浅谈倾斜摄影技术在智慧城市方面的应用

田要兵

陕西鑫雅图空间信息技术有限公司，陕西西安 710100

智慧城市的形成和不断发展最关键的是要精确地获取地理信息，并通过三维建模的方式进行三维空间分析，然后使得城市变得“智慧”。在城市化发展和行业升级过程中，传统地理信息的局限性日益暴露，这是因为传统地理信息的依据是已有的测绘成果数据，是将所采集到的地表和建筑物等信息录入到电脑中，然后建立三维模型。传统建模方式存在周期长和精度低的缺陷。因为智慧城市的发展要开展大量的城市三维建模工作，就必须要使用更加高效的建模方式。随着三维技术的发展和成熟，目前倾斜摄影技术已经逐渐被应用到智慧城市的多个行业中，其可以通过虚拟三维技术真实地展示地理空间信息，并且可通过精确度很高的空间位置信息来建立实景三维模型。

1 倾斜摄影技术概述

1.1 倾斜摄影技术的概念和特点

倾斜摄影技术是一种在国际遥感技术、摄影测量技术以及人们需求增多的基础上发展起来的高新技术，该技术可以在同一飞行平台上设立专业的倾斜相机，可以同时从垂直、倾斜多分角度来采集带有空间信息的影像，获取地表物体更加准确的地理信息，从而弥补了传统的正射影像分析应用缺陷。同时可通过配套的应用软件对建筑物高度、长度、面积以及坡度、角度等属性进行量测，真实地展示三维世界。倾斜摄影的关键技术包括多视影像联合平差、多视影像密集匹配和数字表面模型生成。倾斜摄影测量技术由飞行平台、倾斜相机和倾斜影像的处理系统构成，倾斜摄影的关键要素包括大重叠度飞行、各个子镜头相对位置的检验校准。

1.2 倾斜摄影技术的意义

对于智慧城市的建立和发展来说，最关键的要素是地理信息，也就是必须精确真实地获取地理信息才能推动智慧城市的发展。比如在国土资源调查、环境评估、灾害预测以及国土管理、交通运输、军事通讯、农林牧业等领域中都需要用到地理信息，城市生活的80%以上都和地理信息的有效获取有关。倾斜摄影测量技术的应用，一方面可以真实地反映地表情况，可以借助定位技术精确地获取地理信息，形成丰富的影像信息，并为用户带来更真实的体验，提高航摄影像处理的速度。另一方面倾斜摄影技术的应用，可以利用航摄大规模成图优点和对倾斜影像批量提取与处理的方式，有地降低城市三维建模的成本。

2 倾斜摄影技术的应用

2.1 利用倾斜摄影技术快速构建城市三维模型

倾斜摄影技术的应用范围非常广泛，已经拓展延伸到了社会公众生活的方方面面，如政府方面的公共安全、执法行动和城市规划领域，公共事业方面的环保建设以及灾害评估，公众方面主要应用在旅游、互联网、通信导航等。在利用倾斜摄影技术快速建立城市三维模型的过程中，主要包括以下四个步骤，即城市基础信息搜集、建筑模型细部分析、模型纹理制作和模型贴图。所搜集的城市地理信息又可分成数字线划图、城市测区划分、地物倾斜摄像、地物属性表和结合表等。

2.1.1 数字线划图

数字线划图指的是进行规划、设计和管理工作的基础信息，也是城市基本图件的最主要形式。城市的数字线划图主要是房屋外框信息和高程信息，以及屋顶的矢量信息。利用这些房屋外框和屋顶矢量坐标信息可以快速生成白模，为开展规划设计工作奠定基础。城市测绘区划分指的是将相同区域的模型划分成一个测区，然后进行统一的模型编号，这是为了方便后期的项目管理以及相似纹理的分享。地物倾斜影像指的是利用专门的倾斜相机所摄像得到的地物影像，可以将同一个地物的影像保存在一个文件夹中。地物属性表指的是对地物实际名称、相应模型的名称、编号以及航高、航速、坐标等信息进行记录的地物属性表格。结合表是一种记录模型应用信息，开展模型分图的依据。

2.1.2 建筑模型细部分析

建筑模型细部分析是在倾斜影像和数字线划图的基础上，对地面建筑物进行相关信息，如高度、长度、面积以及坐标等自动化获取，然后快速建立白模，此时的白模有初步的建筑物外框和高程信息。之后，相关技术人员再对倾斜影像的细节部位，也就是建筑模型的细部进行分析，从而可形成包括建筑阳台、屋顶、观景台以及门斗、窗户等在内的建筑物细节部位信息，最终可形成精细白模。

2.1.3 模型纹理制作

模型纹理制作工序是在利用图像处理软件的基础上，结合倾斜影像技术对建筑物的细部进行纹理划分，一般只需制作有代表性、典型的建筑物纹理。比如可以在地面建筑物倾斜影像上找到建筑物的某一个细节纹理，然后采取纹理变换和消失点处理等方式来制作建筑物较为精确的纹理。

2.1.4 模型贴图

模型贴图指的是利用三维处理软件的贴图功能，结合脚本语言，将所形成的模型纹理根据相应的编号快速贴到建筑物上。在倾斜摄影测量技术中，由于航空摄影有大规模成图特点，倾斜影像可以批量快速地贴纹理，模型贴图效率和质量较高。

2.2 倾斜摄影技术在智慧城市中应用的实例

倾斜摄影技术被广泛应用到智慧城市的方方面面，尤其是在公共安全和紧急反恐方面的应用有着不可替代的价值。这是因为倾斜影像可以从多个角度获取建筑信息，为决策者提供多方面的环境信息参考。比如就建筑物而言，倾斜摄影测量可以看到屋顶侧面的紧急出口，可以对倾斜影像上的任意一个点之间的距离进行测量计算，如果被应用在警方执行工作中，就可以通过通视距离的计算来设置制高点和狙击方案等，从而可保障人员和财产安全，提高警方作业效果。现在该技术被美国等国家广泛应用于警方执行作业中，主要是为后方指挥人员提供详细的案发地情况，然后给执行人员发出正确的指令。在提高工作效率的同时，也保证了警务人员的安全。

3 倾斜摄影技术在中国智慧城市应用中的现状和未来发展

3.1 国内外对于倾斜摄影技术的应用存在差异

倾斜摄影技术和实景三维建模结合在一起，可以快速高效且精确地获取地理信息，然后快速地建立三维模型，为智慧城市中各个领域的决策应用提供参考。目前在技术方面，倾斜摄影技术主要包括测量装备和后处理系统，在测量装备上，主要有微软公司研发的UCOP和莱卡公司研发的RCD30，在倾斜后处理系统上主要有法国的街景工厂、Smart3D和美国的Pictometry。这些测量装备和后处理软件表明国际倾斜摄影技术已经发展到了很高的水平。不过，倾斜摄影技术在国内外的发展和应用上存在较大的差异。对于我国来说，由于国内相关领域技术基础薄弱，倾斜摄影和全景三维建模的技术和设备都需要由国外引进，虽然也有研发出SWRC-5这样的倾斜相机，但是其后处理软件的配置并不高，所以使用率很低。总之，我国倾斜摄影技术在发展中主要面临的问题有三点：第一在地物信息获取上的效率较低，还没有形成一定规模；其次数据处理技术并不成熟，还处于不断探索的阶段，我国自主研发的技术设备使用率不高；此外，产品的模式比较单一，还需要进一步推广与应用。

3.2 我国倾斜摄影技术的未来发展

从上文可知，倾斜摄影可以真实地反映地物情况，并通过定位技术获得更加精确的地理信息，使用户获得更加真实的体验，为城市运行建设管理的各个环节提供更好的服务。此外，倾斜摄影技术还能降低三维城市建设的成本，提升三维城市建设的效果。该技术由于具有误差小、效率高且成本相对较低的优点将在我国地理信息产业中具有很大的发展前景，对于倾斜摄影测量的需求会越来越多。而且随着无人机等技术设备的发展，无人机倾斜摄影技术也将会有更广泛的市场空间，和BIM技术的结合会更加紧密。在未来，最重要的是不断引进国外核心技术并加大自主研发的力度，构建一支专业化的倾斜影像研究和应用测量的队伍，优化航空遥感数据处理中心，提高倾斜后处理的效率，可加快形成集数据获取、数据处理和智慧城市建设应用于一体的完整的产业链，实现倾斜摄影技术在智慧城市多个领域应用的拓展延伸。

4 结语

综上所述，倾斜摄影技术在智慧城市中的应用，可以极大地推动智慧城市的发展，为社会生活各个领域的决策提供重要的数据参考，从而便于城市智能化发展的管理。但是我们也应该看到目前我国关于倾斜摄影技术，不管是在装备上还是在后处理软件系统上主要还是依靠进口。我国自主研发的发展进程缓慢，在未来还需要得到政府机构的大力支持，通过资金的投入和工程技术人员的培养，强化技术研究，开发优化我国拥有自主知识产权的倾斜摄影技术设备。