傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在鄉(xiāng)村數(shù)字化治理中的應(yīng)用

穆 星

(中色藍(lán)圖科技股份有限公司,北京 101300)

0 引言

鄉(xiāng)村數(shù)字化治理是農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成部分,傳統(tǒng)的綜合治理平臺(tái)多以區(qū)域矢量圖和衛(wèi)星影像等二維空間為主,目前部分企業(yè)開(kāi)發(fā)了三維可視化平臺(tái),應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)如3dMaxCADRevit等進(jìn)行建模,需要大量人工參與,制作周期長(zhǎng),紋理與實(shí)際效果偏差較大,無(wú)法實(shí)現(xiàn)全真實(shí)可視化管理。而鄉(xiāng)村數(shù)字化治理環(huán)境千差萬(wàn)別,需要真實(shí)還原鄉(xiāng)村實(shí)況,以便進(jìn)行決策管理[1-3]。

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)使用多相機(jī)從不同角度獲取影像數(shù)據(jù),可以高效、準(zhǔn)確地獲取三維信息,具有自動(dòng)化程度高及成果信息豐富等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于監(jiān)測(cè)與變形分析、舊城改造、輔助古建筑物數(shù)字化保護(hù)與文化遺產(chǎn)傳承等方面。本研究基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)建立鄉(xiāng)村實(shí)景三維模型,研發(fā)了三維可視化綜合管理平臺(tái),通過(guò)接口調(diào)用實(shí)景三維模型,實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維模型應(yīng)用及鄉(xiāng)村管理等多種功能,研究結(jié)果對(duì)提升鄉(xiāng)村管理能力、推動(dòng)鄉(xiāng)村治理體系現(xiàn)代化發(fā)展具有一定的參考價(jià)值。

1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是以無(wú)人機(jī)為飛行平臺(tái),搭載多角度相機(jī),通過(guò)航拍獲取目標(biāo)物清晰完整的影像數(shù)據(jù),改變了傳統(tǒng)航拍技術(shù)的限制,有效提高了三維模型生產(chǎn)效率,可更加清晰地反映地面實(shí)物的實(shí)際情況,大幅度降低三維建模數(shù)據(jù)的獲取時(shí)間、人力及經(jīng)濟(jì)成本。圖1所示,PP′為相機(jī)主光軸,ON為被攝點(diǎn)的垂直與地平線(xiàn)方向,t為PP′與ON的夾角,當(dāng)傾斜角度5°30°時(shí),為高度傾斜影像[4]。

圖1 傾斜攝影的傾斜角度Fig.1 Tilt angle for oblique photography

2 影像數(shù)據(jù)采集及實(shí)景三維模型的重建

2.1 作業(yè)區(qū)概況

實(shí)驗(yàn)測(cè)區(qū)為浙江省某鄉(xiāng)村,常住人口約2500人,是一個(gè)聚居式的紅色旅游示范村,有著獨(dú)特的山水風(fēng)光及生態(tài)優(yōu)勢(shì)。擬利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)打造“鄉(xiāng)村大腦指揮駕駛艙”,實(shí)現(xiàn)對(duì)該村的農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境、事件等相關(guān)數(shù)據(jù)可視化及一體化管理,形成覆蓋鄉(xiāng)村的活地圖,助力生產(chǎn)方式升級(jí)、治理模式創(chuàng)新及生活方式改善,打造區(qū)域鄉(xiāng)村數(shù)字化治理樣板。擬基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)建立測(cè)區(qū)實(shí)景三維模型,開(kāi)發(fā)三維可視化管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能,在實(shí)景三維模型基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分析,整體技術(shù)流程如圖2所示[5]。

圖2 整體技術(shù)流程設(shè)計(jì)Fig.2 Overall technical process design

2.2 傾斜攝影影像數(shù)據(jù)采集

外業(yè)影像數(shù)據(jù)采集應(yīng)用大疆悟2進(jìn)行獲取。大疆悟2無(wú)人機(jī)相機(jī)角度分為下視與側(cè)視兩種方式,下視云臺(tái)角度設(shè)為90°,側(cè)視角度為45°,分別從房屋的東西南北及頂視方向拍攝,主要參數(shù)如表1所示。

表1 悟2參數(shù)

應(yīng)用大疆悟2無(wú)人機(jī)進(jìn)行影像數(shù)據(jù)采集時(shí)需應(yīng)用大疆智圖軟件制定航線(xiàn)計(jì)劃,根據(jù)采集區(qū)域的實(shí)際情況制定適合的采集計(jì)劃,如航線(xiàn)規(guī)劃、高度、速度、采樣時(shí)間、傳感器參數(shù)等。航線(xiàn)規(guī)劃的關(guān)鍵是在保證影像覆蓋全面的同時(shí)盡可能避免掉線(xiàn)或拍攝死角。需進(jìn)行像控點(diǎn)數(shù)據(jù)采集并對(duì)無(wú)人機(jī)及設(shè)備進(jìn)行安全檢查,執(zhí)行數(shù)據(jù)采集,按照制定好的航線(xiàn)計(jì)劃進(jìn)行影像數(shù)據(jù)采集。

2.3 實(shí)景三維模型的重建

使用Terra photo軟件對(duì)機(jī)載激光數(shù)碼影像進(jìn)行勻光勻色處理,通過(guò)添加顏色點(diǎn)自動(dòng)補(bǔ)償大幅度的色彩變化,進(jìn)行整體色彩分配。實(shí)景三維模型重建使用Context Capture Master軟件,添加要建模的照片及控制點(diǎn)信息文件,再進(jìn)行刺點(diǎn),輸入外業(yè)實(shí)測(cè)的像控點(diǎn)坐標(biāo)并進(jìn)行POS解算。進(jìn)行空三加密任務(wù),包括提取連接點(diǎn)、匹配連接點(diǎn)、光束法區(qū)域網(wǎng)平差、創(chuàng)建區(qū)塊提交空三任務(wù)。構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng),生成實(shí)景三維模型,如圖3所示[6]。

圖3 傾斜攝影實(shí)景三維模型Fig.3 3D model of tilted photographic reality

3 鄉(xiāng)村數(shù)字化治理綜合平臺(tái)的設(shè)計(jì)

使用SuperMap SDX+空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎、SuperMap iServer 10i服務(wù)器實(shí)現(xiàn)地理空間服務(wù)發(fā)布,通過(guò)SuperMap iClient3D for WebGL API接口加載測(cè)區(qū)實(shí)景三維模型,建立基于B/S架構(gòu)的綜合治理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)三維模型的格式轉(zhuǎn)換、場(chǎng)景加載及空間數(shù)據(jù)管理[7-8]。

將Context Capture Master軟件建立好的實(shí)景三維模型保存為*.osgb格式,并在SuperMap平臺(tái)上對(duì)該格式模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換,得到*.scp格式文件,三維模型進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換及配置文件生成后,在SuperMap iDesktop 10i軟件中新建三維球面場(chǎng)景加載實(shí)景模型,壓縮三維場(chǎng)景并生成場(chǎng)景緩存文件*.S3M,生成場(chǎng)景緩存,使用SuperMap SDX+空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎管理空間數(shù)據(jù),使用SuperMap iServer 10i服務(wù)器實(shí)現(xiàn)地理空間服務(wù),發(fā)布三維服務(wù)。如圖4所示。

圖4 數(shù)字鄉(xiāng)村綜合治理平臺(tái)Fig.4 Digital rural integrated governance platform

主要實(shí)現(xiàn)功能包括:①實(shí)景三維模型管理。實(shí)景展示。通過(guò)傾斜三維模型提供真實(shí)、方便、直觀的鄉(xiāng)村實(shí)景信息,通過(guò)旋轉(zhuǎn)、縮放等得到測(cè)區(qū)真實(shí)的地形、交通、建筑等。量測(cè)分析。在實(shí)景三維模型上對(duì)建筑物、道路、樹(shù)木、土地等進(jìn)行測(cè)量,獲得相應(yīng)的高度、寬度、面積、體積等數(shù)據(jù)。規(guī)劃設(shè)計(jì)。在實(shí)景三維模型上對(duì)道路、綠化、水系等進(jìn)行分析、規(guī)劃及模擬,將規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行可視化展示,并進(jìn)行評(píng)估及分析。例如,通過(guò)模型分析山地與水系的位置、高度、坡度等指標(biāo),支持鄉(xiāng)村旅游規(guī)劃及生態(tài)保護(hù)。通過(guò)模型分析道路的寬度、長(zhǎng)度、交叉口密度等指標(biāo),支持交通規(guī)劃及道路設(shè)計(jì)。通過(guò)分析建筑分布、使用情況、居住環(huán)境等指標(biāo)支持住房規(guī)劃及房屋設(shè)計(jì)。②鄉(xiāng)村管理。主要包括以下幾方面:a.農(nóng)業(yè)管理。土地管理:實(shí)時(shí)展示村莊所在地的土地資源及農(nóng)業(yè)發(fā)展情況,對(duì)村莊所有土地建立地籍管理信息,實(shí)時(shí)進(jìn)行查詢(xún)。地力管理:利用傳感器分析土壤與底層植被等數(shù)據(jù),對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)估。農(nóng)業(yè)氣象預(yù)測(cè):發(fā)布當(dāng)?shù)貧庀笄闆r,根據(jù)氣象預(yù)警發(fā)布相關(guān)通告,以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。病害種植管理:當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)農(nóng)村局根據(jù)季節(jié)和氣候變化及當(dāng)?shù)刂饕N植農(nóng)作物發(fā)布病蟲(chóng)害防治建議。b.農(nóng)村管理。基層黨建:主要管理本地區(qū)基層黨建工作,包括黨員工作、黨務(wù)工作、聯(lián)系群眾、黨建宣傳等。扶貧監(jiān)測(cè):主要對(duì)精準(zhǔn)扶貧的扶貧文件及具體扶貧信息進(jìn)行展示,包括扶貧數(shù)據(jù)的采集、幫扶管理、產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析、政策宣傳等。農(nóng)科展示:對(duì)優(yōu)秀農(nóng)產(chǎn)品、新型經(jīng)營(yíng)主體、農(nóng)戶(hù)進(jìn)行宣傳及推介。c.農(nóng)民管理。包括農(nóng)戶(hù)基本信息錄入、農(nóng)人圈互動(dòng)交流、村民組織活動(dòng)發(fā)起、在線(xiàn)發(fā)布需求等。③大數(shù)據(jù)可視化分析。對(duì)應(yīng)用平臺(tái)中涉及的農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘及統(tǒng)計(jì)分析,以雷達(dá)圖、柱狀圖、折線(xiàn)圖等多維圖形直觀展示三農(nóng)大數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

介紹了傾斜攝影測(cè)量技術(shù)原理、步驟,探究了其在鄉(xiāng)村數(shù)字化治理中的應(yīng)用。結(jié)果表明,將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于鄉(xiāng)村數(shù)字化治理三維可視化平臺(tái)中可為鄉(xiāng)村規(guī)劃、監(jiān)測(cè)、管理等提供直觀的數(shù)據(jù)支撐,提高信息獲取精確度及時(shí)效性,對(duì)決策分析及實(shí)踐制定具有重要的參考價(jià)值。