重庆市实景三维地理信息服务平台建设及应用

王 斌，李朋龙，罗 鼎 ，林 娜

（1．重庆市地理信息中心，重庆 401121；2．重庆交通大学土木建筑学院， 重庆 400074）

重庆市实景三维地理信息服务平台建设及应用

王 斌1，李朋龙1，罗 鼎1，林 娜2

（1．重庆市地理信息中心，重庆 401121；2．重庆交通大学土木建筑学院， 重庆 400074）

为解决传统三维仿真模型支撑城乡规划建设管理时存在的真实感不强、模型高度不准确等问题，提高三维地理信息服务的质量水平，研究引入倾斜摄影等新型技术手段，快速构建三维实景模型，搭建实景三维地理信息服务平台，并在重庆市城乡规划管理中进行应用实践。探索了全新的三维地理信息服务模式，能为类似三维平台建设与应用提供借鉴。

倾斜摄影；实景三维模型；服务平台；重庆

近年来，在城乡规划建设管理过程中，用户逐渐要求三维地理信息平台信息更全面、表达更真实、更易于共享，能够支撑管理者在客观真实、角度多样的三维可视化环境中进行分析和判断，从而提高管理决策的合理性和准确性。相对传统的三维仿真而言，实景三维地理信息具有纹理色彩更真实、更客观的优点，用户体验也更加贴近真实世界，越来越受到广大用户的欢迎。

重庆有着复杂的山地城市地貌，使得传统三维仿真建模工作量巨大，并且在建筑模型和地形模型匹配等方面需要投入大量的时间和精力，应用效果欠佳。因此，如何为城市管理者提供更直观、可靠的三维地理信息技术支撑，成为一项新的研究课题。在现有的数字高程模型、三维建筑模型等基础上，引入倾斜摄影等新型技术手段，构建了一个具有真实视觉体验的实景三维环境。通过搭建三维地理信息平台，向用户提供便捷、详实的信息查询服务，并成功在重庆市城乡规划领域开展了应用示范，取得了预期效果。

1 倾斜摄影数据采集与实景三维快速重建

1.1 倾斜摄影数据的快速采集

倾斜摄影技术是在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从1个垂直、4个倾斜等5个不同的角度采集影像。倾斜摄影技术可以在较相似的摄影条件和现势性条件下获取建筑物顶部和侧面的特征和纹理信息，使数据的相关性加强，能为基于图像的自动化模型构建创造条件[1]。通过倾斜摄影获取的影像不仅能真实反映地物特性，而且每张影像都有较高精度，多角度影像也能满足生成建筑物表面纹理需要，因而提高影像处理的速度，降低三维建模成本[2]。

本文数据采集使用相机为DM5-3600航摄仪，相机焦距为下视35 mm、侧视50 mm。在航飞作业中遵循以下准则和技术指标：①地面分辨率优于0．07 m；②航线旁向重叠70%、航向重叠80%；③足够短的曝光时间，满足像点位移限制；④适当缩小光圈以减小渐晕和增加景深；⑤影像不应有云影、光斑及其他非地面景物斑点、脏点、污迹等非正常像素，有效使用范围内不得有明显的“颗粒”效果。

1.2 实景三维快速建模

传统城市三维建模不仅成本昂贵、效率低，其建成模型也存在纹理和色彩失真、模型高度精度差等问题。而基于倾斜影像的快速三维建模技术，是通过测区影像多视角匹配、整体联合平差、统一空三解算得到测区所有影像的外参数，平面和高程都能达到很高的精度。其技术流程如图1所示。

图1 基于倾斜摄影的实景三维模型快速构建技术流程

基于倾斜摄影的实景三维模型快速构建主要包括影像预处理、多视影像匹配、区域网联合平差、DSM生成、三维建模及自动纹理映射、模型整饰和编辑等关键内容。倾斜摄影数据处理系统可以通过对获得的倾斜影像、街景数据、拍摄照片等不同来源数据进行同名点选取、多视匹配、三角网（TIN）构建、自动赋予纹理等步骤，实现山地城市精细化实景三维模型的快速生产和获取，解决了由于数据源单一造成的实景三维模型纹理拉花、结构扭曲、破面缺面等问题。该方法仅依靠简单连续的二维图像，就能还原出最真实的真三维模型，完全无需人工干预便可以完成海量城市模型的批量处理，大大减少了人工成本和建模时间，提高了模型精度和拟真度，是一种全新的三维模型构建技术路线。

图2给出了利用倾斜摄影数据经自动纹理映射之后得到的实景三维模型。可以看出，利用倾斜摄影技术得到的三维模型在纹理和色彩上更加真实，是对现实世界的高保真度模型还原。

图2 自动纹理映射后的三维模型

2 实景三维地理信息服务平台总体架构设计

重庆市城乡实景三维地理信息服务平台总体框架设计采用层次化理念，层与层之间充分考虑系统之间的接口，同时采用组件技术实现基础模块复用，以保证后续系统集成和升级的稳定性、扩展性。平台分层主要包括硬件支撑环境、多源实景数据获取系统、多源实景数据处理系统、三维实景信息服务平台以及应用示范等5个部分，各组成部分在统一的标准规范体系和安全保障体系下协同工作，如图3所示。

1）支撑环境：利用云计算技术实现对基础设施的云管理，建成包括CPU、内存、存储在内的计算资源池，实现按需分配的弹性服务能力。

2）多源实景数据获取系统：包括倾斜航空摄影数据获取系统、无人机遥感影像数据获取系统、卫星遥感影像数据获取系统、地面全景数据获取系统。4个系统覆盖“天-空-地”3种采集模式，实现各类实景数据的全覆盖采集。其中，倾斜航空摄影是主要获取方式。

3）多源实景数据处理系统：包括海量多源数据管理系统和三维实景数据处理系统，主要涉及到海量数据存储管理、倾斜摄影数据处理、DSM数据单体化处理等。

4）三维实景信息服务平台：在整合基础地理数据、倾斜摄影数据、专题数据等内容的基础上，提供数据接口、功能接口、信息查询、统计分析等应用功能。服务平台采用B/ S 架构，实现各种数据的一体化集成管理、三维浏览和移动全景展示[3]。

5）应用示范：选择规划、应急等领域开展应用示范，其中城乡规划是主要应用示范领域，以长寿区为案例进行模型构建及系统应用。

图3 项目总体技术框架图

3 规划管理应用示范系统功能设计

将三维实景影像应用于城乡规划管理，可以促使地面信息转换成能让管理者清晰、可视的直观数据，并将城市的历史线、现状线、文化线、发展线贯穿起来，提高规划管理的科学性和准确性[4]。本文选择重庆市长寿区的城区为示范区，将基于倾斜摄影技术获得的实景三维模型数据和总规数据、控规数据、路网地名等地理空间数据整合部署在实景三维地理信息服务平台中，建立重庆市城乡规划实景三维应用系统，其功能模块主要包括基础功能、城市规划一张图、规划选址、规划审批、规划监察等。

3.1 基础功能

基础功能模块包括地图浏览、三维漫游、图层控制、视点设置、空间量测、搜索查询等。

3.2 城乡规划一张图

城乡规划一张图功能模块是多规合一的具体体现，将总规、控规、路网、地名等地理空间数据和倾斜摄影实景三维模型数据在平台中进行高度集成，实现叠加应用。具体功能包括总规控规数据叠加分析、已有三维模型导入、天际线分析、在线与离线视频导入等，如图4所示。

图4 多规数据叠加分析

3.3 规划选址

规划选址模块包括地形分析、土石方量分析、辅助设计、设施覆盖率统计等功能，其中，地形分析可以基于实景三维模型来对大面积区域进行坡度、坡向统计分析；土石方量分析可准确计算工程土石方的开挖量；辅助设计则可以在三维场景下辅助分析建筑物模型与周边环境的适配度、协调度；设施覆盖率统计功能可以统计指定范围内各种设施的数量及分布，如图5。

图5 坡度坡向分析功能

3.4 规划审批

规划审批模块主要支撑规划管理者对各种方案进行指标测算和评价比选，具体功能包括方案对比、容积率分析、控高分析、日照分析、可视分析等功能，如图6所示。

图6 控高测算功能

3.5 规划监察

该模块主要辅助城乡规划监察执法部门对违法建筑进行快速发现和动态管理，包括违法建筑调查、拆违分析等功能。其中，违法建筑调查可通过实景三维模型与规划方案的叠加分析，快速、直观地发现可疑违法建筑，并对可疑违法建筑进行标注、量测及信息提取；拆违跟踪分析可以通过多期实景三维模型对比分析违法建筑拆除进展，方便进行动态监督管理，如图7。

图7 违法建筑标记和量测

4 结 语

通过引入倾斜摄影等新型技术手段，探索了实景三维模型快速构建方法，研究搭建了城乡实景三维地理信息服务平台，并在城乡规划管理等领域进行应用示范，形成了一整套技术路线，可以为类似工作提供参考与借鉴。实景三维空间信息因时效性强、信息表达全面、空间特征普遍等优点，能够为智慧城市建设提供支撑[5-8]，将在应急救援、虚拟旅游、智能交通、电子商务、社区管理、噪声分析、地质与地下管线、城市微气候和大气污染模拟等领域有着广阔的应用前景，值得进一步深入研究和实践。

[1] 黄健,王继．多视角影像自动化实景三维建模的生产与应用[J]．测绘通报,2016(4)75-78

[2] 周杰． 基于倾斜摄影测量技术构建实景三维模型的方法研究[J]．价值工程,2016,35(25):232-236

[3] 耿奕超，兰泽英．广州市“ 数字绿化” 三维实景平台建设[J]．城市勘测,2016(2)39-43

[4] 王立东, 黄丽杰．可量测三维实景影像在规划管理中的应用探讨[J]．山东工业技术，2014(14):138-138

[5] 徐前祥，杜明成．实景空间信息促成智慧城市数据集成与信息共享[J]．智能建筑与城市信息，2016(6):19-21

[6] 孙玉平,范亚兵,郝睿,等．基于倾斜摄影技术构建实景三维产品的应用开发研究[J]．测绘与空间地理信息,2015,38(11)：152-154

[7] 孙宏伟．基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J]．现代测绘,2014,37(1):18-21

[8] CH/T 9015-S．三维地理信息模型数据产品规范[S ]．

P208

B

1672-4623（2017）10-0021-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.10.006

2017-03-02。

项目来源：重庆市教委科技资助项目（kj1400325）。

王斌，硕士，高级工程师，研究方向为地理信息系统与遥感。