基于720云全景圖的新型測繪點(diǎn)之記

張福友，付偉鋒

(廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510170)

1 概述

點(diǎn)之記是測繪行業(yè)等級控制點(diǎn)的一種信息記錄成果，記錄了控制點(diǎn)的點(diǎn)名、點(diǎn)號、規(guī)格、大小、標(biāo)石類型、級別、概略位置、概略坐標(biāo)、交通路線、建設(shè)日期、埋設(shè)單位、保管單位、占地類型等詳細(xì)信息[1-2]，是測繪工作中控制測量的一種常見、常用的表格圖件。其作為控制點(diǎn)的一種重要附屬資料，在測繪工作中發(fā)揮著重要的作用。

雖然記錄了控制點(diǎn)的很多詳細(xì)信息，但其自身也存在一些缺點(diǎn)，且隨著互聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展，其重要性和必要性逐漸被削弱了。點(diǎn)之記的使用場景大多數(shù)是為了尋找控制點(diǎn)，根據(jù)其點(diǎn)位概略圖、交通路線、點(diǎn)位說明等信息進(jìn)行查找，但這些信息往往都是很簡潔概略的，信息很有限，有時單憑這些信息是很難找到該控制點(diǎn)的。特別是在建設(shè)快速發(fā)展的地區(qū)，很多交通路網(wǎng)甚至是該點(diǎn)的周邊情況發(fā)生了翻天覆地的變化，盡管能找到概略位置，也很難找到具體的位置。隨著互聯(lián)網(wǎng)地圖服務(wù)的深入發(fā)展，現(xiàn)在尋找控制點(diǎn)基本不依靠點(diǎn)之記里的路線圖，而是采用電子地圖，直接輸入目的地，可以輕松導(dǎo)航到達(dá)。

有鑒于此，本文提出一種基于720云全景圖[3-5]制作的新型測繪點(diǎn)之記，利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢提升傳統(tǒng)點(diǎn)之記的易用性、便捷性、重要性和地位。

2 720云全景圖

該新型點(diǎn)之記是基于720云全景圖展示系統(tǒng)輔助完成點(diǎn)之記的部署。全景圖是一種運(yùn)用數(shù)碼相機(jī)對現(xiàn)有場景進(jìn)行多角度環(huán)視拍攝之后，再利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行后期縫合，并加載播放程序來完成的一種三維虛擬展示技術(shù)。是由多角度拍攝數(shù)張照片后，使用專業(yè)三維平臺[6]建立數(shù)字模型，然后使用全景工具軟件制作而成?？梢允褂肐E瀏覽器在普通電腦上觀看，并用鼠標(biāo)控制觀察的角度，可任意調(diào)整遠(yuǎn)近，仿佛置身真實(shí)的環(huán)境之中，獲得全新的感受，也可利用智能手機(jī)掃描作品二維碼進(jìn)行觀看，打開VR功能多角度移動手機(jī)查看。全景圖實(shí)際上只是一種對周圍景象以某種幾何關(guān)系進(jìn)行映射生成的平面圖片，只有通過全景播放器的矯正處理才能成為三維全景(全景特指水平360°，上下360°全能觀看的，能看到“天、地”的全景)。720云是一款專門為全景圖展示而建立的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)上面，可以對全景圖進(jìn)行展示、美化、部署等操作，讓全景圖呈現(xiàn)出更豐富的信息。

3 方案設(shè)計(jì)

本方案采取每個控制點(diǎn)單獨(dú)制作一幅全景圖，整個控制網(wǎng)制作一幅總?cè)皥D。每幅全景圖上標(biāo)注可見控制點(diǎn)的點(diǎn)位及本控制點(diǎn)的現(xiàn)場照片及點(diǎn)之記信息表，總?cè)皥D標(biāo)注所有控制點(diǎn)的點(diǎn)位。所有點(diǎn)位均帶熱點(diǎn)連接功能，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊后直接跳至該全景圖上。同時設(shè)置一個電子沙盤，標(biāo)注控制網(wǎng)中所有控制點(diǎn)位置，以及通視點(diǎn)的連線。

3.1 外業(yè)采集

為了讓全景圖視野盡量開闊以看到更多的控制點(diǎn)，全景照片拍攝[7]宜采用無人機(jī)[8]在空中進(jìn)行拍攝，可以采用如大疆多旋翼無人機(jī)搭載全景相機(jī)或者普通相機(jī)拍攝。飛前檢查待測區(qū)域，確保拍攝位置無任何障礙及信號干擾，且在目視范圍內(nèi)，啟動無人機(jī)飛行至控制點(diǎn)正上方或附近懸停，一般高度為50～120 m(視具體情況而定)。把云臺調(diào)到水平視角(0°)，開始拍照，拍攝1圈，保證相鄰照片最少25%重合度。云臺在0～30°之間可以每隔10°拍攝1圈，30°至垂直視角(90°)之間可每隔15°拍攝1圈，相鄰照片要有40%的畫面重合。拍攝時確保飛機(jī)懸停位置不變(如圖1所示)。

圖1 數(shù)據(jù)采集方法示意

3.2 內(nèi)業(yè)處理

全景圖制作采用PTGui軟件處理[9-10]，該軟件是荷蘭New House公司為德國的全景拼接工具Panorama Tools制作的一個用戶界面軟件(如圖2所示)。其主要工作流程為：導(dǎo)入一組原始底片、運(yùn)行自動對齊控制點(diǎn)、生成并保存全景圖片文件。軟件能自動讀取底片的鏡頭參數(shù)，識別圖片重疊區(qū)域的像素特征，然后以“控制點(diǎn)”(control point)的形式進(jìn)行自動縫合，并進(jìn)行優(yōu)化融合。在軟件的全景圖片編輯器上有更豐富的功能，支持多種視圖的映射方式，用戶也可以手工添加或刪除控制點(diǎn)，從而提高拼接的精度。軟件支持多種格式的圖像文件輸入，輸出可以選擇為高動態(tài)范圍的圖像，拼接后的圖像明暗度均勻，基本沒有明顯的拼接痕跡。

圖2 全景圖拼接示意

假如不是采用全景相機(jī)拍攝，天空部分是無法進(jìn)行拼接的，需要借助圖片處理工具(如photoshop)和天空素材，將其進(jìn)行替換[11]。注意在選取時需要根據(jù)原圖的天空色調(diào)、亮度、天氣情況選取相近的天空素材(如圖3所示)，最后導(dǎo)出全景圖的長高比例為2∶1。如果采用大疆御2無人機(jī)，其自帶全景拍攝模式及全景圖處理功能，可以一鍵完成數(shù)據(jù)采集和全景圖制作，但其制作的全景圖質(zhì)量難以保證，會有拼接錯誤現(xiàn)象。

圖3 天空部分修補(bǔ)示意

3.3 系統(tǒng)部署

在使用720云進(jìn)行發(fā)布全景圖前，需要注冊一個賬號，該系統(tǒng)支持一定數(shù)量全景圖的免費(fèi)發(fā)布，如想獲得更多、更全面的功能需要付費(fèi)。發(fā)布全景圖可以直接從本地文件導(dǎo)入已經(jīng)制作好的全景圖，導(dǎo)入完成后可點(diǎn)擊預(yù)覽查看生成的全景圖，若無問題可以保存作品到根目錄或者自定義的文件中，自定義作品標(biāo)題和類別，最后點(diǎn)擊發(fā)布作品。

發(fā)布完成后，可對作品進(jìn)行編輯，常用的基礎(chǔ)設(shè)置有修改作品名稱、備注簡介、全局設(shè)置、全局開關(guān)等功能。每幅全景圖可以設(shè)置好開場視角，同時還可在全景圖上標(biāo)注熱點(diǎn)，便于瀏覽時快速切換至其他全景圖?？稍O(shè)置電子沙盤(即全景圖視圖目錄)，方便快速查找目標(biāo)全景圖，同時可在電子沙盤上展示各全景圖之間的相對位置關(guān)系。還可以嵌入圖片、文字、標(biāo)尺、視頻等信息以及進(jìn)行足跡標(biāo)記或其他注記等。

該系統(tǒng)部署要結(jié)合控制網(wǎng)的相關(guān)特點(diǎn)和信息進(jìn)行，在部署時需要注意以下幾點(diǎn)：電子沙盤可采用控制點(diǎn)通視網(wǎng)圖代替，且背景圖可采用已有高清正射影像或衛(wèi)星影像，讓使用者可以清晰判斷出其具體位置，及每個點(diǎn)之間的通視情況；每個全景圖中盡量標(biāo)出其他可見的控制點(diǎn)位置并設(shè)置熱點(diǎn)，便于快速切換至該控制點(diǎn)對應(yīng)的全景圖；在每個全景圖合適的位置嵌入現(xiàn)場地面拍攝的標(biāo)石照片、規(guī)格照片已經(jīng)傳統(tǒng)點(diǎn)之記掃描件等，便于使用者掌握該點(diǎn)的具體信息；在場景目錄中以區(qū)域?yàn)榈?級目錄，以控制點(diǎn)為第2級目錄，便于查找瀏覽。

4 應(yīng)用

4.1 項(xiàng)目概述

安徽桐城抽水蓄能電站位于安徽省桐城市境內(nèi)，地處省會合肥經(jīng)濟(jì)圈中心城市和皖江城市帶附近，距合肥的直線距離約為80 km(公路里程為138 km)，距安慶的直線距離約40 km(公路里程為105 km)，距500 kV文都變電站約40 km，電站接入系統(tǒng)和受、送電條件良好，地理位置十分優(yōu)越。電站在承擔(dān)安徽電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)的同時，也作為合肥省會經(jīng)濟(jì)圈負(fù)荷中心的調(diào)峰兼保安電源。

2020年，該項(xiàng)目進(jìn)入全面施工階段。建立了一個二等平面施工控制網(wǎng)[12]，標(biāo)石采用強(qiáng)制對中觀測墩埋設(shè)，整個施工區(qū)域均勻布設(shè)了25個控制點(diǎn)。由于該項(xiàng)目體量大，施工工作分成了多個標(biāo)段，每個標(biāo)段施工單位都不相同，甚至一個標(biāo)段有多個施工隊(duì)共同完成，在控制點(diǎn)的交付使用方面存在重復(fù)移交等現(xiàn)象，為施工開展帶來很多不便。因此，該控制網(wǎng)采用本文提出的方案制作了一個新型測繪點(diǎn)之記，可以很大程度方便施工人員使用控制點(diǎn)。

4.2 全景圖準(zhǔn)備

該新型測繪點(diǎn)之記采用大疆精靈4無人機(jī)進(jìn)行拍攝，在每個控制點(diǎn)上方20～50 m處拍攝1個全景圖，同時庫區(qū)和進(jìn)場公路區(qū)域中心上方100 m左右各拍攝1個總?cè)皥D，一共拍攝了27個全景圖。將所有全景圖上傳到720云系統(tǒng)上提前建好的項(xiàng)目里，每個全景圖設(shè)置好名稱、初始視角、通視點(diǎn)的熱點(diǎn)、嵌入現(xiàn)場照和點(diǎn)之記掃描圖、足跡標(biāo)注等信息(如圖4所示)。

圖4 控制點(diǎn)全景圖配置示意

4.3 電子沙盤制作

將所有控制點(diǎn)的具體位置展到91衛(wèi)圖助手[13]上，然后將控制網(wǎng)內(nèi)所有基線邊連起來，最后導(dǎo)出一張圖片備用；在720云系統(tǒng)上將該圖片導(dǎo)入作為電子沙盤的底圖，將25個控制點(diǎn)的全景圖的鏈接標(biāo)注到對應(yīng)位置上，并根據(jù)該點(diǎn)的全景圖調(diào)整好視角方向(如圖5所示)。

圖5 電子沙盤配置示意

4.4 視圖目錄制作

將目錄設(shè)置為兩級，第一級有“庫區(qū)”和“進(jìn)場公路”兩個，第二級分別是在第一級里面的所有全景圖，如“庫區(qū)”里有TC1-TC20及庫區(qū)總圖共21個，“進(jìn)場公路”里有TC21-TC25及進(jìn)場公路總圖共6個，如圖6中紅色框所示。

圖6 視圖目錄配置示意

4.5 系統(tǒng)綜述

系統(tǒng)建立好后，可以通過分享鏈接或者二維碼至手機(jī)或者平板終端，只要有網(wǎng)絡(luò)均可打開瀏覽該控制網(wǎng)點(diǎn)之記情況。剛打開系統(tǒng)時，呈現(xiàn)出來的界面為庫區(qū)總圖，界面右上方為電子沙盤，沙盤里面有25個熱點(diǎn)鏈接對應(yīng)著相關(guān)控制點(diǎn)的全景圖，且每個熱點(diǎn)有方向指示，對應(yīng)著每個全景圖的真實(shí)方向。界面下方為視圖目錄，點(diǎn)擊后可以跳至相應(yīng)控制點(diǎn)的全景圖。界面全景圖中具體的位置有庫區(qū)所有全景圖的熱點(diǎn)，每個該熱點(diǎn)的位置為真實(shí)位置，點(diǎn)擊后也可以跳至相應(yīng)控制點(diǎn)的全景圖。同時還有一個一級目錄的鏈接熱點(diǎn)，點(diǎn)擊后可在“庫區(qū)”和“進(jìn)場公路”兩個全景總圖間切換(見圖7)。

圖7 主頁界面示意

每個控制點(diǎn)的全景圖上也有相關(guān)可視的其他控制點(diǎn)全景圖的熱點(diǎn)，點(diǎn)擊后也可跳至相應(yīng)控制點(diǎn)全景，同時在其正下方還有現(xiàn)場近景照和點(diǎn)之記掃描照片的鏈接按鈕，點(diǎn)擊后可以彈出現(xiàn)場近景照和該點(diǎn)的點(diǎn)之記掃描照片(如圖8、圖9所示)。

圖8 現(xiàn)場近景照示意

圖9 點(diǎn)之記掃描示意

該系統(tǒng)的使用只需一臺有網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)或者平板即可，在野外找點(diǎn)時非常方便。系統(tǒng)除了保留每個控制點(diǎn)的點(diǎn)之記所有信息外，還可以通過點(diǎn)位標(biāo)注信息導(dǎo)航到目的地。可以通過電子沙盤清楚了解控制點(diǎn)之間的相對位置關(guān)系、通視情況，便于有目的地找點(diǎn)。通過空中拍攝的全景圖可以直觀了解控制點(diǎn)的周圍地形地貌地物特征和交通情況，輔助找點(diǎn)。點(diǎn)位的近景照片和點(diǎn)之記掃描照，從細(xì)節(jié)方面幫助測繪人員找點(diǎn)?？傊?，有該系統(tǒng)的輔助，控制點(diǎn)的尋找和利用將如虎添翼。

5 結(jié)語

本文提出的基于720云全景圖的新型測繪點(diǎn)之記，是傳統(tǒng)點(diǎn)之記的一種升級版，借助全景圖、通信網(wǎng)絡(luò)、全景瀏覽系統(tǒng)等手段豐富點(diǎn)之記的內(nèi)涵和信息量，它能便捷、高效、直觀地輔助測繪人員尋找和使用控制點(diǎn)，為點(diǎn)之記效能的發(fā)揮增添了新的元素。

隨著科技的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)通訊的進(jìn)步，很多傳統(tǒng)測繪工作都可以借助新的技術(shù)和設(shè)備來完成。全景圖本來不是為測繪而誕生的，但其卻在點(diǎn)之記制作方面發(fā)揮了重要的作用。由此可見，測繪行業(yè)可以借助其他行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備提升自身的技術(shù)含量，為測繪技術(shù)革新增添動力。本文僅此提出一種新的思路，希望為廣大測繪同仁帶來一些啟迪。