摘要：数字城市建设是一项能提高城市管理效率、资源利用率的可持续发展战略。倾斜摄影测量技术作为数字城市三维建模中的一项高新技术，能在同一飞行器上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像数据，从而快速建立城市3维模型。基于此，本文首先分析了倾斜摄影测量技术的现状，研究了倾斜摄影测量技术在三维数字城市模型和三维数字城市建设中的应用，为有关部门及工作人员提供一定的借鉴作用。
关键词：数字城市；倾斜摄影测量技术；三维建模
引言
随着经济的发展，建设数字中国主要依赖于数字城市建设，也可以说数字城市应是数字中国的神经元，因此城市数字建设已是大势所趋。倾斜摄影测量技术节省了模型细部分析时间，缩短了项目周期，提高了工作效率，从而加速了城市数字化的建设。然而我国的倾斜摄影测量技术仍处于发展阶段，仍需要进一步的研究，下文就对此研究展开讨论：
1.倾斜摄影测量技术与三维建模技术
1.1倾斜摄影测量技术概况及其应用现状
倾斜摄影测量技术是指通过在同一个机载平台上搭载多个传感器，同时从垂直和倾斜5个观测角度采集影像，因此，在获取垂直影像的同时，还能获得地表地物各个侧面的纹理信息，为数字三维模型的构建带来了更丰富的纹理、轮廓信息。近年来，随着我国数字城市建设进程的进一步加快，人们对三维城市建设的规模、纹理及轮廓的精度、视觉效果等需求不断提高，倾斜摄影测量技术也将逐步替代传统单一的正视摄影测量，大大推进数字城市信息化进程。
我国倾斜摄影测量技术发展比较晚，而倾斜数字航摄机是倾斜摄影测量技术的关键。目前国内倾斜摄影测量系统构建较为成功的有北京四维远见公司的SWDC－5数字航空倾斜摄影仪、中测新图自主研发的TOPDC－5倾斜数字航摄系统、上海航遥信息技术有限公司与中科院联合研制的AMC580多视角航空摄影系统等，这些倾斜数字摄影系统的成功研制填补了我国在倾斜摄影测量这一领域的技术空白，同时也为三维数字城市模型的构建提供了坚实的基础设施保障。典型的倾斜航摄相机可以获得垂直影像，以及左视、右视、前视、后视等4个方向的地物侧面影像，在获得地物顶部及侧面影像的同时，还可以获得高分辨率的地物表面纹理、轮廓信息，可用于地表地物的可视化和影像解译。倾斜摄影测量技术的实现，为三维数字城市模型的构建提供了一种更为精细、方便的途径，是构建三维数字城市模型至关重要的环节。
1.2数字城市建设现状
自20世纪90年代开始，徐冠华院士提出全社会要高度关注“数字地球”，并要从国家战略的高度来看待建设“数字地球”的必要性和紧迫性，同时，分别从数据资源的获取、数据的共享，以及数据库与网络的建设等方面提出了在我国开展“数字地球”计划的可行性。国家测绘局于2006年出台了《关于加强数字中国地理空间框架建设与应用服务的指导意见》，该指导意见的推行进一步加快了我国数字城市的建设步伐。截至目前，全国所有的地级以上市和400多个县级市都已经开展了数字城市建设，其中，70%以上的地级市已经完成了数字城市建设，预计到2016年底将全面完成地级市以上的数字城市建设。数字城市建设得到了飞速的发展，我国的基础地理信息数据也得到不断的积累，数字城市建设的成果将在社会信息化发展的进程中发挥出越来越重要的作用。从整体来看，我国的数字城市建设已取得了巨大的成效，但在快速发展的同时也存在一些不足和问题，比如三维数字城市模型标准规范不统一，海量数据的存储及调度未能实现同步协调，数据库建设水平尚不能满足当前日益增长的数据量需求等。
2.倾斜摄影测量技术在三维数字城市模型中的应用
随着计算机图形处理能力的不断加强，国内一些GIS系统软件已经在数据模型、三维建模、三维景观制作等方面有了较大的突破，但研究重点大多集中在三维可视化以建模等方面，而研究的成果大都是三维场景的可视化、多角度漫游及旋转显示、模型飞行等功能。目前，国内一些比较优秀的三维GIS软件系统有适普软件有限公司自主研发的IMAGIS三维可视化地理信息系统、北京超图地理信息技术有限公司的SuperMapGis、北京灵图软件技术有限公司的VＲMap2.X等。这些软件在三维建模、场景生成、实景效果表现等方面都取得了良好的效果[1]。
2.1 IMAGIS数字城市三维建模
IMAGIS三维可视化地理信息系统是一套基于数字地面模型（DEM）、数字正射影像（DOM）、数字线划图（DLG）以及数字栅格图（DＲG）作为综合处理对象的虚拟现实管理系统，它将常规的二维数据模型拓展到三维空间，不仅可以实现三维数据的可视化，而且还为用户提供了强大的人机交互功能，比如用户可以重现或者创造复杂的三维地物、地形等，同时也可以对目标物体进行量化分析，如查询面积、距离、周长、体积等。
利用IMAGIS系统进行数字城市三维建模的过程主要分为提取数据、构建景观模型、建立地形模型等三大步骤。首先，按照一定的地图比例尺从倾斜摄影测量获得的源数据中提取城市中每一个景观顶面的高程、边界特征以及平面轮廓信息等，剔除冗余的数据信息后将可用的数据信息保存为DXF文件。
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其次，依据城市规划图或者土建信息等对采集到的数据信息进行匹配，然后将Mapinfo等数据信息保存为tab的格式，利用IMAGIS软件拓扑处理景观数据，保存能够匹配的数据信息，最后将这些数据存储为MIF格式。接着利用IMAGIS软件将这些景观数据信息进行拉伸，这样可以得到地表地物景观的顶部数据信息、高程等，再将这些顶部数据信息拉伸到DEM中。
最后，将通过倾斜摄影测量系统获得的底面轮廓及纹理信息与上面处理后的地物顶部信息叠加在一起生成三维地形模型。此外，在此过程中必须选择匹配的影像数据才能作为底面纹理叠加映射到生成的DOM产品中。
2.2纹理采集和纹理粘贴技术研究
纹理信息的提取是三维建模过程中必不可少的一步，而纹理提取质量的好坏直接决定了三维模型的优劣。利用倾斜摄影测量获得的航拍影像不仅包含地物的顶部及侧面的纹理、轮廓信息，而且包含大量的地物几何信息，据此可以量测地面任何地物之间的距离、面积、周长甚至三维坐标等数据信息。
目前，地物的纹理信息获取主要是通过现场摄影和航天航空遥感设备这两种方式，其中地面现场摄影方式主要是通过数码相机在现场拍照获得，而目前三维数字城市模型中的建筑墙面纹理数据信息获取方式主要是通过航天航空遥感测量[2]。这种测量方式所依赖的是航天航空倾斜摄影测量技术，应用较为广泛的是无人机倾斜摄影测量技术。无人机倾斜摄影测量系统有飞行控制系统、地面监控系统、传输系统、地面设备等构成。测量人员在使用无人机拍摄之前，要先设置无人机的飞行路线、行高，然后按照既定的路线飞行拍摄，待拍摄的影像数据传回后进行内业整理，检查飞行拍摄的数据是否满足要求，如数据不满足要求需重新飞行拍摄。
三维数字城市模型建立之后，由倾斜摄影测量获得的地物顶部及侧面的纹理、轮廓信息并没有粘贴到三维数字模型上，这个阶段的成果还不能真实反映实际的城市三维特征，因此，需要将倾斜摄影测量获得的纹理等特征信息粘贴到三维数字模型中地物的顶面及侧面上，尤其一些较大的地物无法用一张照片来覆盖，这个时候就需要拍摄多张照片，最后利用PS软件进行拼接处理。
3.倾斜摄影测量在三维数字城市建设中的应用
通过国内对数字城市建设的快速需求，以及国内倾斜摄影测量技术在三维数字城市模型构建中发展现状的了解，现阶段利用无人机进行地面影像的多角度拍摄，以及地表地物三维坐标的量测，倾斜摄影测量技术正逐步成为三维数字城市建设至关重要的步骤，其精度及空间分辨率直接影响到三维数字城市模型的精度。充分利用倾斜影像所包含的纹理信息、地物的三维坐标信息，以获取地表建筑物及构筑物里面的信息，减少以往纹理特征信息只能通过人工实地采用数码相机拍摄的局限性，大大提高了作业效率及精度，从而为未来城市管理及城市规划等工作提供了一种有力的基础工具[3]。
3.1在城市管理方面的应用
随着我国数字城市建设的飞速发展，倾斜摄影测量技术也借此取得了巨大的进步，并在三维数字城市模型构建上发挥出了巨大的作用。目前，可借助于无人机倾斜摄影测量所拍摄的多角度影像数据以及后处理所获得了点云数据，快速构建非常接近于城市现状的三维实体模型，该技术的实现为数字城市提供了更好的管理依据和工具。例如在具体的项目实施规划过程中，借助于倾斜摄影测量技术可以实现实时对项目的质量及进度目标的控制，从而提高项目的审批和决策。另外，在项目的竣工验收阶段，也可以借助于倾斜摄影测量技术实现一些大面积的、结构烦琐的工程概况的实时监控，根据获取的问题资料实现快速构建三维模型，实现三维模型数据库的实时更新，供决策者了解掌握项目的整体概况。
3.2城市规划方面的应用
随着城市的快速发展，城市道路交通设施、管道设施、公共基础设施等越来越复杂，城市地理信息数据也越来越冗繁，这给城市规划管理部门带来一定的管理难度。近年来，我国在数字城市模型建设中取得了巨大的进步，借助于倾斜摄影测量技术可以实现更加高效、自动化的三维城市建模需求，为城市管理部门提供强有力的技术支撑，极大地提高了城市规划管理工作的效率和精准度。目前，三维数字城市模型已逐渐成为城市规划部门不可缺少的一个重要的地理信息数据支撑工具。例如，不同城市规划方案在进行对比时，传统的办法只能通过城市规划人员的经验以及其他城市的管理经验进行判断，而借助于倾斜摄影测量所构建的三维数字城市模型，可以根据不同的城市规划方案建立不同的三维数字城市模型，能够为管理部门提供多个可视化的、直观的解决方案，且可以随时添加或者删减各种元素，从而显著提高城市规划管理工作的效率和质量水平。
4.结束语
综上所述，倾斜摄影测量技术为三维建模提供了一个快速、高效的新方法，具有高效率、高真实性、快速获取数据的特点，在测绘领域具有巨大的潜力。以后随着倾斜摄影测量技术应用的不断推广和深化，相信在未来城市数字建设，甚至是人们生活、工业生产等各个领域中都能得到很好的应用。
参考文献：
[1]崔璐璐，别君，董梁.基于倾斜摄影测量技术的三维建模原理及方法研究[C]// 中国海洋学会2015年学术.2015.
[2]孙春奇.基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J].建材与装饰，2014（28）.
[3]杨国东，王民水.倾斜摄影测量技术应用及展望[J].测绘与空间地理信息，2016，39（1）：13-15.
论文作者:黄蕾
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/10
标签：数字论文; 测量论文; 城市论文; 地物论文; 模型论文; 数据论文; 纹理论文; 《基层建设》2018年第20期论文;