实景三维技术在数字城市建设的应用

杨程

（广西壮族自治区遥感信息测绘院）

1 引言

当今社会，数字城市建设已经成为当代测绘领域的研究重点，而数字城市建设离不开实景三维信息技术的发展。实景三维信息技术利用信息资源和通讯基础设施以及科学技术将空间地理信息、政务信息等，根据城市建模和三维景观可视化，重现城市三维景观，提高电子政务和公众服务效率，搭建现代民生服务平台[1]。本研究基于数字城市典型应用示范系统——三维地理信息系统开发中实景三维技术的应用。

2 实景三维技术的内涵

实景三维技术的内涵主要有三个方面。首先，将实景三维技术作为一种工具和工具集合，是经过了现场测量的数据采集、整理，显示出空间数据。其次，把实景三维技术当作数据库系统，将数据库概念作为基础，把其中的数据作为可以被搜索和操作的，作为问题答案解决问题。最后，是把实景三维技术看作机构团体，基于组织机构的概念集合数据存贮和信息检索以及功能性操作形成组织结构。

3 实景三维技术的特点及功能

在实景三维技术中，空间目标通过X、Y、Z三个坐标轴来定义，它与二维中的目标具有完全不同的性质[2]。在目前二维GIS中已存在的0，1，2维空间要素必须进行三维扩展，在几何表示中增加三维信息，同时增加三维要素来表示体目标。实景三维技术的功能十分丰富，与二维技术相比，三维技术的功能大致可以概括出十项：数据采集和检验有效性、数据结构化和转化为新的结构、各种变化、选择、布尔操作、建筑、计算、分析、可视化、系统管理。这些功能有效地为当代数字城市的建设提供了技术基础。

4 实景三维技术与数字城市建设

数字城市的基本框架由信息支撑技术、基本内容、服务对象三个部分组成。首先，数字城市建设的信息支撑技术主要包括信息技术系统、全球定位系统、城市综合功能GIS技术、数字城市的管理信息技术、虚拟技术、数据库建设技术、元数据和宽带网络，通过使用这些技术能够对当代空间信息数据进行综合性分析整理。其次，数字城市建设的基本内容作为城市信息综合信息平台以及城市电信基础核心系统具有重要应用价值。最后，数字城市的服务对象是人，以人为本是数字城市建设的精髓。

5 实景三维技术中三维模型构建

城市实景三维模型是“数字城市”建设的基础数据。本项目实景三维模型建设充分发挥倾斜摄影测量技术构建实景三维模型的优势，基于无人机航摄获取的多视影像，创建真实、完整、高精度的实景三维模型。即以倾斜摄影影像为基础，经过空三加密处理后，生成测区整体的实景三维场景模型，在此基础上，通过三维建模软件对场景模型进行修饰、对重要建筑物单体化，完成三维模型生产。充分利用倾斜摄影测量技术，大大降低城市三维建模的成本提高了工作效率，生成的城市三维模型更真实。

5.1 无人机航摄

采用燃油动力无人机执行航飞任务，搭载多台传感器同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像。本项目一共航飞10个架次，获取影像超2000片。经检验，像片均符合规范要求。其中，无人机航飞获取的多视影像中，通过垂直影像获取建筑物的顶部纹理信息，通过倾斜影像获取建筑物侧面纹理；对于近地面受遮挡或航摄影像无法表现出相应等级模型所需细节等情况的，通过人工补拍获取重点建筑物底层清晰纹理，灵活获取更为详细的建筑信息。

5.2 像控点测量

利用VirtuoZo Smait航空摄影测量影像快速拼接软件生成的正射影像图作为工作地图，利用GPS-RTK等技术手段进行像控点测量。

5.3 空三加密处理

本项目按航摄分区共建立10个作业项目，每个作业项目对应一个目录，作业项目的所有相关数据都存入对应目录。作业项目建立后进行空三作业，依照影像输入、内定向、图形区域建立、自动点测量、交互式编辑、控制点量测和区域网评的步骤进行处理。

5.4 三维建模

利用ContextCapture软件,创建工程后进行加载影像、提交空三、三维建模、生成模型，生成模型后检查挑选模型，生产OBJ格式数据等步骤完成三维建模，形成实景三维模型成果。

最后通过三维场景制作软件和高效的数据压缩、融合算法，以影像、地形数据和3D模型数据为核心，综合运用GIS、RS、二三维一体化等技术建立三维地理信息系统，实现对该市主要区域的三维景观模拟。基于实景三维技术的三维地理信息系统是数字城市建设的特色之一，该系统为用户提供三维环境下场景的缩放、360°旋转、平移、升降等浏览漫游；实现在三维场景中添加兴趣点、治安监测点、旅游点等热点标注、搜索定位；实现全面的三维可视化功能，包括实现长度、面积、体积的量算等功能，以提升应用体验与管理效果。

6 结束语

城市是人类政治经济和文化活动的中心,是人流、物流、经济流和信息流聚集和扩散的基地,在我国现代经济和社会的发展中发挥着重要的作用。数字城市是体现城市现代化、信息化水平的重要标志。数字城市也是领导科学决策的重要依据，是城市各部门进行综合管理的有效工具，是公众提高生活质量的便利帮手。随着2003年 “数字中国”战略的提出促使“数字城市”的发展,使得当代数字城市的建设在全国范围内迅速铺开，并且以数字化、信息化为主体的城市建设取得了相当的建设成效。在这期间，实景三维技术为数字城市的建设和发展提供了基础性空间信息。实景三维技术能够对城市以全方位定位，将极具真实感的场景信息展示出来，给人以真实、直观的虚拟城市环境，城市管理者利用这些技术制定科学的规划方案，将人文性和生态性纳入其中，为决策提供有力的参考。

本项目基于实景三维技术的三维地理信息系统是该市数字城市建设的一部分，作为典型应用示范系统进行开发。系统最终实现了三维景观模拟，并具备三维环境下的浏览漫游、空间测距、搜索定位、信息标注等功能，该系统符合用户要求通过了验收，在该市的推广应用中取得良好效果。

[1]唐恬,赵国民. 增强现实三维建模在警用地理信息平台的应用[J]. 计算机时代:2017(7):42-46.

[2]谢奇宇. 基于机载LiDAR和倾斜摄影测量的城市实景三维建模[J]. 测绘,2016,39(3):138-141.