實(shí)景三維技術(shù)在智慧城管項(xiàng)目的應(yīng)用

唐川，侯輝嬌子

(深圳市勘察測繪院(集團(tuán))有限公司，廣東 深圳 518028)

1 引 言

“數(shù)字城管”是將地理信息科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和工程科學(xué)等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，采用“城市事件”“城市部件”和“萬米單元網(wǎng)格”等管理相結(jié)合的方式，將多項(xiàng)數(shù)字城市技術(shù)整合集成應(yīng)用于城市管理領(lǐng)域，全方位覆蓋、全時(shí)段監(jiān)控的現(xiàn)代化城市管理模式[1]。如何快速準(zhǔn)確的更新城市部件數(shù)據(jù)，保持城市部件的現(xiàn)勢性，成為保障城市綜合管理系統(tǒng)應(yīng)用效果的關(guān)鍵。原有數(shù)字平臺(tái)采用的是二維數(shù)據(jù)，存在城市管理信息缺少、不直觀、平面化數(shù)據(jù)無法對城市立體目標(biāo)進(jìn)行有效管理、無法進(jìn)行可視化管理等問題，在規(guī)劃及應(yīng)用上已不能滿足技術(shù)的發(fā)展變化和城市管理智慧化的最新需求。

為促進(jìn)信息化和工業(yè)化深度融合，加快技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，鹽田區(qū)于啟動(dòng)“智慧鹽田”建設(shè)，“智慧城管”為“智慧鹽田”“精美鹽田”建設(shè)的重點(diǎn)實(shí)施項(xiàng)目。實(shí)景三維數(shù)據(jù)采集，實(shí)景三維數(shù)據(jù)與原有二維地圖數(shù)據(jù)、城市部件的融合也成為項(xiàng)目的重點(diǎn)之一。

2 實(shí)景三維數(shù)據(jù)的采集

2.1 采集方式

實(shí)景三維數(shù)據(jù)采集主要利用無人機(jī)搭載傾斜攝影測量工具，采用無人機(jī)傾斜航空攝影測量的方式完成。該方式能快速獲取測區(qū)內(nèi)的傾斜三維影像和正射影像，后續(xù)利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)圖形處理軟件進(jìn)行空三處理，經(jīng)過影像匹配、表面紋理映射等手段，最大限度地還原地表的真實(shí)景物[2，3]。

在實(shí)際作業(yè)過程中大致可分為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理和外業(yè)數(shù)據(jù)采集，外業(yè)數(shù)據(jù)采集流程主要包括任務(wù)規(guī)劃、像控點(diǎn)采集、航攝飛行等，流程如圖1所示；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理流程主要包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、空中三角測量、實(shí)景三維建模等，流程如圖2所示。

圖1 外業(yè)流程圖

圖2 內(nèi)業(yè)流程圖

2.2 采集設(shè)備及航線的選擇

項(xiàng)目投入飛馬F200 1架(含正直和兩頭傾斜鏡頭)，大疆精靈4RTK+“KG2000”和大疆悟2+“X7”，2架小型無人機(jī)。主要采集主城區(qū)重點(diǎn)區(qū)域約 150 km道路區(qū)域的空中全景數(shù)據(jù)約300個(gè)連續(xù)全景圖。單張空中全景像素不低于 6 000×4 000。另外考慮測區(qū)有較大陣風(fēng)的情況，為避免測區(qū)風(fēng)向與飛行方向垂直，產(chǎn)生飛行過程的漂移問題，調(diào)整航線設(shè)計(jì)圖并提高了相關(guān)的重疊度。(如圖3所示)調(diào)整后的航向重疊87%，旁向重疊80%。

圖3 航線設(shè)計(jì)圖

3 街景地圖采集

街景數(shù)據(jù)的采集通過全景激光移動(dòng)測量系統(tǒng)科技，在載體的行進(jìn)之中，通過攝影測量的方式快速采集地物的空間位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，并同步存儲(chǔ)在系統(tǒng)計(jì)算機(jī)中[4]，利用圖像處理工具對采集得到的紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯處理，得到合適的紋理并進(jìn)行貼圖，經(jīng)檢查合格后，最后在數(shù)字城管平臺(tái)下發(fā)布。實(shí)景數(shù)據(jù)發(fā)布后可直接在瀏覽中進(jìn)行街景查看，直觀清晰地看到每一條道路的街景。原理及流程如圖4所示。

圖4 車載全景移動(dòng)測量系統(tǒng)原理和流程

在實(shí)際采集過程中，由于城市部分道路早晚高峰車流量巨大、且在外業(yè)拍攝時(shí)受車輛、樹木等遮擋等因素，難以達(dá)到理想的拍攝效果。因此線路的規(guī)劃及設(shè)備的選取顯得尤其重要。

3.1 線路的選擇

線路的選擇，使用一款能讓采集員進(jìn)行線路規(guī)劃設(shè)計(jì)、支持基于百度和高德地圖進(jìn)行城市道路采集的線路規(guī)劃設(shè)計(jì)，能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和分析檢查外業(yè)采集的各種信息，并輸出報(bào)表，方便外業(yè)采集的管理與監(jiān)控的軟件進(jìn)行作業(yè)，如圖5所示。

圖5 線路規(guī)劃

3.2 設(shè)備及時(shí)間的選擇

街景地圖數(shù)據(jù)采集目前主要有兩種方式：①車載拍攝機(jī)(車載拍攝載體又分為汽車式、單車式)；②背負(fù)式拍攝機(jī)。如圖6所示。

圖6 采集設(shè)備

采拍設(shè)備中都安裝有GPS系統(tǒng)和里程器，在可以過車的地方，每10 m作為1個(gè)采拍點(diǎn)，自動(dòng)進(jìn)行拍攝。有汽車不能通過的小胡同、室內(nèi)景、高山等，則需使用單車式拍攝或背負(fù)式拍攝工具，進(jìn)行自動(dòng)或手工拍攝。

由于街景拍攝對天氣要求較高，陰天霧霾下雨等都無法拍攝。每天11點(diǎn)到下午3點(diǎn)是光線最好、最適于拍照的時(shí)間。

4 影像數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的融合

融合影像數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)，主要是在高精度定位定姿數(shù)據(jù)的支持下，引入系統(tǒng)檢校參數(shù)，計(jì)算全景影像的外方位元素和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維絕對坐標(biāo)，獲得帶嚴(yán)密外方位元素的全景影像數(shù)據(jù)和三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全景影像與三維點(diǎn)云的融合處理。

點(diǎn)云處理是對點(diǎn)云數(shù)據(jù)和全景影像數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作，實(shí)現(xiàn)海量點(diǎn)云快速瀏覽、點(diǎn)云著色、過濾、渲染、分類，3D地形模型生成、地物提取測量、體方量算等功能。

點(diǎn)云測圖建庫是利用基于ArcGIS平臺(tái)研發(fā)的一款專業(yè)符號化數(shù)字測圖建庫軟件進(jìn)行的。利用三維激光點(diǎn)云及實(shí)景數(shù)據(jù)，提供多種判讀及采集功能，方便快捷地從采集數(shù)據(jù)中提取地物信息，解決了從制圖、建庫到更新等全流程測圖建庫工作，如圖7所示。

圖7 影像數(shù)據(jù)與點(diǎn)云數(shù)據(jù)的融合

5 各類數(shù)據(jù)的掛接與聯(lián)動(dòng)

5.1 城市管理部件與實(shí)景三維地圖的掛接

原有數(shù)字城管系統(tǒng)的城市管理部件采用國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的規(guī)范來制作，并在二維地圖上定位空間位置。該方式存在二維地圖表達(dá)位置信息不直觀的缺陷。智慧城管系統(tǒng)采用的實(shí)景影像由于記錄了獲取數(shù)據(jù)所在區(qū)域的全景信息，形象直觀。因此，在城市管理中將二者關(guān)聯(lián)起來，作為工作的業(yè)務(wù)圖層，在實(shí)景影像中展示部件的相關(guān)信息及屬性，將更好地服務(wù)于城市管理業(yè)務(wù)的需求，如圖8所示。

圖8 城市部件與實(shí)景地圖的掛接效果

5.2 二維地圖與實(shí)景三維地圖的聯(lián)動(dòng)

城市實(shí)景三維聯(lián)動(dòng)，是通過對二維城管部件地圖、實(shí)景影像、三維模型等數(shù)據(jù)的處理進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫，實(shí)現(xiàn)城市可視化管理，使三維數(shù)據(jù)、城市二維部件地圖數(shù)據(jù)、實(shí)景影像數(shù)據(jù)的無縫銜接，三種可視化數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)查看，實(shí)現(xiàn)城市真三維管理，提供從全局到局部、從天上到地面的全方位的可視化管理功能。使得整個(gè)城市真切的展示在屏幕前，如圖9所示。

圖9 二維地圖與實(shí)景地圖的聯(lián)動(dòng)效果

5.3 物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)與實(shí)景三維地圖的對接

通過“智慧城管平臺(tái)”將城市天眼視頻監(jiān)控與實(shí)景三維地圖關(guān)聯(lián)，把鹽田區(qū)城市管理所有的視頻監(jiān)控對接三維地圖，可隨時(shí)查看實(shí)景三維場景中的真實(shí)視頻場景，全方位滿足智慧城管平臺(tái)現(xiàn)場調(diào)度指揮的需求，如圖10所示。

圖10 天眼視頻分布及展示效果

6 結(jié) 語

實(shí)景三維技術(shù)的發(fā)展已日漸成熟，未來隨著互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)變得維度更廣、數(shù)量更大、結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。實(shí)景三維可視化技術(shù)將逐漸被更多個(gè)人及團(tuán)體認(rèn)可。未來實(shí)景三維技術(shù)也將結(jié)合多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及三維鏡像技術(shù)，通過對物體進(jìn)行全方位展示，構(gòu)建基于現(xiàn)實(shí)的3D虛擬現(xiàn)實(shí)效果，讓數(shù)據(jù)展現(xiàn)更為直觀和容易理解。