算法与算力,实景中国必须迈过的两道坎

实景三维:新基建的重要内容

“十四五”期间,根据“自然资源领域治理体系和治理能力现代化”要求,完成5米格网DEM全国覆盖,完成全国地级以上城市三维模型的构建,形成满足自然资源精细化管理需求的服务能力。以上是今年9月,自然资源部国土测绘司司长武文忠透露的实景三维中国“两步走”计划。

实景三维相比传统测绘生产的线划图,具有直观、自动化程度高、信息丰富、数据结构简单易用等特性,在各行各业中得到快速的普及和应用,极大地扩大了测绘技术的应用范围,让测绘应用从“专业”应用走向“泛”测绘应用。

算法与算力,实景中国必须迈过的两道坎

随着国家新基建概念的逐步清晰化,新基建承载着国家信息化基础建设,产业互联网建设推动整个国家的产业升级的目标,不仅要完成5G、数据中心等硬件基础设施的建设,还要完成软件和系统的建设。实景三维中国是国家管理和治理的基础数据,天然属于新基建的范畴。相关政策频出,“实景三维中国”距离落地越来越近。实景三维的热度一直在持续升温,刺激着越来越多参与者不断涌入这“千亿级、万亿级”的大市场。

实景三维建设需要全流程国产化技术

实景三维的数据精度非常高,通过无人机上的差分模块,可以比较容易的做到5-10cm的绝对精度,这种精度的数据可以当做卫星的控制点库修正卫星的姿态偏差,极大提升精度,一旦泄密会给国家产生很大的安全风险。

在测绘地理信息行业,通常会对数据发布的安全性非常重视,要求GIS平台软件国产化,但是,对数据生产过程的安全性管控重视程度不够。从技术上看,数据处理环节的软件安全,和数据发布环节的国产化一样重要,实景三维数据处理工具的国产化也是非常必要的。实景三维自动处理软件的核心还是算法,这几年国内的实景三维处理技术进展也非常快,如:大疆的大疆智图和大势智慧的G-Engine重建引擎在处理性能和质量上都已经达到甚至超越了国外的软件,大势智慧的G-Engine在大规模数据处理上的性能和可靠性上优势明显。

尤其中美之间的科技对抗将会是一个长期持续的过程,而实景三维技术本身在军事、反恐应用上也有巨大的价值。实景三维中国建设中相关处理软件的全面国产化也会成为一个必须的选择。同时,行业内已有案例显示,国外的一些资本也开始受到美国政策限制,不允许投资中国相关领域的技术公司。

实景三维中国建设是一个长期动态的过程

测绘数据具有实效性,实景三维数据也是具有实效性的,因此,数据的更新会成为刚需,这也使得实景三维中国建设是一个长期的动态的建设过程。并且,需要保持一定的数据更新频率才能让数据更有价值,如:一年一次、一年两次,甚至更多。

数据生产和更新的成本会成为影响实景三维建设一个非常重要的因素。从目前的公开的招标数据看,实景三维项目的第一手采购成本仍然较高。虽然,测绘地理信息行业存在大量的项目层层分包和转包,但是,在经过合规合法生产体系控制下的测绘数据生产成本仍然不低,保持较高频率的数据更新需要更低的数据生产成本。如何降低数据生产和更新的成本是一个需要解决的问题。

语义化实景三维中国的关键技术

实景三维建设,不能简单的理解为三维表面模型数据的生成,语义化处理也是需要考虑的内容。刘先林院士提及的实体三维的概念,也正是要把三维数据从直观的可视化数据,提升为可理解可交互的实体对象。

实景三维在实际应用中,需要挂接各种属性数据,例如:在一标六实的应用用中,需要连接实有的人口、法人、房屋等各种属性信息。在实景三维技术应用与社区治理和防疫等与人员信息密切相关的应用中,则需要将建筑物的每一层、甚至每一户进行标注,建立矢量化的对象模型,与三维空间几何区域与属性信息进行关联。这个空间分解和标注的过程,是实景三维语义化处理的一部分。目前,这样的操作绝大多数都是人工来完成的。

实景三维的自动语义化处理,是实景三维中国建设中需要解决的问题,尤其是,国内人工成本日益升高,依赖人工的语义标注不仅成本高,而且时效性也大打折扣,自动化的语义处理也是未来实景三维技术竞争的焦点之一。

算法与算力,实景中国必须迈过的两道坎

图源来自大势智慧官方网站

实景三维需要算力建设

自动的语义化处理,意味着需要引入深度学习技术进入到处理中,而深度学习需要消耗大量的算力,因此,语义化处理需要从算法和算力两个方面的建设。

可以说,不管是成本降低,还是更加精细的语义化理解,都需要更为廉价的算力的支持,算力是实景三维中国建设的一个重要环节。国内几大互联网公司已经看到了实景三维重建对算力的巨大消耗,互联网大厂和超算中心拥有大量的云计算、超算能力,通过将两种资源进行对接,能够一定程度上解决实景三维重建的算力消耗。

算法与算力,实景中国必须迈过的两道坎

但是,实景三维的自动重建需要反复的读取图像数据,具有高IO吞吐、高计算密度的特点,不同于比特币矿机或者常见科学计算的高计算密度的特性,目前用于公有云的大部分架构并不完全适配实景三维的处理。据大势智慧的技术团队介绍,大势智慧优化过的实景三维建模超算软硬件架构比通用的公有云架构在性能上要快一倍。目前,大势智慧已和腾讯、华为、Intel等大厂一起联合打造面向实景三维计算的云服务技术和产品。

总结:

实景三维中国、新基建作为当前业内最门的话题,带来了机会和挑战。可以预见全国产算法和更低的算力成本,在未来实景三维中国的万亿市场中将会成为兵家的必争之地。所以也期待新技术、新产品尽快到来,给行业带来新的发展。

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