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“坐地日行八万里,巡天遥看一千河.”数字时代的我们已经不满足于将真实的世界仅仅记录在二维的数字影像上,我们更希望面对一个记录着全方位信息的智慧地球.
在我国,随着各地城市化进程的快速推进,城市三维模型以直观的地物形象、精确的地理位置及可以进行三维空间分析等优势,已逐渐被推广至各个领域,并逐步成为城市空间数据框架的重要内容.
然而,通过何种技术手段可以高效、快速、真实地实现对地球这个面积广阔、结构复杂的星球的三维重建呢？国际测绘领域近些年发展起来的倾斜摄影测量技术则可为此提供独一无二的解决方案.倾斜摄影以多角度、大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景,快速、有效地获取地物正直影像及立面纹理.在借助具有高性能协同并行处理能力的数据处理系统的情况下,可快速实现基于倾斜摄影技术的三维模型建立.这种方式可以有效地降低城市三维模型构建成本,提高我国“数字城市”建设的基础数据获取效率,缩短城市三维建模工作周期,是城市景观三维建模的主流趋势.
国内发展2010 年4 月,天下图首次引进美国Pictometry的倾斜摄影测量技术,开启了国内实景三维建模的大门.2010 年10 月,刘先林院士团队成功研发了第一款国产倾斜相机SWDC-5,并于当年和北京东方道迩公司成功合作开展了长春市倾斜摄影工程项目.与此同时,国产倾斜相机的销售模式也正式开启.在基于倾斜摄影测量技术的三维建模软件中,法国ASRIUM 公司（现已更名为空客防务与空间公司）的“街景工厂”以高效、全自动化的三维建模生产能力优先占领了中国市场,并于2012 年7 月与河北省地理信息局合作,采用SWDC-5 相机所采集的倾斜影像作为数据源,成功完成了国内首批实景三维模型重建的工程测试工作,促成了“街景工厂”在国内的正式商业销售.
2013 年,国家测绘地理信息局给黑龙江、陕西、四川三个国家直属局配发了Leica-RCD30 倾斜相机和“街景工厂”,并对相关单位的业务探索进行了有益指导,这极大地激发了相关单位在倾斜影像的数据获取、数据处理、成果数据应用各个环节的工作热情,使其积极主动地对国内市场的相关业务进行了开拓.2014 年4 月,泰瑞天际主办的“2014Skyline 倾斜摄影真三维技术与‘智慧城市’应用全国巡展”启动.6 月,全国倾斜摄影联盟成立,并提出明确的目标,即“以提高自主创新能力为宗旨,以倾斜摄影技术产品为核心,整合数据获取、建模生产与应用研发多方力量,为公众和政府提供倾斜摄影产业链的一体化解决方案,推动倾斜摄影技术革新与产业应用”.2014 年下半年,超图软件针对倾斜摄影三维建模的特点推出了SuperMap GIS7C（2015）版本,攻克了海量倾斜模型加载等诸多技术难题并对其应用进行了深入挖掘,各项技术指标也已排在了世界前列.到目前为止,全国各个生产单位利用倾斜摄影测量技术已成功构建多个城市的实景三维模型.仅四川省测绘地理信息局就已完成资阳、宜宾、广元、广安、眉山、色达、亚青寺、洛带、天府新机场等多个重点地区近500 平方公里的实景三维模型.
技术创新国内多家单位引进“街景工厂”的初期,前、后、左、右和下5 个视角的倾斜影像数据的获取主要依靠常规的航空摄影平台（有人飞机）和工业级别的量测型相机（如Leica-RCD30 相机、SWDC-5 相机）.尽管采用常规航空摄影平台搭载量测相机的方式所获取的倾斜影像数据具有分辨率较高、质量较好、姿态位置精确等优势,但航飞的灵活性却受到空域申请、飞机租赁等相关事宜的制约.
为了降低倾斜影像的获取成本并缩短周期,国内在引进和开发基于有人飞机的倾斜航摄仪的同时,同步开展了适宜在无人机、动力三角翼、直升机上进行搭载的轻量化、微型化倾斜航摄仪的研发工作.经过几年的努力,包括鸿鹏天汇、中测新图、中科数遥、四川省遥感信息测绘院在内的多家业内单位都相继开发出相应的产品并获得相关专利及应用.
常规的实景三维建模主要包括多视影像同名像点匹配、区域网联合平差、三角网构建、纹理映射以及建立多细节层次结构等数据处理步骤.然而,为了保证实景三维模型最佳的视觉效果,技术人员针对各类传感器所获取的倾斜影像数据特性,开发了多视影像预处理（云雾处理、色调一致性调整等）、三维模型优化编辑（水面漏洞修复、建筑结构修复）等相关系统软件,有效地提高了三维模型的质量可靠性.
应用实例为开拓倾斜摄影新的服务领域,形成新的经济增长点,2013 年,四川省遥感信息测绘院在四川省测绘地理信息局科技支撑项目——“航空倾斜摄影测量技术在城市三维建模中的应用研究”的推动下,首次开展了实景三维模型数据应用于“智慧城市”建设关键技术的研究.在这种背景下,四川省遥感信息测绘院自主研发了“航空倾斜摄影三维模型优化编辑与应用系统”.该系统在实现倾斜摄影三维模型优化与编辑的同时,实现了实景三维模型与基础地理信息数据、专题数据的结合,为推广倾斜摄影实景三维模型的行业应用奠定了技术基础,其研究成果在2015 年获得了四川省测绘学会科技进步一等奖.
2015 年8 月,辽宁省测绘地理信息局地理信息院采用Leica-RCD30 获取的倾斜影像建立的实景三维模型构建了辽河保护区生态环境与大伙房水源地矿产资源监测系统,实现了辽河景区及大伙房水库任意角度的浏览、查询和环境监测等功能.这一应用的成功推进,拉开了我国大范围应用倾斜摄影技术的序幕.此外,众多基于倾斜摄影实景三维模型的应用研究也在纷纷展开.在不久的将来,基于倾斜摄影实景三维模型的应用系统将以真实的视觉效果、流畅的应用体验等显著优势开启人们“别具一格”的生活新模式.
发展前景在未来的几年中,我国将采用倾斜摄影技术,完成全国多个城市的实景三维模型重建.倾斜摄影测量技术在颠覆当前的测绘技术和生产流程的同时,DOM、DEM、DLG 等相关国家基础测绘成果都将可能成为倾斜摄影生产的附属产品.国内三维空间信息产业链中的各个企业的巨大市场将被大大挖掘.基于倾斜摄影的实景三维模型的应用探索工作还需进一步深入开展.基于倾斜摄影实景三维模型、全景全息数据库与互联网的结合也许正是“智慧城市”未来的主要发展方向.
基于倾斜摄影实景三维模型的理想应用成果便是,将天地空的一体化数据与基础地理信息数据、专题地理信息数据（包括社会、民政、旅游、商业、行业等数据）以及高精度的街景数据相结合,提供有关智慧、智慧民政、智慧应急指挥、智慧旅游等全方位、多维度动态、跨网络、跨行业、跨终端的地理信息解决方案和服务,建立以数据为基础,以位置为纽带,以云服务为应用平台,用全息技术展示的完美地球视觉系统.（本文摘编自《中国测绘》2016 年第4 期）
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参考文献：
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