★智慧城市典型案例展示★
合肥市城市三维模型LOD1.3级生产项目案例
刘家祥 孙丽 张宇
合肥市测绘设计研究院有限公司
北京飞渡科技股份有限公司
一、建设背景
1.实施背景和意义
随着数字中国战略的深入推进，智慧城市建设已成为推动城市治理现代化的重要引擎。实景三维作为数字中国建设的基础设施，其核心在于构建高精度、可计算、可分析的城市数字底板。当前，我国正全面推进实景三维中国建设，迫切需要能够规模化生产、快速更新且支撑深度分析的城市三维模型技术体系，这本质上是对城市级空间智能能力构建的迫切需求。
合肥市作为长三角城市群副中心和综合性国家科学中心，城市发展迅速、空间结构复杂，对城市精细化治理和科学决策提出了更高要求。传统三维建模技术依赖大比例尺地形图与人工建模，存在数据源单一、生产效率低下、更新周期长、成本高昂等问题，难以满足城市级大规模、高频次建模需求。在此背景下，合肥市率先开展城市三维模型LOD1.3级生产项目，旨在探索一条符合国家标准、兼顾效率与精度，并由空间智能技术赋能的新型城市三维建模路径，为城市数字化转型提供统一、权威且具备智能分析潜力的空间数据基底。(如图1所示)
图1 合肥市城市三维模型
2.建设必要性
本项目的建设必要性主要体现在三个方面：
一是支撑智慧城市空间智能决策的迫切需求。城市规划、管理、应急、交通等各领域对三维模型的应用日益深入，传统二维数据已无法满足立体化、可视化、可模拟的决策需要。LOD1.3级模型兼具宏观展示精度与轻量化性能，是构建城市级数字孪生底座，实现空间智能感知与认知的基础。
二是破解传统技术瓶颈，构建空间智能生产线的现实需要。传统建模方式周期长、成本高，导致三维数据覆盖范围有限、更新滞后，形成“数据孤岛”。本项目采用的多源数据融合与AI自动化建模技术，可大幅提升生产效率，是实现城市三维模型快速构建、定期更新，进而支撑动态空间智能的必由之路。
三是落实国家战略部署，开展空间智能基础设施建设的实践需要。自然资源部发布的实景三维中国建设相关规范，明确了分级分类的模型精度要求。本项目以LOD1.3级模型生产为目标，是对国家技术规范的具体实践与验证，也为规模化构建空间智能数据基础积累了宝贵经验。
二、建设内容
1.总体架构
本项目构建了“数据层-算法层-模型层-应用层”四位一体的总体技术架构，其核心是构建面向空间智能的数据处理与生产能力。
数据层汇聚了多源异构数据，包括倾斜摄影Mesh模型、激光雷达点云、高分辨率卫星影像、数字表面模型（DSM）、基础地形矢量、道路网、POI等，为建模与空间智能分析提供丰富的信息输入。
算法层是空间智能的核心体现，采用“二维影像解析+三维点云重建”相结合的技术路线。首先利用深度学习模型从高分辨率卫星影像中自动提取建筑二维轮廓，实现初步的空间智能感知；随后，将该轮廓投影至三维空间，引导对激光雷达点云进行分层、聚类与分析，通过改进的RANSAC等算法进行规则化拟合，重建建筑三维几何白模，完成从感知到重建的空间智能计算。
模型层产出符合《实景三维中国建设技术规范》的LOD1.3级建筑单体模型。模型不仅包含精确的几何体块（平面精度优于0.5米，高度精度优于0.8米），还通过启发式纹理库匹配技术，赋予建筑外观通用的真实感纹理，平衡了视觉效果与渲染性能，为后续的空间智能模拟提供结构化的载体。
应用层将生成的模型与城市其他要素融合，形成统一的、可供计算的“城市三维基础底板”，通过API服务的方式，直接支撑上层各类需要空间智能的智慧应用。
2.系统和平台
项目成果主要集成为两大系统平台：
三维模型自动化生产平台：该平台是一个空间智能驱动的自动化生产线，集成了从数据预处理、轮廓提取、点云分析、几何重建到纹理映射的全流程自动化工具链。平台具备并行处理与空间智能计算能力，在标准工作站上可实现每百栋建筑3-5分钟的建模速度，支撑了合肥市100平方公里核心城区约1.2万栋建筑的快速建模。
城市三维基础底板管理与服务平台：该平台实现了对海量LOD1.3模型及其他城市空间数据的一体化管理、可视化、分析与发布。平台不仅提供丰富的空间分析功能（如可视域分析、天际线分析、日照模拟、量算统计等），更通过标准数据服务接口（如3D Tiles、WebGL），将空间智能分析能力以服务形式提供，已成为合肥市自然资源和规划局日常三维辅助决策与空间智能推演的核心载体。
3.典型应用场景
场景一：城市内涝应急疏散模拟推演
以LOD1.3城市模型构成静态环境基底，实时接入降雨预报与水位监测数据，动态驱动高精度水文模型，在三维场景中模拟预测积水深度、范围与演进过程。同时，集成人口分布数据，当模拟灾情达到预警阈值时，系统基于实时路况与避难所容量，运用多智能体仿真技术动态模拟人员疏散路径与瓶颈。决策者可在三维场景中直观交互，实时调整指令并即刻评估效果。该场景深度融合了地理空间、水文与行为模型，实现了从“被动响应”到“主动预见、动态优化”的空间智能决策闭环。（如图2所示）
图2 合肥市城市级三维模型
场景二：城市更新规划方案三维智能比选与公众参与
在城市更新项目中，将多个概念性方案的设计体块模型与现状三维底板融合，生成多个“未来场景”。平台自动启动多维度量化分析，包括天际线影响分析、日照遮挡模拟及关键经济技术指标自动核算，为方案比选提供精准数据支持，这是一种基于规则的空间智能评判。通过公众参与端口，市民可在沉浸式三维环境中浏览方案，并使用“空间批注”工具提交带有地理坐标的具体意见，形成精准的“空间对话”。这实质上是将公众的直观空间感受转化为可计算的空间智能反馈，显著提升规划的科学性与社会接受度。
场景三：5G通信网络规划与信号覆盖仿真
将LOD1.3建筑模型赋予经过实测校准的电磁材质参数，构建“电磁环境数字底板”。网络规划人员可在数字孪生环境中，像操作虚拟沙盘一样设计基站位置与天线参数。系统基于射线追踪模型，实时计算并动态渲染信号覆盖热力图与干扰区域。该应用支持多方案并行测试与智能比选，将网络规划从依赖经验的“试错”模式，转变为数据驱动的“仿真-优化”闭环模式。这是空间智能在垂直行业（通信）中的典型应用，通过空间几何与物理模型的耦合计算，有效提升网络质量与投资效益。
三、创新亮点
1. 技术路线创新：首创“二维影像全局感知与三维点云精细刻画”的协同重建范式
本项目突破了传统单一数据源建模的局限，创新性提出“先二维后三维，二维引导三维”的技术路线。首先，利用高分辨率卫星影像，通过深度学习实例分割网络，高效提取建筑二维基底轮廓，解决全局定位问题，实现初步的机器视觉空间智能。继而，将这些轮廓作为精确空间约束，引导对激光雷达点云的定向处理。研发的融合几何先验与密度约束的改进型RANSAC算法，能够更好地处理点云缺失和噪声，实现立面结构的规则化拟合，最终生成结构规整、拓扑正确的LOD1.3白模。该路线充分发挥了二维影像的全局效率与三维点云的局部精度优势，是空间智能从二维感知迈向三维重建与理解的具体实践。(如图3所示)
图3 LOD1.3级城市建筑建模流程示意图
2. 数据融合与表达创新：提出“多源数据深度融合与启发式可计算纹理生成”方法
本项目实现了多源几何数据（Mesh、点云、DSM）在统一坐标系下的深度配准与联合解算，相互校验补充，保障了几何精度，这是实现可靠空间智能的数据基础。在纹理表达上，创新采用 “属性驱动、库匹配”的通用纹理生成方法。系统根据建筑高度、规模等属性及影像主色调，从预定义的本地化“纹理规则库”中自动匹配立面材质与窗墙比模式，并通过程序化生成与自适应拼接技术完成映射。该方法产出的纹理风格统一、渲染高效，并将纹理从“视觉贴图”升级为承载材质参数的“可计算特征”，使得模型本身具备支撑专业仿真分析的空间智能属性。
3. 应用集成与模式创新：构建“轻量化模型与机理模型深度耦合”的模拟仿真新范式
本项目核心突破在于将LOD1.3模型从“静态展示模型”转变为“动态仿真基底”，即空间智能的算力基座。通过提供标准时空数据接口，实现了轻量化三维地理数据与水文、电磁、日照、人流等专业机理模型的深度耦合。专业计算引擎可直接调用三维底板中的几何、属性及空间关系作为输入参数，驱动高保真模拟。该模式改变了各领域“自建模型、各自为战”的局面，使跨部门能在统一的权威数字基底上开展分析，构建了具备“感知-认知-模拟-推演”能力的空间智能闭环系统，真正释放了三维数据在辅助科学决策中的核心价值。
四、推广价值
1.社会效益
项目提升了城市治理的精细化与科学化水平。在规划领域，促进了公开透明的“阳光规划”；在应急领域，增强了城市应对自然灾害的预案能力；在公共服务领域，为公众参与城市治理提供了直观平台。模型作为统一的数字基底，有力打破了部门间的“数据孤岛”，促进了基于统一空间认知的跨部门协同，是空间智能支撑社会治理现代化的重要实践。
2.经济效益
本项目实现了显著的降本增效。与传统人工建模相比，自动化建模效率提升80%以上，综合成本降低约60%。在5G网络规划等具体应用中，通过前期数字仿真优化，可直接节约大量资本支出和运营支出。高效低成本的空间智能化生产技术路径，使得大范围、周期性的城市三维模型更新与价值挖掘成为可能，具有长期的经济价值。
3.推广价值
该技术方案具备极强的可复制性与推广潜力。其一，技术普适性强，所依赖的多源数据在全国各大城市均已普遍具备，流程标准化程度高，可快速适配，为各地发展本土化空间智能能力提供了工具箱。其二，完美契合国家“实景三维中国”建设对规模化、高效化生产的技术要求，可为省级、国家级工程建设提供成熟的、蕴含空间智能理念的技术范式。其三，产出的标准化城市三维底板，如同数字孪生城市的“空间智能操作系统”，可赋能智慧交通、智能管网、公共安全、低碳城市等无数垂直应用，生态赋能潜力巨大。
4.案例启示
合肥市的实践表明，推动实景三维与空间智能建设必须坚持“应用导向、创新驱动、共建共享”的原则。以解决城市实际管理问题为出发点，倒逼技术创新与数据融合；通过构建开放、标准的基础数据与空间智能分析平台，降低各行业应用门槛，激发创新生态。本案例为其他城市探索符合自身特色的数字孪生与空间智能城市建设路径，提供了从技术选型、组织实施到价值实现的全链条参考。未来，随着人工智能与仿真技术的进一步融合，城市三维模型必将从静态的“数字档案”进化为动态的、具有自主感知与模拟推演能力的“城市智能体”，持续为城市高质量发展注入新动能。
END
编辑：于菲菲
初审：李 萍
审核：李 洁
