城市地理信息系統(tǒng)中的全景地圖技術(shù)初探

劉雯

摘要：我國現(xiàn)今的科技發(fā)展水平達(dá)到了一個(gè)新的高峰，傳統(tǒng)的地圖已經(jīng)無法適應(yīng)高速發(fā)展的信息時(shí)代，電子地圖成為各個(gè)城市在城市地理信息系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)。隨著GPS與GIS技術(shù)的同步協(xié)同發(fā)展，城市地理信息系統(tǒng)中的表現(xiàn)形式愈發(fā)豐富，除了傳統(tǒng)的平面電子地圖還增加了立體地圖以及衛(wèi)星地圖。在科技飛速發(fā)展的今天，全景地圖能夠以更豐富的形式和更全面細(xì)致的內(nèi)容展現(xiàn)在公眾眼前。全息地圖實(shí)現(xiàn)了將虛擬和現(xiàn)實(shí)的技術(shù)結(jié)合，有深遠(yuǎn)的前瞻性和可實(shí)施性。本文對城市地理信息系統(tǒng)中的全景地圖技術(shù)進(jìn)行了初探分析。

關(guān)鍵詞：城市地理信息系統(tǒng)；開發(fā)；技術(shù)；全景地圖

城市地理信息處理和空間分析的關(guān)鍵就是GIs，GIs基于計(jì)算機(jī)的輔助，對城市的地理和空間進(jìn)行集成分析，是一種綜合性學(xué)科，是對地圖學(xué)、地理學(xué)、遙感學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的完美結(jié)合。科技進(jìn)一步發(fā)展深化到人類社會生活的方方面面，已深入到各項(xiàng)領(lǐng)域行業(yè)中。GIs被通俗地稱為‘地理信息服務(wù)”，旨在更好地將地理信息轉(zhuǎn)化成電子信息。在城市地理信息系統(tǒng)中，全景地圖的應(yīng)用涉及到多個(gè)方面。其中包括數(shù)字電路的研究、空間定位系統(tǒng)的研究、數(shù)字圖像處理的研究、互聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布技術(shù)以及最重要的地理信息系統(tǒng)技術(shù)。全景地圖的研究是一項(xiàng)多學(xué)科的交叉研究，其本質(zhì)是對三維技術(shù)的應(yīng)用，并通過對二維地圖和三維全景的完美結(jié)合來創(chuàng)建地圖。全景地圖可通過地圖對使用者展現(xiàn)每個(gè)地區(qū)的3600真實(shí)場景，并且能夠?qū)崿F(xiàn)全景搜索功能、全景分享功能和全景漫游功能。全景地圖技術(shù)可以通過自身的虛擬現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)解決傳統(tǒng)電子地圖中缺乏直觀性和完整性的缺點(diǎn)，并且將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與電子技術(shù)完美結(jié)合，可以通過全景地圖對地理位置進(jìn)行查詢和觀測等等。全景地圖一旦投入到城市地理信息系統(tǒng)當(dāng)中將會為人們的生活帶來極大的便利。城市地理信息系統(tǒng)中的全景地圖技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在城市基礎(chǔ)設(shè)施管理、旅游景點(diǎn)在線游覽、公安部門執(zhí)行任務(wù)等方面的應(yīng)用。本文從城市地理信息系統(tǒng)中全景地圖技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、城市地理信息系統(tǒng)中全景地圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵以及城市地理信息系統(tǒng)中全景地圖技術(shù)的發(fā)展趨勢三個(gè)大方面進(jìn)行闡述。

1 城市地理信息系統(tǒng)中全景地圖技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

全景地圖系統(tǒng)的開發(fā)對全景技術(shù)和全景地圖數(shù)據(jù)處理技術(shù)都有非常嚴(yán)苛的要求。全景技術(shù)俗稱為虛擬實(shí)景技術(shù)或者全景攝影，總的來說全景技術(shù)基于對靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)處理，實(shí)現(xiàn)對360。全景照片的真實(shí)色彩體現(xiàn)。一般的圖片質(zhì)量和三維建模都無法滿足對全景地圖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。2007年谷歌已經(jīng)開發(fā)出街景地圖的服務(wù)，并且在多個(gè)國家投入使用。我國在全景技術(shù)的實(shí)現(xiàn)上也做出了巨大的貢獻(xiàn)，推進(jìn)了GIs的發(fā)展。2013年1月17日，騰訊發(fā)布Soso移動地圖，在安卓和ios上投入使用，同年8月21日晚間，百度宣布推出無錫、沈陽以及鳳凰古鎮(zhèn)三座城市的全景地圖。我國最早出現(xiàn)全景地圖的網(wǎng)站是百度“城市吧”，騰訊Soso地圖的街景圖也是由“城市吧”提供。傳統(tǒng)三維地圖是對空間景象進(jìn)行建模后實(shí)現(xiàn)三維效果，三維地圖雖然比二維地圖更形象，但是在人力物力的投入上過大，需要資金成本過高，建設(shè)周期長，工作量大，不適合廣泛使用。而全景地圖基于全景圖像構(gòu)建，在成本上需求更低，制作周期短，且使用者可以看到色彩完整的影像，可全方位無死角多角度進(jìn)行使用。在使用全景地圖的過程中使用者的試用體驗(yàn)更好，豐富的圖像信息有效提高了使用者對地理區(qū)域的理解。將全景地圖技術(shù)投入到城市地理信息系統(tǒng)中有百利而無一害，實(shí)用價(jià)值極高。

2 城市地理信息系統(tǒng)中全景地圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵

2.1 全景地圖圖像的采集技術(shù)

全景地圖系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集技術(shù)上通常選用全景采集器的方法，數(shù)碼相機(jī)、時(shí)間同步器、GPs接收機(jī)以及保護(hù)罩四部分共同構(gòu)成了全景采集器。車載全景采集器的設(shè)計(jì)十分重要，關(guān)乎全景地圖的圖像質(zhì)量，是圖像質(zhì)量的重要保障。由于全息圖像的采集區(qū)域多為旅游景點(diǎn)、街道、高速公路等，而全景采集器中的圖像傳感器成像距離很近，所以拍攝的攝影基線和采集物距較大。由此可見在進(jìn)行圖像的采集和全景采集器設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該將圖像的質(zhì)量和圖像的拼接效果放在首位。由于全景采集器需要對圖像和時(shí)間參數(shù)進(jìn)行有序拼接，所以全景采集器的相機(jī)拍攝水平視域角度必須在360°之上，拍攝的垂直角度要能接近180°。除此之外全景采集器的相機(jī)還要有一定的防抖功能，防止拍攝過程中出現(xiàn)振動影響圖像質(zhì)量。

2.2 全景地圖圖像的拼接技術(shù)

圖像序列獲取、投影模型的選取聯(lián)合圖像配準(zhǔn)與圖像融合一同構(gòu)成了圖像拼接的全過程。投影模型的采用主要選取球形全景和立方體全景。球形全景的特點(diǎn)是視覺效果比較好，但在網(wǎng)格劃分和后期渲染過程中較立方體全景復(fù)雜，制作周期長效率低。立方體全景較球形全景而言操作更加簡單，但是視覺效果較差，數(shù)據(jù)處理相對復(fù)雜。投影模型的選取依據(jù)主要是全景的應(yīng)用領(lǐng)域和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。先在圖像上選取特征點(diǎn)后對圖像的對應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行匹配，然后由匹配的信息特征點(diǎn)進(jìn)行圖像參數(shù)的轉(zhuǎn)換，最后決定整個(gè)全景圖像拼接的順序。

2.3 全景地圖圖像的數(shù)據(jù)處理

全景地圖對圖像的數(shù)據(jù)處理主要是指制定全景圖像、電子地圖的接口規(guī)范以及空間定位數(shù)據(jù)三項(xiàng)工作的協(xié)同處理。其定義是制定適用于全景地圖圖像以及空間定位數(shù)據(jù)和電子地圖數(shù)據(jù)等一系列數(shù)據(jù)的系統(tǒng)化規(guī)范化流程。在全景地圖圖像的數(shù)據(jù)處理過程中包括對算法的設(shè)計(jì)，其中主要是指對CPS點(diǎn)的抽稀和內(nèi)插，對GPS點(diǎn)視線和角度的計(jì)算，以及對道路交叉口的全方位全景數(shù)據(jù)調(diào)整，以及根據(jù)空間選取全景數(shù)據(jù)匹配等等。全景地圖系統(tǒng)的核心包括全景地圖圖像和GPS點(diǎn)的數(shù)據(jù)，采用的數(shù)據(jù)處理均是基于區(qū)域以及特征點(diǎn)的配準(zhǔn)和匹配技術(shù)。

3 城市地理信息系統(tǒng)中全景地圖技術(shù)的發(fā)展趨勢

全景地圖技術(shù)是城市地理信息系統(tǒng)后續(xù)發(fā)展的熱點(diǎn)方向，全景地圖技術(shù)基于現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠給人身臨其境的感覺。全景地圖技術(shù)的發(fā)展速度也影響著數(shù)字城市的建成速度，全景地圖技術(shù)可以應(yīng)用在政府公共設(shè)施養(yǎng)護(hù)和城市管理的方方面面.對未來城市的發(fā)展具有重要作用。以時(shí)空數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立全景地圖能夠?qū)Σ煌瑫r(shí)代的城市面貌進(jìn)行詳盡的保存和對比，對研究城市時(shí)代變化和發(fā)展趨勢都具有顯著影響。之后的全景地圖技術(shù)還可擴(kuò)展為全景時(shí)空模擬和全景視頻技術(shù)。

4 總結(jié)

在計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展前提下，人類實(shí)現(xiàn)了改變世界的諸多發(fā)明發(fā)現(xiàn)，若全景地圖技術(shù)真的體現(xiàn)在城市地理信息系統(tǒng)中，那將會使得現(xiàn)實(shí)中的城市風(fēng)貌展現(xiàn)在虛擬世界中，讓用戶可以足不出戶享受各個(gè)城市的風(fēng)土人情?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展一定會將全景地圖技術(shù)完美地實(shí)現(xiàn)。