實景三維技術在數字城市建設的應用

楊程

（廣西壯族自治區遙感信息測繪院）

1 引言

當今社會，數字城市建設已經成為當代測繪領域的研究重點，而數字城市建設離不開實景三維信息技術的發展。實景三維信息技術利用信息資源和通訊基礎設施以及科學技術將空間地理信息、政務信息等，根據城市建模和三維景觀可視化，重現城市三維景觀，提高電子政務和公眾服務效率，搭建現代民生服務平臺[1]。本研究基于數字城市典型應用示范系統——三維地理信息系統開發中實景三維技術的應用。

2 實景三維技術的內涵

實景三維技術的內涵主要有三個方面。首先，將實景三維技術作為一種工具和工具集合，是經過了現場測量的數據采集、整理，顯示出空間數據。其次，把實景三維技術當作數據庫系統，將數據庫概念作為基礎，把其中的數據作為可以被搜索和操作的，作為問題答案解決問題。最后，是把實景三維技術看作機構團體，基于組織機構的概念集合數據存貯和信息檢索以及功能性操作形成組織結構。

3 實景三維技術的特點及功能

在實景三維技術中，空間目標通過X、Y、Z三個坐標軸來定義，它與二維中的目標具有完全不同的性質[2]。在目前二維GIS中已存在的0，1，2維空間要素必須進行三維擴展，在幾何表示中增加三維信息，同時增加三維要素來表示體目標。實景三維技術的功能十分豐富，與二維技術相比，三維技術的功能大致可以概括出十項：數據采集和檢驗有效性、數據結構化和轉化為新的結構、各種變化、選擇、布爾操作、建筑、計算、分析、可視化、系統管理。這些功能有效地為當代數字城市的建設提供了技術基礎。

4 實景三維技術與數字城市建設

數字城市的基本框架由信息支撐技術、基本內容、服務對象三個部分組成。首先，數字城市建設的信息支撐技術主要包括信息技術系統、全球定位系統、城市綜合功能GIS技術、數字城市的管理信息技術、虛擬技術、數據庫建設技術、元數據和寬帶網絡，通過使用這些技術能夠對當代空間信息數據進行綜合性分析整理。其次，數字城市建設的基本內容作為城市信息綜合信息平臺以及城市電信基礎核心系統具有重要應用價值。最后，數字城市的服務對象是人，以人為本是數字城市建設的精髓。

5 實景三維技術中三維模型構建

城市實景三維模型是“數字城市”建設的基礎數據。本項目實景三維模型建設充分發揮傾斜攝影測量技術構建實景三維模型的優勢，基于無人機航攝獲取的多視影像，創建真實、完整、高精度的實景三維模型。即以傾斜攝影影像為基礎，經過空三加密處理后，生成測區整體的實景三維場景模型，在此基礎上，通過三維建模軟件對場景模型進行修飾、對重要建筑物單體化，完成三維模型生產。充分利用傾斜攝影測量技術，大大降低城市三維建模的成本提高了工作效率，生成的城市三維模型更真實。

5.1 無人機航攝

采用燃油動力無人機執行航飛任務，搭載多臺傳感器同時從一個垂直、四個傾斜等五個不同的角度采集影像。本項目一共航飛10個架次，獲取影像超2000片。經檢驗，像片均符合規范要求。其中，無人機航飛獲取的多視影像中，通過垂直影像獲取建筑物的頂部紋理信息，通過傾斜影像獲取建筑物側面紋理；對于近地面受遮擋或航攝影像無法表現出相應等級模型所需細節等情況的，通過人工補拍獲取重點建筑物底層清晰紋理，靈活獲取更為詳細的建筑信息。

5.2 像控點測量

利用VirtuoZo Smait航空攝影測量影像快速拼接軟件生成的正射影像圖作為工作地圖，利用GPS-RTK等技術手段進行像控點測量。

5.3 空三加密處理

本項目按航攝分區共建立10個作業項目，每個作業項目對應一個目錄，作業項目的所有相關數據都存入對應目錄。作業項目建立后進行空三作業，依照影像輸入、內定向、圖形區域建立、自動點測量、交互式編輯、控制點量測和區域網評的步驟進行處理。

5.4 三維建模

利用ContextCapture軟件,創建工程后進行加載影像、提交空三、三維建模、生成模型，生成模型后檢查挑選模型，生產OBJ格式數據等步驟完成三維建模，形成實景三維模型成果。

最后通過三維場景制作軟件和高效的數據壓縮、融合算法，以影像、地形數據和3D模型數據為核心，綜合運用GIS、RS、二三維一體化等技術建立三維地理信息系統，實現對該市主要區域的三維景觀模擬。基于實景三維技術的三維地理信息系統是數字城市建設的特色之一，該系統為用戶提供三維環境下場景的縮放、360°旋轉、平移、升降等瀏覽漫游；實現在三維場景中添加興趣點、治安監測點、旅游點等熱點標注、搜索定位；實現全面的三維可視化功能，包括實現長度、面積、體積的量算等功能，以提升應用體驗與管理效果。

6 結束語

城市是人類政治經濟和文化活動的中心,是人流、物流、經濟流和信息流聚集和擴散的基地,在我國現代經濟和社會的發展中發揮著重要的作用。數字城市是體現城市現代化、信息化水平的重要標志。數字城市也是領導科學決策的重要依據，是城市各部門進行綜合管理的有效工具，是公眾提高生活質量的便利幫手。隨著2003年 “數字中國”戰略的提出促使“數字城市”的發展,使得當代數字城市的建設在全國范圍內迅速鋪開，并且以數字化、信息化為主體的城市建設取得了相當的建設成效。在這期間，實景三維技術為數字城市的建設和發展提供了基礎性空間信息。實景三維技術能夠對城市以全方位定位，將極具真實感的場景信息展示出來，給人以真實、直觀的虛擬城市環境，城市管理者利用這些技術制定科學的規劃方案，將人文性和生態性納入其中，為決策提供有力的參考。

本項目基于實景三維技術的三維地理信息系統是該市數字城市建設的一部分，作為典型應用示范系統進行開發。系統最終實現了三維景觀模擬，并具備三維環境下的瀏覽漫游、空間測距、搜索定位、信息標注等功能，該系統符合用戶要求通過了驗收，在該市的推廣應用中取得良好效果。

[1]唐恬,趙國民. 增強現實三維建模在警用地理信息平臺的應用[J]. 計算機時代:2017(7):42-46.

[2]謝奇宇. 基于機載LiDAR和傾斜攝影測量的城市實景三維建模[J]. 測繪,2016,39(3):138-141.