1、数字摄影测量技术在构建数字城市中的运用摘要：数字城市基础地理信息的内容,以及数字摄影测量在数字城市建设中的作用。利用数字摄 影测量系统,获取城市基础地理信息,结合 GIS、虚拟现实等系统软件 ,探索建立数字城市的方法。关键字：数字摄影测量 数字城市 数字城市建设引言：数字城市，又称网络城市或智能城市，更确切地说是信息城市。它指运用虚拟现实技术对城市的基础设施、功能机制进行动态监测与管理，辅助决策服务的技术系统。数字城市的概念随着地理信息技术和计算机技术的快速发展，已经由一个简单的设想发展为涉及多个领域、跨行业、全方位的信息体系。而随着人们对于城市数字化要求的逐渐提高，传统的二维数字城市管理系统
2、已经暴露出其在直观性、易操作性、多维度管理等方面的不足。城市管理及人民生活的需要使得三维数字城市管理平台应运而生。其中，三维基础地理信息系统又以其优越的基础地理空间分析、管理功能和较强的多维信息集成能力成为了数字城市承载平台的首选。对于数字城市的建设来说，海量的地理信息数据为我们提供了了解我们所在城市最直观、准确的信息，是实现城市管理的基础。尤其是城市三维模型的制作，更为三维数字城市管理信息提供了更加准确直观的承载平台，也为数字城市建设效果提供了优秀的展示平台。然而，目前传统的三维建模工艺还是采用 CAD 等计算机辅助设计软件，其在地理信息方面的先天缺陷已经大大阻碍了三维系统在城市管理等各个领
3、域上的发展。而目前最先进的“LIDAR+全景相机”的生产工艺虽然可以生成很高精度的三维模型，但是由于激光点云在矢量化处理工艺上的成熟度较低，采用其进行建模的制作流程不完善，使其目前还难以在国内进行推广。基于数字摄影测量技术的三维建模工艺具有技术成熟、流程简单、成果精度高等特点，将其与国内领先的三维基础地理信息系统相结合，即可真实还原城市的基本情况，又可以与多角度、多层次的基础地理信息或行业信息相叠加，从而真正建立二、三维一体化的数字城市建设，为城市的管理和发展提供支持。数字城市不仅可以提高城市的综合竞争能力,而且可以提高城市居民的生活质量,并且带动农业和农村的信息化和现代化。数字城市建设其中一
4、个重要的问题就是基础空间信息的获取。而基础空间数据的获取不仅投资巨大而且技术要求高。数字摄影测量可以成为数字城市数据采集及更新的手段之一。应用数字摄影测量和 GIS 技术结合的方法来进行数字城市建设研究的本质是建设空间信息基础设施,进一步深化和完善城市地理信息系统建设,并在此基础上深度开发和整合应用各种信息资源。 本文是在阅读大量文献基础上,结合数字化成图的特点,得出了基于 GIS 和摄影测量技术结合的数字城市建设应用研究。本文围绕“ 数字城市” 建设,首先介绍了数字城市建设的国内外现状及意义,确定了本文的主要工作。其次对数字城市建设中的有关技术进行了详尽的构思与研究,包括 GIS、遥感、摄影
5、测量、虚拟现实、元数据与海量数据处理、数据仓库与数据融合等。然后以“数字乐山 ”为例,来具体论述数字城市建设的方法,和数字城市地理信息系统建设基本构想,能够直观的体现出数字摄影测量和 GIS 技术结合起来应用于具体实例的优势和特点。一：数字城市的关键技术数据获取技术 遥感技术特别是卫星遥感技术使得数据的快速准确获取和更新成为可能。IKONOS、QUCIKBIRD等高分辨率的卫星图像已经可以公开购买使用，已成为目前数字城市建设的一种重要数据源。采用机载对地观测传感器的技术，可以获得三维全彩色的城市影像 【4】 ，因此十分适合于数字城市的应用要求。当前城市发展瞬息万变，研究传输型卫星影像的数据获取
6、、自动化处理与入库技术，并且能够立即提交使用，将大大提高信息的时效性和可靠性。数据库技术 数据的存储是构建数字城市的基本保证。现代计算机技术的发展，海量存储已基本上得以实现。数字城市中的数据由于包括大量的空间数据、非空间数据 【5】 。因而，研究时空数据模型、三维数据模型等新型空间数据模型和建立一个多层分布的空间数据库体系是解决该问题的关键所在。网络技术一构建数字城市的目的就是为了提供城市信息服务，这就需要对城市各类信息进行管理、分发、发布和传输，网络技术是实现该项任务的根本保证。网络技术是数据共享和互操作的基础。未来数字城市将在网络模式下运行，对网络的带宽 安全性、稳定性要求较高。目前，发达
7、国家正在试验下一代Internet的建设，以宽带网络、高传输率、安全高效、覆盖范围广等方面作为重点发展方向，对数字城市的构建将起到巨大的促进作用。智能空间决策技术 智能空间决策是地理信息系统与决策支持技术相结合的产物。通过各种数学的、逻辑的以及基于知识的决策模型来辅助管理者解决一些半结构化和非结构化的实际应用问题， 同时纳入地理信息系统进行空间分析、处理及显示。如智能交通控制决策、智能城市规划决策、管理决策、减灾防灾决策、可持续发展决策等。一个典型的应用是城市交通路线的选取问题。元数据标准化与空间信息安全技术 元数据即“表示数据的数据” ，是数据标准化的重要内容之一。数字城市中的信息要满足共享
8、和互操作的要求，必须具有统一性的数据，不仅只是一个城市，而是整个全球的数据统一。数字城市中的空间数据管理是通过GIS来实现的。地理信息元数据标准包括数据的表示、来源、精度、质量等。因此， 当前数字城市建设中急需制定出统一的标准以解决元数据标准化问题。此外，数字城市所面对的信息具有海量、数字化、基于Internet网络发布和共享使用等特点，需研究空间信息安全体系、安全对策、安全技术和安全设备，为构建一个完整的、可控的、共建共享的、自主创新的数字城市安全运行应用系统提供重要保证。数字摄影测量：数字摄影测量（Basic concept of digital photogrammetry）是基于数字影
9、像和摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对像以数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科。美国等国称之为软拷贝摄影测量（Softcopy Photogrammetry） ，我国王之卓教授称为全数字摄影测量（Full Digital Photogrammetry） 。这种定义认为，在数字摄影测量过程中，不仅产品是数字的，而且中间数据的记录以及处理的原始资料均是数字的。1. 数字影像获取与重采样 ）。数字影像数字影像是数字摄影测量的基础原始数据。数字影像是以像元为单位，以灰度值表示的灰度矩阵。也就是说，在扫描过程中将光学影像抽像
10、为像元的点阵，每个像元范围（一个微小的区域）取灰度的平均值作为灰度值。2). 数字影像获取 数字影像可直接从装在飞行器上的传感器产生,记录在磁介质上; 也可以利用影像数字化器对摄取的光学影像扫描来获取,即把原来模拟方式的信息转换成数字形式的信息.3). 影像重采样影像重采样,是指在原采样的基础上再一次采样,即当欲求不位于采样矩阵点的灰度值时,就需要进行内插,乃称之为影像重采样.每当对数字影像进行几何处理时,就需要作影像重采,影像的旋转、核线影像排队以及数字影像纠正,均属于影像重采样.4). 影像数据量数字影像的每一个数据代表了被摄物体上一个点的灰度或辐射强度,此点称为像元素、或像素、或像元.
11、2. 影像匹配1).影像匹配的定义 影像匹配, 实质上是在两幅(或多幅)影像之间识别同名点. 它是计算机视觉研究的核心问题, 也是数字摄影测量的核心问题. 数字影像匹配, 是利用计算机以数值计算方式,按特定的算法,根据一定的准则,比较左右影像的相似性,来确定其是否为同名影像块, 从而确定相应同名像点.2).影像匹配研究的内容: 影像匹配研究的内容, 涉及影像匹配的精确性, 可靠性, 算法的适应性, 以及匹配速度等.3).影像匹配策略:_ 多级影像匹配;_ 从粗到细的影像匹配;_ 从单点匹配到整体匹配;数字摄影测量在数字城市建设中的作用 “数字城市”是以城市的基础空 间信息为基础的。其基础空间信
12、息包 括：数字高程模型（） 、全要素数 字地形图以及数字正射影像图等建立数字高程模型（） 数字高程模型，是建立数字城 市的基础信息之一，是赖以构建城 市三维景观和进行各种工程设计的 基础信息。目前我国仅有约的 城市建立了一定范围的，使用 的格网尺寸为，格网点高程 精度为。数字摄影测量系 统具有自动大规模生产、自动 生成等高线等功能，可提高生成等 高线的效率。建立数字正射影像图（） 数字正射影像图，是根据数字 高程模型对中心投影的航摄影像进行纠正处理、消除了投影差的垂直 投影的影像地图。由于它包含地表 的各种原始信息，而且通过纠正处 理，比例尺和相关位置是准确的，可 用于城市规划、环境保护、资源
13、调 查、灾害防治以及军事等多种领域： 据统计资料显示，我国城市数字正 射影像图相对于线划图无论是数量 还是种类均少得多，覆盖范围也很 有限。所用片种包括黑白、彩红外和 真彩色三种，主要用途是城市规划、 土地调查和更新地形图。目前，数字 正射影像图在世界范围受到了广泛 的重视，特别是随着分辨率卫星 影像投入使用，以及影像识别和单 像特征提取技术的进展，将会得到 越来越广泛的应用。数字摄影测量 系统可以进行正射影像纠正和镶 嵌、影像修补、任意影像的无缝镶 嵌，此外将数字正射影像图与数字 高程模型叠加，可生成城市的三维 景观，如电子沙盘等。 建立城市真实三维景观模型 城市真实三维景观模型是根据 建筑
14、物的实际三维地理坐标，构建 真实的城市三维景观模型。城市真 实三维景观模型可根据大比例尺航 摄影像通过数字摄影测量方法，精 确测得结构物的空间三维坐标，由 软件自动生成建筑物的结构模型并 贴上相应的纹理建成。 其它 数字摄影测量系统及其相关产 品还可以提取建筑物的纹理、建立 纹理库；进行三维几何重建以及建 立城市的三维景观动画等，数字近 景摄影测量在特大比例尺线划图和 影像图的生产、考古、医学中发挥作 用。四、结论与展望 城市信息化建设的必然产物数字城市，既包含单纯的各项技术研究，又包含了数据共享、系统互操作技术以及管理、政策、经济等诸多技术因素和人丈因素的集成研究，从而体现了以人为本的全新理
15、念。因此，数字城市建设需要一个长期的、全局性的战略思维，需要政府各部门、社会各行业和科研院所等的共同协作方能实现完成。：数字摄影测量是基 础空间信息建设能够得以顺利实施 的重要手段之一：另外数字摄影测 量还被广泛地应用到城市地籍测 绘、国土资源动态监测、大地遥感测 量等很多方面：随着数字产品的 益丰富，数字摄影测量必将在建设 中国数字城市工程中独占一隅， ，发挥出它更大的优势。参考文献:【1】张文娟浅论数字城市的发展【J城市聚焦，2006(6)：2931【2】马娟，秦凯数字城市建设的初步探讨J科技咨询导报，2007(1)：97【3】 傅刚，费菁、熬粥联网信息时代城市公共空间。世界建筑，1999
16、（9）：72-76.【4】 徐虹，杨力行，方志祥试论数字城市规划的支撑技术体系J武汉大学学报(工学版)，2002，35：4346【5】张秋文，王乘，刘吉平，数字城市整体构架与关键技术J华中科技大学学报，200l(7)： l3一l5【6】覃驭楚，牛铮，林文鹏，等面向数字城市规划的城市规划模型研究J重庆建筑大 学学报，2006，28：138 14l【7】李琦，杨超伟，易善桢，等 “数字地球”的体系结构J遥感学报1 999(3)：254258【8】近景摄影测量技术在数字城市中的应用 周克勤; 周俊召; 赵煦 北京测绘 2007-03-25 期刊 1 【9】 现代数字摄影测量与 GIS 结合的数字城市建设应用研究 李海燕 长安大学 2011-03-15 硕士
