實景三維技術在智慧城管項目的應用

唐川，侯輝嬌子

(深圳市勘察測繪院(集團)有限公司，廣東 深圳 518028)

1 引 言

“數字城管”是將地理信息科學、社會科學和工程科學等技術有機結合，采用“城市事件”“城市部件”和“萬米單元網格”等管理相結合的方式，將多項數字城市技術整合集成應用于城市管理領域，全方位覆蓋、全時段監控的現代化城市管理模式[1]。如何快速準確的更新城市部件數據，保持城市部件的現勢性，成為保障城市綜合管理系統應用效果的關鍵。原有數字平臺采用的是二維數據，存在城市管理信息缺少、不直觀、平面化數據無法對城市立體目標進行有效管理、無法進行可視化管理等問題，在規劃及應用上已不能滿足技術的發展變化和城市管理智慧化的最新需求。

為促進信息化和工業化深度融合，加快技術創新和產業升級，鹽田區于啟動“智慧鹽田”建設，“智慧城管”為“智慧鹽田”“精美鹽田”建設的重點實施項目。實景三維數據采集，實景三維數據與原有二維地圖數據、城市部件的融合也成為項目的重點之一。

2 實景三維數據的采集

2.1 采集方式

實景三維數據采集主要利用無人機搭載傾斜攝影測量工具，采用無人機傾斜航空攝影測量的方式完成。該方式能快速獲取測區內的傾斜三維影像和正射影像，后續利用計算機自動圖形處理軟件進行空三處理，經過影像匹配、表面紋理映射等手段，最大限度地還原地表的真實景物[2，3]。

在實際作業過程中大致可分為內業數據處理和外業數據采集，外業數據采集流程主要包括任務規劃、像控點采集、航攝飛行等，流程如圖1所示；內業數據處理流程主要包括數據預處理、空中三角測量、實景三維建模等，流程如圖2所示。

圖1 外業流程圖

圖2 內業流程圖

2.2 采集設備及航線的選擇

項目投入飛馬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。主要采集主城區重點區域約 150 km道路區域的空中全景數據約300個連續全景圖。單張空中全景像素不低于 6 000×4 000。另外考慮測區有較大陣風的情況，為避免測區風向與飛行方向垂直，產生飛行過程的漂移問題，調整航線設計圖并提高了相關的重疊度。(如圖3所示)調整后的航向重疊87%，旁向重疊80%。

圖3 航線設計圖

3 街景地圖采集

街景數據的采集通過全景激光移動測量系統科技，在載體的行進之中，通過攝影測量的方式快速采集地物的空間位置數據和屬性數據，并同步存儲在系統計算機中[4]，利用圖像處理工具對采集得到的紋理數據進行編輯處理，得到合適的紋理并進行貼圖，經檢查合格后，最后在數字城管平臺下發布。實景數據發布后可直接在瀏覽中進行街景查看，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 車載全景移動測量系統原理和流程

在實際采集過程中，由于城市部分道路早晚高峰車流量巨大、且在外業拍攝時受車輛、樹木等遮擋等因素，難以達到理想的拍攝效果。因此線路的規劃及設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行線路規劃設計、支持基于百度和高德地圖進行城市道路采集的線路規劃設計，能自動統計和分析檢查外業采集的各種信息，并輸出報表，方便外業采集的管理與監控的軟件進行作業，如圖5所示。

圖5 線路規劃

3.2 設備及時間的選擇

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

圖6 采集設備

采拍設備中都安裝有GPS系統和里程器，在可以過車的地方，每10 m作為1個采拍點，自動進行拍攝。有汽車不能通過的小胡同、室內景、高山等，則需使用單車式拍攝或背負式拍攝工具，進行自動或手工拍攝。

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點到下午3點是光線最好、最適于拍照的時間。

4 影像數據和點云數據的融合

融合影像數據和點云數據，主要是在高精度定位定姿數據的支持下，引入系統檢校參數，計算全景影像的外方位元素和點云數據的三維絕對坐標，獲得帶嚴密外方位元素的全景影像數據和三維點云數據，實現全景影像與三維點云的融合處理。

點云處理是對點云數據和全景影像數據的預處理工作，實現海量點云快速瀏覽、點云著色、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。

點云測圖建庫是利用基于ArcGIS平臺研發的一款專業符號化數字測圖建庫軟件進行的。利用三維激光點云及實景數據，提供多種判讀及采集功能，方便快捷地從采集數據中提取地物信息，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 影像數據與點云數據的融合

5 各類數據的掛接與聯動

5.1 城市管理部件與實景三維地圖的掛接

原有數字城管系統的城市管理部件采用國家住房和城鄉建設部的規范來制作，并在二維地圖上定位空間位置。該方式存在二維地圖表達位置信息不直觀的缺陷。智慧城管系統采用的實景影像由于記錄了獲取數據所在區域的全景信息，形象直觀。因此，在城市管理中將二者關聯起來，作為工作的業務圖層，在實景影像中展示部件的相關信息及屬性，將更好地服務于城市管理業務的需求，如圖8所示。

圖8 城市部件與實景地圖的掛接效果

5.2 二維地圖與實景三維地圖的聯動

城市實景三維聯動，是通過對二維城管部件地圖、實景影像、三維模型等數據的處理進行數據入庫，實現城市可視化管理，使三維數據、城市二維部件地圖數據、實景影像數據的無縫銜接，三種可視化數據聯動查看，實現城市真三維管理，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。使得整個城市真切的展示在屏幕前，如圖9所示。

圖9 二維地圖與實景地圖的聯動效果

5.3 物聯網感知數據與實景三維地圖的對接

通過“智慧城管平臺”將城市天眼視頻監控與實景三維地圖關聯，把鹽田區城市管理所有的視頻監控對接三維地圖，可隨時查看實景三維場景中的真實視頻場景，全方位滿足智慧城管平臺現場調度指揮的需求，如圖10所示。

圖10 天眼視頻分布及展示效果

6 結 語

實景三維技術的發展已日漸成熟，未來隨著互聯網快速發展，數據變得維度更廣、數量更大、結構越來越復雜。實景三維可視化技術將逐漸被更多個人及團體認可。未來實景三維技術也將結合多媒體技術、網絡技術以及三維鏡像技術，通過對物體進行全方位展示，構建基于現實的3D虛擬現實效果，讓數據展現更為直觀和容易理解。