大規模傾斜攝影數據在西海岸數字城市平臺中的應用與實踐

（青島西海岸新區自然資源局，山東青島 266000）

0.引言

傾斜攝影是近些年來測繪領域的一項新技術。將西海岸數字城市平臺技術引入該項目并成功應用，解決了大比例尺傾斜攝影數據加載、多源數據融合、簡化和專業化空間分析模型等技術問題，提高了傾斜攝影數據的應用價值，拓展了傾斜攝影數據在數字城市中的應用。

1.大規模傾斜攝影數據海量加載

青島西海岸新區傾斜攝影數據量龐大，這給數據的轉換、加載、應用性能帶來了嚴峻的挑戰，而傾斜攝影模型深入行業應用的重點之一在于能否提供穩定、流暢的加載性能。

本項目依托于SuperMap GIS 平臺，利用傾斜攝影模型原生的LOD（多層次細節），幾何壓縮、紋理壓縮、合并根節點、動態調度、創建空間索引等技術，實現了模型一次性下載，一次性載入內存，可以更快的加載模型，減少顯存的占用，提高模型數據的負載，提高性能體驗。

以合并根節點為例，由于傾斜攝影模型的數據生成過程中缺乏軟件和硬件資源，因此有必要將其分成幾個小塊以生成OSGB模型并將其以平鋪方式存儲，即將模型存儲在一定的空間分為多個塊并存儲在一個文件夾中，每個文件夾包含一個根節點文件和多個子節點文件。當模型空間很大且數據量很大時，模型將分為多個根節點。讀取這些根節點需要很長時間，導致模型加載緩慢。此時，為了提高模型的加載和瀏覽性能，我們需要合并根節點。“合并根節點”的功能是將根節點合并到某個空間中的根節點中，即，將四個相鄰的小塊合并到一個新塊中，并從上往下細化LOD級別。每次合并，模型根節點的數量將減少原始數量的約1/4。本項目中用到的500km2的原始傾斜數據，共計42835個Tile根節點，通過合并根節點操作，處理之后的根節點數量為835個，極大的減少讀取根節點花費的時間，從而提升加載效率。

經實際測試，可實現近5TB傾斜攝影數據基于瀏覽器順暢瀏覽，幀率在30幀以上，性能提升了近78%。

2.多源數據融合

本項目基于統一坐標基準，實現了傾斜攝影數據與二維矢量點線面數據，天地圖在線數據，人工建模數據，三維地下管線數據，三維地形數據的高效融合。

多源數據的采集方式、數據精度各有不同。如何將不同精度的數據在同一場景中進行匹配融合，成為本項目的一個難點。通過無人機采集的傾斜攝影數據，幾何糾正、輻射校正能達到很高的精度，包括成果數據的高度、長度、面積、角度、坡度等。因此，基于青島西海岸新區的500km2的傾斜攝影數據，通過SuperMap GIS平臺，生成DSM（Digital Surface Model），即數字地表模型數據。本項目通過生成的DSM，進一步修正三維地下管線數據、人工建模數據的高程信息，以此實現多源數據的高精度無縫融合。

3.模型動態單體化

本項目采用陰影體繪制技術將矢量底面附著繪制在傾斜攝影建模數據表面，在不切割數據的情況下，實現了傾斜攝影建模數據的單體化表達，即動態單體化技術。在渲染模型時，矢量平面傾斜模型對象表面會呈現模型數據，然后設置顏色和透明度矢量平面，以達到分別選擇對象的效果。在三維渲染中，無需預處理傾斜攝影模型數據，并且將相應的矢量平面動態疊加在傾斜攝影模型上，充分利用矢量面數據模型的空間查詢和空間運算能力，支持更為強大的二三維一體化的GIS應用，它類似于一個薄膜，從上到下包裹相應的建筑物和其他物體的模型，根據建筑物的不同業務屬性，如施工時間、施工目的、使用壽命等設置不同的顏色和透明度，并將它們包裹在傾斜的攝影數據面上，從而實現分別選擇地面物體的效果，直觀地將業務屬性信息通過傾斜數據進行可視化表達[1]。該技術可以充分利用矢量面數據模型的空間查詢和空間運算能力，實現了傾斜攝影建模數據與業務數據的相關聯，解決了傾斜攝影建模數據在GIS應用中的難題，有效推動了傾斜攝影建模數據在測繪、規劃、數字城市等行業的廣泛應用。

4.專業空間分析

針對單體化后的傾斜攝影模型數據，本項目研發了基于空間數據的三維空間分析功能，使傾斜攝影模型不再局限于“看一看”的功能，更適應于城市現狀三維分析，產生更多的實際應用。傾斜攝影數據的三維分析包括可見度分析、陰影率統計分析、天際線分析、可見度分析、地下管線分析、剖面分析等。

以陰影率的統計分析為例，地理位置是決定太陽光線空間變化的重要因素。不同的經緯度、模型元素投下的陰影和其他因素都會影響某一地區的日照長度。根據指定范圍的經緯度范圍，計算該范圍在某段時間內受太陽照射的時間長短。在城市規劃進行選址時，陰影率統計分析功能輸出適宜性模型作為重要參考。

借助SuperMap GIS三維平臺的三維空間分析功能以及西海岸新區500km2的傾斜攝影數據，本項目實現建筑模型日照分析計算，通過科學分析城市開發建設過程中對現有交通、市政基礎設施承載能力的影響，系統對接道路拓寬分析模型、舊城改造分析模型、道路斷面結構分析模型、給水管線控制分析模型、排水管線控制分析模型等城市容量計算模型，預測和規劃未來城市發展的容量規模，實現區域開發、項目建設對城市容量的動態解析[2]。

5.城市規劃與設計

傾斜攝影數據更多需要真正服務于項目應用。本項目基于傾斜攝影數據和已有的地類圖斑數據、城市人口數據等，實現城市規劃大數據庫管理模塊、城市設計研究模塊、城市容量智能規劃模塊、旅游景區管理模塊等內容。

在三維攝影數據實景三維系統中，可以實時進行方案調整、規劃和設計，快速三維建模、多方案比較、建筑體量調整、立面分析、三維測量等多項專業規劃管理功能，利用三維虛擬現實技術更直觀準確的表達規劃效果，輔助用戶進一步理解規劃設計，全面掌握建設方案，對工業、交通、住宅、商業、公眾服務基礎設施等進行合理的組織和布局，使規劃設計更加真實可靠、城市空間得到更高的利用、景觀空間得到更佳的展示[3]。

6.結語

近幾年，隨著傾斜攝影測量的發展，利用無人機航測建立的三維模型，成本低、效率高、模型自帶真實紋理貼圖，被市場廣泛認可。而伴隨著系統應用要求的提高、數據量的增加和數據類型的多樣性給實際工程的應用帶來了新的挑戰。本文基于西海岸數字城市平臺項目中的傾斜攝影數據工程應用，不僅能觀察到建筑的頂部和四個方向的側面，進入一個三維世界，完全符合人眼所看到的真實城市，還研究解決了大規模海量數據加載、多源數據融合、動態單體化、專業空間分析等問題，使得傾斜攝影數據在實踐中得到了良好應用，取得了豐富的成果，未來將有更廣闊的應用前景。