin, ZHU Jun, ZHANG Jinbin, et al. A dynamic holographic modelling method of digital twin scenes for bridge construction[J]. International Journal of Digital Earth, 2023, 16(1): 2404-2425.
[22]	XIAO Wen, MILLS J, GUIDI G, et al. Geoinformatics for the conservation and promotion of cultural heritage in support of the UN Sustainable Development Goals[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2018, 142: 389-406.
[23]	姚巍, 王谱佐. 实景三维技术发展态势：ⅩⅪⅤ ISPRS Congress报告[J]. 时空信息学报, 2023, 30(2): 167-176.
	YAO Wei, WANG Puzuo. Development trends of realistic 3D technology: ⅩⅪⅤ ISPRS congress report[J]. Journal of Spatiotemporal Information, 2023, 30(2): 167-176.
[24]	LI R. Data structures and application issues in 3D geographic information systems[J]. Geomatica, 1994, 48(3): 209-224.
[25]	KOEHL M, GRUSSENMEYER P. 3D data acquisition and modelling in a topographic information system[J]. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, 1998, 32: 314-320.
[26]	ZLATANOVA S, RAHMAN A A, SHI Wenzhong. Topological models and frameworks for 3D spatial objects[J]. Computers and Geosciences, 2004, 30(4): 419-428.
[27]	CHEN J, JIANG J. Some issues of multi-dimensional and dynamic GISs[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2000, 25(3): 189-195.
[28]	BERGOUGNOUX P. A perspective on dynamic and multi-dimensional GIS in the 21st century[J]. GeoInformatica, 2000, 4: 343-348.
[29]	陈晨, 王艳慧, 陈军. 国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)2022—2026年研究方向[J]. 地理信息世界, 2022, 29(6): 98-103.
	CHEN Chen, WANG Yanhui, CHEN Jun. Research directions of the international society for photogrammetry and remote sensing (ISPRS) for 2022—2026[J]. Geomatics World, 2022, 29(6): 98-103.
[30]	YU Le, GONG Peng. Google Earth as a virtual globe tool for Earth science applications at the global scale: progress and perspectives[J]. International Journal of Remote Sensing, 2012, 33(12): 3966-3986.
[31]	何建宁, 吴燕平, 李冬芳, 等. 实景三维DEM数据生产及质量控制技术探索[J]. 地理信息世界, 2022, 29(3): 43-48.
	HE Jianning, WU Yanping, LI Dongfang, et al. Technology exploration on production and quality control of real 3D DEM data[J]. Geomatics World, 2022, 29(3): 43-48.
[32]	DÖLLNER J, KOLBE T H, LIECKE F, et al. The virtual 3D city model of berlin-managing, integrating, and communicating complex urban information[C]//Proceedings of the 25th international symposium on urban data management UDMS 2006. Aalborg: IEEE, 2006.
[33]	STADLER A, KOLBE T H. Spatio-semantic coherence in the integration of 3D city models[C]//Proceedings of the 5th International ISPRS Symposium on Spatial Data Quality. The Netherlands: IEEE, 2007: 13-15.
[34]	SINGH S P, JAIN K, MANDLA V R. Virtual 3D city modeling: techniques and applications[J]. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2013, 40: 73-91.
[35]	ROMERO RODRÍGUEZ L, DUMINIL E, SÁNCHEZ RAMOS J, et al. Assessment of the photovoltaic potential at urban level based on 3D city models: a case study and new methodological approach[J]. Solar Energy, 2017, 146: 264-275.
[36]	单杰, 李志鑫, 张文元. 大规模三维城市建模进展[J]. 测绘学报, 2019, 48(12): 1523-1541. DOI:. doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20190471
	SHAN Jie, LI Zhixin, ZHANG Wenyuan. Recent progress in large-scale 3D city modeling[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2019, 48(12): 1523-1541. DOI:. doi: 10.11947/j.AGCS.2019.20190471
[37]	ARROYO OHORI K, DIAKITÉ A, KRIJNEN T, et al. Processing BIM and GIS models in practice: experiences and recommendations from a GeoBIM project in the Netherlands[J]. ISPRS International Journal of Geo-Information, 2018, 7(8): 311.
[38]	GUTBELL R, PANDIKOW L, COORS V, et al. A framework for server-side rendering using OGC's 3D portrayal service[C]//Proceedings of the 21st International Conference on Web3D Technology. [S.l.]: IEEE, 2016: 137-146.

地形产品	空间分辨率	机构	覆盖范围	是否公开	采集时间
SRTM GL1/SRTM GL3	30/90	美国国家航空和宇宙局（NASA）	全球	是	2000年
ASTER GDEM	30	美国航空航天局（NASA）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）	全球	是	2009年
TanDEM-X WorldDEM	12/90	德国航空航天中心	全球	是	2016年
Copernicus DEM	30/90	欧洲环境局、欧洲空间局	欧洲	是	2011年
SwissALTI3D DEM数据集	0.5～2	瑞士联邦测量地理信息局	瑞士	否	2008年
AHN DEM数据集	0.5～5	荷兰水务委员会	荷兰	是	1996年
3DEP DEM数据集	1/5	美国地质调查局	美国	否	2012年
DGM	5	德国联邦地理信息局	德国	否	1990年
RGE ALTI DEM数据集	1	法国地理信息和森林局	法国	否	2009年

名称	模型精度	机构	是否公开	时间
Glasgow Urban Model建筑物模型	块模型（±0.5 m），建筑物视图（±0.5 m）	格拉斯哥议会、苏格兰政府	是	2007年
Berlin 3D建筑物模型	CityGML LOD2	柏林市政府、柏林工业大学	是	2009年
3D Amsterdam建筑物模型	CityGML LOD1	阿姆斯特丹市政府	是	2014年
New York 3D Map建筑物模型	CityGML LOD2	纽约市政府	是	2016年
Vienna 3D Buildings建筑物模型	CityGML LOD1/LOD2	维也纳市政府	是	2017年
Namur 3D建筑物模型	CityGML LOD2	那慕尔市政府	是	2018年
Thüringen 3D建筑物模型	CityGML LOD1/LOD2	图林根市政府	是	2017年
London 3D建筑物模型	CityGML LOD2	AccuCities	是	2021年
Montreal 3D建筑物模型	CityGML LOD2	魁北克政府	是	2013年
Switzerland建筑模型	CityGML LoD2	瑞士联邦政府	是	2014年
Open City Model	CityGML LoD1	美国亚马逊网络服务	是	2019年
3D City Model of District Lozenets	CityGML LoD1	索菲亚市政府	是	2021年
3D Reality Model of Fort Denison	CityGML LoD3	新南威尔士州政府	是	2019年

名称	来源	特点
ASPRS LiDAR指南	美国地理和测绘学会	提供了一系列关于激光雷达数据采集、处理和质量控制的指南和最佳实践（https://www.asprs.org）
USGS 3DEP指南	美国地质调查局	提供了一系列关于激光雷达数据采集、处理和交付的技术指南和规范（https://www.usgs.gov）
TNMCorps（The National Map Corps）志愿者指南	美国地质调查局	提供了许多关于TNMCorps项目参与和数据编辑的指南和资源，通过志愿者的参与帮助更新和完善美国国家地图数据（https://www.usgs.gov/core-science-systems）

名称	来源	介绍
CityGML		一种开放数据模型和XML编码标准，用于描述、存储和交换三维城市和景观模型。支持多种级别的细节（LOD），从简单的建筑物轮廓到详细的建筑物结构和室内空间
CityJSON	开放地理空间信息联盟	用于描述城市模型的文件格式，提供一种简单、易于使用和互操作的方式来存储、传输和处理三维城市模型数据
3D Tiles	开放地理空间信息联盟	该规范的目标是定义一种通用的格式，以实现高效传输和渲染各种类型的三维地理数据
KML		基于XML的地理数据格式，支持二维和三维地理元素的描述、存储和交换，如点、线、面、模型和相机视点等
LandInfra		IFC和CityGML的整合，用于表示土地和土木工程基础设施的要素
COLL ADA	Khronos Group	一种用于交换三维模型和场景的开放数据格式，支持多种三维元素和属性，如几何体、材质、动画和骨骼等，可用于三维模型的导入、导出和编辑
IFC（Industry Foundation Classes）	建筑SMART组织	一种开放的建筑信息模型（BIM）数据交换标准，支持三维建筑和基础设施模型的描述、存储和交换，可以与CityGML等其他标准互操作

地形产品	数据获取	描述
SRTM3v1	机载雷达的C波段	美国NASA和NGA获取的高分辨率全球地形数据集，分辨率为3弧秒，覆盖全球80%陆地区域
WorldDEM、Copernicus DEM	TanDEM-X雷达卫星	欧洲航天局和欧盟主导，提供全球范围内的高程数据，分辨率为30 m和90 m
ASTER GDEM	先进星载热发射和反辐射成像仪	美国国家航空航天局和日本经济产业省合作发布的数字高程模型，空间分辨率为30 m
ALOS AW3D DEM	全色立体测绘遥感仪（PRISM）	日本宇宙航空研究开发机构和NTT DATA联合采集，提供5 m分辨率的全球高程数据，是最高分辨率的公开数字高程模型之一
AHN DEM	激光雷达	荷兰全国范围数字高程模型，分辨率可达0.16 m
RGE ALTI DEM	激光雷达	法国国家地理信息研究所提供的高精度数字高程模型，最高分辨率为1 m
3DEP DEM	激光雷达	美国地质调查局主导项目，模型分辨率为1、3、10 m等
DGM	激光雷达	德国主导数据采集项目分辨率从1～10 m不等
SwissALTI3D	激光雷达数据和光学立体	SwissALTI3D最新版本甚至提供了0.5 m和1 m分辨率的数据
ICESat GLAS	地学激光测高系统GLAS	美国国家航空航天局陆地高程卫星项目，旨在测量地球表面高程变化，精度可以达到几厘米