摘要：本研究采用无人机倾斜摄影技术和基于位置服务技术来获取古城室内外环境信息，构建室内外一体化数字孪生古城。以物联网、云计算、实景三维、大数据等技术为支撑，结合VR、AI技术基于实景三维地图有效实现古城的虚拟展示和信息深度挖掘，多源建设古城数字化“大脑”，实现从历史到现状、宏观到微观、整体到局部的一体化链接，打造高精度、多耦合的城市全息仿真平台，为古城的管理、保护和开发利用提供智能化应用服务。
关键词：倾斜摄影，LBS，云GIS，VR，AI
党的十七大把加强古城文化遗产保护，作为推动社会主义文化大发展大繁荣，实现全面建设小康社会的一项重要历史使命。为贯彻落实古城保护利用的决策部署，进一步推进古城保护利用，并号召全党全国人民“加强对各民族文化的挖掘和保护，重视文物和非物质文化遗产保护，弘扬中华文化，建设中华民族共有精神家园。”可见加强历史古城文化遗产保护，同时还是建设社会主义先进文化，贯彻落实科学发展观和构建社会主义和谐社会的必然要求，意义重大。现阶段，古城保护利用实施过程中面临着以下客观问题：一是古城数据基础空间信息不足。古城资源数字化程度低、分布零散，历史文物资料以纸质文件存在，资源共享程度低。古城开发审批时需要文物的空间位置信息及保护范围信息，现有数据仅对部分文物的位置进行示意，没有明确的保护范围和坐标。二是行业应用率低，缺乏科学完善的管理手段。现有的多源数据成果没有没有系统的整合起来；数据处理效率低，人工依赖程度高。古城数据由于具有数据体量庞大、数据结构松散等特点，各地在实际建设过程中往往“重数据，轻服务”，没有构建一个良性的、完善的实景三维生产服务体系，最终成为一个新的“数据孤岛”，各管理部门数据使用时形成割裂，缺乏动态、及时有效的管控。
随着无人机遥感系统、LBS基于位置服务系统[1]、云计算[2]、云服务等技术的发展，结合云计算的GIS应用，作为最先进的服务形式，正引起传统地理学从二维向三维应用体系的巨大改变，涉及数据采集、软件、开发与应用等多个层面。无人机倾斜摄影通过从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像，获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理。不仅能够真实地反映地物情况，高精度地获取物方纹理信息，还可通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的三维城市模型，相比于其他传统方式具有高时效、高分辨率、低成本、低风险等诸多优势。LBS（LocationBasedService）可以基于实景三维数据、POI兴趣点数据等助力古城实景三维多元应用，建立从桌面端应用向泛在终端新型的服务方式。云服务的应用模式能够让客户根据自身的需求来设计的弹性服务，通过虚拟化的资源整合实现数据的更好利用，相对于传统的软件平台更加稳定高效，在数据成果的共享性、体验性、实时性、移动性、可控性、自主性上优势明显。因此，本研究基于无人机倾斜摄影技术、LBS技术和云GIS技术构建构建数字孪生古城综合管理信息平台，以实景数据为桥梁，行业需求为导向，对传统街巷空间肌理进行梳理，提供海量实景数据可视及管理服务，为古城保护、资源共享、数据挖掘、城市精细化管理、古城有机更新等提供新思路。
一、技术路线
本研究的主要思路和内容为数据采集、数据处理、平台开发。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中，①数据的采集即古城室内外的实景三维基本信息，包括采用飞马无人机获取的影像数据、定姿定位数据、SLAM[7]（即时定位与地图构建，Simultaneous Localization And Mapping）移动扫描获取的点云全景和惯性测量装置数据；②内业的数据处理，包括检查获取数据的质量、进行建模前的预处理、分别建立室内和室外实景三维模型；③在实景模型的基础上构建应用平台，包括明确古城三维模型的应用场景、设计开发和实现相应的功能。
二、数据建设
无人机具有全程智能飞行、智能定点起降、自动航线设计、三维实时飞行监控、飞行数据质检、影像预处理、飞行数据存储及可视化回放、一键式成果输出等特点，支持单人作业，可挂载相机、云台、LIDAR、可见光视频、热红外视频等多种载荷，智航线、智飞行、智监控、智检图、智理图、智激光、智拼图及智维护等“无人机管家”智能GIS系统，集数据采集、处理、显示管理及无人机维护等为一体，模块化设计、快装式构件，一站式外业数据采集和内业数据处理方案、高精度数据成果助力数字孪生古城综合管理信息平台基础数据建设。
三、数据采集
实景三维的数据获取主要是基于倾斜摄影方式，倾斜摄影颠覆了以往三维建模正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，主要通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时辅助获取带坐标姿态信息的室外影像数据和点云数据，改变以往不具备空间信息的传统影像拍摄的实际情况，并实现与倾斜摄影影像等多源数据的配合。
本项目实施可以有效解决古城保护过程中多个痛点，包括：
1、结合古城城市特色开展古城保护精细化设计管理，结合古城特色、地方特色、城市定位统一，设计与实现城市城实景三维源数据库，进行规划来考虑古城的开发和利用，实现古城三维地理信息数据交换与共享服务。
2、结合新一代信息技术，实现传统的古城数据管理从静态向动态、由地表向空间、由单维向多维转变，形成更透彻感知、更广泛互联、更智能决策、更灵性服务和更安全可靠的服务平台。
3、采用新兴地理信息技术按照真实空间尺寸和纹理构建室内外一体、全空间实景可视化的信息模型，有助于管理部门在古城范围内对古城空间规划、管理，对重要历史建筑空间内部的把握。
4、实现古城空间资源、行业资源、社会经济资源、人文资源的融合与管理，建立基于一张图的古城保护管理、运营、修缮机制，形成全面完善、可执行、具有前瞻性的保护措施。既保护了古城，又提高了政府部门对古城的管理水平，实现古城的合理开发利用和可持续发展
参考文献
[1]谷永晟.四旋翼无人机导航控制系统研究[J].遥控遥测,2012(3)
[2]季光荣.无人机在水利勘测中的应用[J].建筑工程技术与设计,2017(2)
全国教育科学“十三五”规划教育部重点课题“黑粤两省职业教育东西协作的行动研究”，课题批准号：DJA180430。
论文作者:王永平,王博超
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/13
标签：古城论文; 数据论文; 无人机论文; 实景论文; 信息论文; 空间论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第30期论文;