可量測(cè)360°街景地圖建庫(kù)與在線發(fā)布技術(shù)分析

劉 勤，劉堅(jiān)耿，嚴(yán) 俊

（1.浙江省義烏市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院, 浙江 義烏 322000）

可量測(cè)360°街景地圖建庫(kù)與在線發(fā)布技術(shù)分析

劉 勤1，劉堅(jiān)耿1，嚴(yán) 俊1

（1.浙江省義烏市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院, 浙江 義烏 322000）

提出一種融合360°高清全景影像和三維激光點(diǎn)云的可量測(cè)街景地圖建庫(kù)與快速在線發(fā)布技術(shù)。首先對(duì)可量測(cè)街景地圖的特征和數(shù)據(jù)模型進(jìn)行探討，提出基于車(chē)載三維激光全景移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的連續(xù)可量測(cè)街景處理和建庫(kù)方法。其次，提出了可量測(cè)街景影像在線發(fā)布的技術(shù)框架，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了基于Flex的街景客戶端瀏覽控件。最后，以天地圖·義烏為例，開(kāi)展從車(chē)載三維激光全景移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理到街景發(fā)布實(shí)踐，建立了義烏市可量測(cè)街景地圖在線服務(wù)，并與市級(jí)地理信息共享服務(wù)平臺(tái)無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了市級(jí)地理信息共享服務(wù)平臺(tái)街景在線發(fā)布。

可量測(cè)街景；三維激光掃描；移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)；Flex；街景服務(wù)

城市三維可視化表達(dá)是城市地理信息公共服務(wù)平臺(tái)和智慧城市研究的一個(gè)主要方向。傳統(tǒng)的單純使用帶紋理貼圖的三維線框模型對(duì)城市地理環(huán)境的重建難以真實(shí)還原城市場(chǎng)景信息[1-5]。信息量豐富、直觀易讀、更新和便捷快速的城市360°街景地圖以街道連續(xù)全景影像全方位真實(shí)呈現(xiàn)環(huán)境信息，瀏覽者可以拖拽地圖從不同的角度瀏覽真實(shí)物體，形成一種全新的三維空間立體效果，被廣泛應(yīng)用于智慧城市地理信息公共服務(wù)[3,4]。國(guó)際上，Google地圖2008年推出其街景服務(wù)Street View，微軟于2010年推出其街景服務(wù)技術(shù)預(yù)覽Street Slide[6-8]。國(guó)內(nèi)，城市吧、SOSO地圖、百度地圖相繼推出其街景全景服務(wù)[8,9]，但還停留在全景圖瀏覽階段，尚未形成街景地圖深度應(yīng)用體系。本文提出一種融合360°高端全景影像和三維激光點(diǎn)云的可量測(cè)街景地圖建庫(kù)與快速發(fā)布技術(shù)。

1 可量測(cè)街景地圖定義及其數(shù)據(jù)模型

360°城市街景地圖將傳統(tǒng)二維電子地圖所無(wú)法表達(dá)的立面信息通過(guò)高清攝影的方式呈現(xiàn)在用戶面前，通過(guò)全息紋理、真實(shí)場(chǎng)景展現(xiàn)道路兩側(cè)的城市細(xì)節(jié)，給予用戶身臨其境的體驗(yàn)。一個(gè)可量測(cè)街景由360°全景影像及其內(nèi)、外方位元素構(gòu)成，通過(guò)唯一的GUID進(jìn)行標(biāo)識(shí)、存儲(chǔ)和索引，其數(shù)據(jù)模型為：

DMI={GUID,InnPara,ExtPara,ImageDate} (1)式中， GUID表示可量測(cè)實(shí)景影像的唯一編號(hào)，根據(jù)其產(chǎn)生時(shí)間和內(nèi)容自動(dòng)生成； InnPara表示內(nèi)方位元素，主要用于描述攝影中心與相片之間相關(guān)位置以及相片畸變參數(shù)；攝影中心與相片之間相關(guān)位置包括3個(gè)參數(shù)，即攝影中心S到像平面垂距（主距）及像主點(diǎn)在像平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Xo、Yo；相片畸變參數(shù)可根據(jù)不同的畸變模型選擇；ExtPara表示外方位元素，主要用于確定攝影光束在攝影瞬間的空間位置和姿態(tài)； ImageDate表示可量測(cè)實(shí)景影像的影像數(shù)據(jù)本體，通常采用jpeg、tiff等格式存儲(chǔ)。

可量測(cè)街景地圖不但要以真實(shí)的方式展現(xiàn)三維空間，而且要能夠使得地理信息、圖片信息和空間分析等有機(jī)結(jié)合。因此，可量測(cè)街景除具備360°全景可視化的特征外，還具有直接三維可視化、可量測(cè)、可標(biāo)注和可定位等特點(diǎn)。因此，可量測(cè)街景不僅要具有連續(xù)的360°全景影像，后臺(tái)還需要三維激光點(diǎn)云提供量測(cè)定位數(shù)據(jù)。通過(guò)將三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與全景影像配準(zhǔn)，從激光點(diǎn)云中提取立面建筑物的面片，實(shí)現(xiàn)基于街景影像的單片量測(cè)、基于面片的街景跳轉(zhuǎn)、標(biāo)注、鏈接，街景定位搜索以及影像間的無(wú)縫瀏覽，如圖1。

圖1 全景影像與點(diǎn)云融合的可量測(cè)街景

2 可量測(cè)街景處理和建庫(kù)技術(shù)流程

可量測(cè)街景需要建立統(tǒng)一的時(shí)間和空間坐標(biāo)參考，以絕對(duì)的空間位置實(shí)現(xiàn)與其他地圖數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)?；谲?chē)載三維激光全景移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行可量測(cè)街景采集、處理和建庫(kù)的技術(shù)流程如圖2。

車(chē)載三維激光測(cè)量系統(tǒng)采集道路360°全景影像數(shù)據(jù)和三維激光點(diǎn)云，在統(tǒng)一的POS定位定姿數(shù)據(jù)支持下，將連續(xù)全景影像與三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。可視化瀏覽時(shí)利用街景影像，量測(cè)時(shí)直接利用三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮街景影像的直觀可視化特性和激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)量測(cè)性，實(shí)現(xiàn)基于連續(xù)全景影像的量測(cè)?？紤]到互聯(lián)網(wǎng)瀏覽的數(shù)據(jù)，還需要對(duì)全景影像進(jìn)行金字塔切片，基于三維激光點(diǎn)云進(jìn)行面片提取，建立具有地理參考的可量測(cè)街景影像庫(kù)，為后續(xù)街景服務(wù)的建立和客戶端瀏覽奠定基礎(chǔ)。

圖2 可量測(cè)街景數(shù)據(jù)處理與建庫(kù)

3 可量測(cè)街景在線服務(wù)發(fā)布方法

可量測(cè)街景數(shù)據(jù)成果在線服務(wù)發(fā)布以SOA架構(gòu)，采用基于組件架構(gòu)和策略來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)層次體系架構(gòu)設(shè)計(jì)，采用面向?qū)ο蟮姆椒▽?duì)組件與服務(wù)進(jìn)行構(gòu)建。在數(shù)據(jù)層面上，通過(guò)良好的數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)來(lái)應(yīng)對(duì)各種變化。在實(shí)現(xiàn)上，通過(guò)各個(gè)層次的復(fù)用提高系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率和系統(tǒng)的靈活性?？闪繙y(cè)街景服務(wù)需要覆蓋城市道路密集的全景影像數(shù)據(jù)，每個(gè)全景影像數(shù)據(jù)文件大小超過(guò)20 M，基于空間位置請(qǐng)求全景圖片需要較高的網(wǎng)絡(luò)帶寬，直接影響可量測(cè)街景影像服務(wù)的用戶體驗(yàn)。漸進(jìn)式網(wǎng)絡(luò)傳輸與瀏覽方法被廣泛應(yīng)用于在線地圖服務(wù)。針對(duì)連續(xù)可量測(cè)街景影像快速、高效客戶端瀏覽問(wèn)題，可量測(cè)街景影像在線服務(wù)發(fā)布首先需要對(duì)高清全景影像進(jìn)行金字塔切片，對(duì)每幅全景影像建立金字塔切片數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)街景漸進(jìn)式傳輸瀏覽，保證用戶在不同視角瀏覽街景影像時(shí)相同的用戶體驗(yàn)?？闪繙y(cè)街景地圖在線服務(wù)發(fā)布技術(shù)方法如圖3。

根據(jù)街景影像金字塔切片數(shù)據(jù)模型，本文以富客戶端Flex為開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)了可量測(cè)街景影像瀏覽客戶端，如圖4。

圖3 可量測(cè)街景在線服務(wù)發(fā)布技術(shù)

圖4 Flex街景影像客戶端

圖4中，F(xiàn)lex街景影像客戶端可以實(shí)現(xiàn)任意角度的街景影像瀏覽，能夠動(dòng)態(tài)顯示道路名稱(chēng)和道路線，并關(guān)聯(lián)POI數(shù)據(jù)。用戶通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊或者拖拽，可實(shí)現(xiàn)街景自動(dòng)漫游。Flex街景影像客戶端具備空間關(guān)聯(lián)查詢和定位接口，在激光點(diǎn)云生成的面片支持下，實(shí)現(xiàn)基于街景影像的幾何量測(cè)（圖5）、定位和自由跳轉(zhuǎn)。

圖5 街景量測(cè)

4 在線服務(wù)實(shí)例

本文以中海達(dá)iScan一體化三維激光全景移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了義烏市連續(xù)街景影像數(shù)據(jù)和三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集。按照本文方法對(duì)街景和點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，建立連續(xù)可量測(cè)街景影像庫(kù)，并與義烏市地理信息共享服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間關(guān)聯(lián)。按照WMS和WFS服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)布可量測(cè)街景影像服務(wù)，以Flex街景客戶端控件與天地圖·義烏進(jìn)行對(duì)接，直接在天地圖·義烏上發(fā)布連續(xù)可量測(cè)街景服務(wù)，如圖6。

圖6 義烏市可量測(cè)街景在線服務(wù)

由圖6可見(jiàn)，連續(xù)可量測(cè)街景與二維地圖同時(shí)發(fā)布，地圖服務(wù)和街景服務(wù)的交互查詢和定位瀏覽，表明本文街景影像數(shù)據(jù)處理和發(fā)布技術(shù)正確可行，可用于市級(jí)地理信息共享服務(wù)平臺(tái)街景在線服務(wù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

連續(xù)360°街景開(kāi)創(chuàng)了一種全新的地圖閱讀方式，也開(kāi)啟了一個(gè)實(shí)景三維地圖體驗(yàn)的模式，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文提出的連續(xù)可量測(cè)街景數(shù)據(jù)處理和在線服務(wù)技術(shù)能夠有效地實(shí)現(xiàn)街景在線瀏覽，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。需要進(jìn)一步深入開(kāi)展大范圍可量測(cè)街景應(yīng)用服務(wù)，探索可量測(cè)街景行業(yè)應(yīng)用。

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B

1672-4623（2015）01-0048-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.016

劉勤，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)閿?shù)字城市地理信息公共服務(wù)平臺(tái)。

2014-06-18。

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41271452）。