倾斜摄影：智慧城市高精建模的加速器

如今，智慧城市正在改变着我们生活中的点点滴滴：智慧交通、智慧医疗、智慧电网、智慧家居等。使城市变“智慧”，离不开城市的DNA——地理信息。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进行三维空间分析等优势，已逐渐被推广至各个行业领域，并逐步成为城市空间数据框架的重要内容。

然而，随着行业应用的不断升级，传统地理信息作为智慧城市建设基本元素的局限性也日益突出，国内很多城市建设三维地理数据是基于已有的测绘成果数据，将采集来的地表和建筑物信息通过电脑建模，生成城市的三维模型。这种传统手工建模的三维数据建设，周期长、精度低，应用效果有很大局限性。鉴于智慧城市对城市三维建模的巨大需求，以及三维技术的日渐成熟，倾斜摄影已成为智慧城市中三维地理空间信息获取的重要手段。

正元地理信息有限责任公司技术支持部副经理马伟近日在接受中国经济导报记者采访时介绍，有关多角度倾斜摄影测量的相关技术主要包括倾斜摄影测量装备及倾斜后处理系统两大部分。不过，由于国内相关领域技术能力基础问题，目前我国倾斜摄影主要还是依靠引进国外技术。他表示，正元在引进技术的同时，充分利用公司从数据获取到处理、地理信息系统研发及应用的全产业链优势，积极开展智慧城市建设，为智慧城市建设提供地上地下全空间整体框架设计和具体实施应用。

地理信息是城市DNA，倾斜摄影与三维建模依其搭建骨架

“在我看来，地理信息就相当于城市的DNA，它被广泛应用于城市的方方面面。”马伟形象地描述道，如资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、突发应急事件响应、农林牧业、统计、商业金融、物流等各领域。智慧城市的建设过程中离不开地理信息，城市生活的80%都与其息息相关。

那么，这些地理信息又与我们此处讲的倾斜摄影和三维建模有什么关系呢？马伟向中国经济导报记者介绍，倾斜摄影技术是国际遥感与测绘领域近年来发展起来的一项高新技术，通过在同一飞行平台上搭载专业的倾斜相机，同时从垂直、倾斜多个不同角度采集带有空间信息的影像，从而获取地表物体更为完整准确的信息。“人们通过传统的摄影测量，如航空遥感或卫星遥感，能在谷歌地球上很轻易地看到城市的建筑，但大部分情况下，看到的只是建筑的顶部。而通过倾斜摄影测量技术，不仅能观察到建筑的顶部和四个方向的侧面，还能让人通过虚拟三维漫游，进入一个真实的三维世界，甚至可以让人站在一栋建筑物前数一数有几扇窗户。”马伟进一步解释说。

利用倾斜摄影测量获取的带有高精度空间位置信息的影像建立的三维模型，就是实景三维建模。“实景三维场景在视觉效果上，是所见即所得，完全符合人眼所看到的真实世界，就像人从直升飞机上俯瞰整个城市的效果。”马伟如是说。说到倾斜摄影和实景三维技术在智慧城市建设过程中的作用，马伟表示，其可快速搭建城市级的二、三维地理信息基础框架，这是倾斜摄影和实景三维建模技术在智慧城市建设过程中的核心作用，也是其他技术无法替代的。传统手工三维建模无法实现城市级的快速建立，传统航空遥感无法获取城市建筑的三维地理信息。

具体而言，由于实景三维场景是直接符合人眼视觉的三维世界，同时具有测绘级精度、可实时量测的特点。因此实景三维不仅能够很直观地表达出空间对象的相互位置关系，还可以进行空间分析、统计、查询等，为管理和决策提供技术支撑。在城市规划、市政城管、地下管网、应急指挥、国土资源管理等方面都已经有很多应用实例。

倾斜摄影建模技术、应用国内外存差异

由此看来，倾斜摄影与全景三维建模似乎使人们多了一双“千里眼”，亦可使人在不同空间内“自由行走”。要想达到如此高的“境界”，支持其实现的相关技术，在国内外的发展及应用又是怎样的呢？

从技术方面看，倾斜摄影技术涉及测量装备及后处理系统，在测量装备领域，微软公司UCOP及徕卡公司RCD30的出现，让全世界对倾斜摄影测量的关注提高到了一个新的层面。UCOP的下视和侧视都在5000万像素以上，RCD30的5个视角都在8000万像素以上。另外，在倾斜后处理系统中，目前主流的倾斜摄影后处理软件有法国的街景工厂、Smart3D、瑞典的海克斯康三维实景系统、美国的Pictometry，这些后处理软硬件代表了目前国际倾斜摄影技术发展的最高水平。

马伟强调，值得一提的是，行业的发展离不开政府引导，这也是推动倾斜摄影建模国产软件发展非常重要的一点。2013年，国家测绘地理信息局为黑龙江、陕西、四川3个国家直属局配发了街景工厂和RCD30倾斜相机各一套，这大大激励了很多行业内的科技人员和企业，为企业的有效探索做出了有益的引导，同时也激发了国内市场的开拓。由于政府的引导以及行业内工程技术人员的努力和重视，倾斜摄影得到了很大的发展。有了需求的驱动，其发展也更加迅速。2015年，正元公司出资数千万元，引进了UCOP和RCD30倾斜相机，使得正元拥有代表国际先进水平的航摄设备的数量居全国首位。正元自建了国内先进的云计算处理中心，拥有高性能集群运算设备、像素工厂、海克斯康三维实景智能生产系统等国内先进的数据处理系统，进一步提升了正元的航空倾斜摄影获取与后处理技术实力。

马伟向记者坦言，由于国内相关领域技术基础仍较薄弱，倾斜摄影和全景三维建模的技术设备主要靠国外引进。虽然在国内也有以刘先林院士为代表的团队成功研发了国产倾斜相机SWDC-5，但由于尚无与之配套的较为高效、完善倾斜摄影后处理软件，因此使用率并不高。

不过，马伟自信地向中国经济导报记者介绍，虽然核心技术由国外引进，但正元的优势在于从数据获取、处理到应用于智慧城市建设，形成了一条完整的产业链。正元公司的高端航摄设备数量居全国第一；有专门的航空摄影测量公司，有一支专业航空摄影测量技术团队执行倾斜摄影测量任务；建设有国内一流的航空遥感数据处理中心，通过高性能集群运算设备，倾斜后处理技术在国内也是领先的。另外，正元的航空摄影测量和海洋测绘、地下空间探测、传统测绘工程构成了“四位一体”的地上地下全空间数据获取优势。通过完全自主研发的正元三维GIS平台——Geniws World，能够支持海量三维数据的共享、发布、浏览、编辑、分析、检索等服务。形成了正元“数据-软件-服务-应用”的三维地理信息服务完整解决方案。正元在智慧城市的建设过程中，不仅提供城市地面以上的地理信息，还通过城市地下空间探测，形成地上地下“一张图”的综合管理应用，让城市像玻璃一样透明。

另外，从多角度倾斜摄影测量和全景三维建模的应用方面看，国内外也存在差异。国外对通过倾斜摄影技术生成的城市三维实景模型大多用于展示、虚拟漫游方面，如大范围展示城市三维景观，或是建立一些虚拟的景区，使观众产生身临其境的感觉。而我国的倾斜摄影测量三维建模已经不满足于仅实现浏览查看的水平，目前的倾斜摄影已经成为快速搭建智慧城市所需的城市级二、三维基础地理信息框架的重要手段，为城市规划、管理、运行调度、国土应用、社区管理、平安城市等城市运行管理各个环节提供高精度三维地理信息服务。

误差小、效率高，未来倾斜摄影测量需求大

在智慧城市建设的应用中，倾斜摄影的高效、高精度、高性价比优势尽显。正元在实景三维的具体应用中，就曾切实感受到倾斜摄影与实景三维建模产生的无可替代的影响。“倾斜摄影测量技术借助航空飞行载体，可快速获取城市级倾斜影像，实现城市级高精度二、三维地理信息框架快速搭建。建模精度越高，越能为城市运行管理的各个环节提供更好的服务。”马伟讲述，在正元以往的一个项目中，某地级市的一处城中村面临拆迁，当地政府部门需对拆迁产生的拆迁补偿款进行统计。拆迁补偿款的计算与建筑面积密不可分，建筑面积是通过建筑的平面面积乘以楼层数计算的。这就涉及一个大范围的三维地理信息获取问题，这个问题是传统航空遥感和手工三维建模都难以解决的。正元针对拆迁范围内进行高精度的倾斜航空摄影测量，快速建立大范围具有测绘级精度的实景三维模型。根据每栋待拆建筑真实的三维模型，快速地统计建筑的平面面积和高度，统计汇总出拆迁总建筑面积，进而很方便地计算出整体拆迁相关补偿费用。倾斜摄影测量的高精确度，精准地计算出总拆迁面积，使得当地政府对拆迁规模和拆迁费用有了定量计算的依据。

不仅如此，倾斜航空摄影的效率也是其他方式无法媲美的。据马伟介绍，正元在此项目中，大约用了一周时间，为约30平方公里的拆迁范围建立了高精度实景三维模型，并完成了拆迁面积统计。“这是其他方式方法无法满足的，”马伟强调。与之相比，传统的建模方式将会花费几年的时间完成此项工作，效率差距一目了然。以采集地面8公分数据为例，航空倾斜摄影1小时可采集约20平方公里数据，那么一个约300平方公里的中等城市，15个小时即可完成全部数据采集工作。随后通过正元专业数据处理中心集群式高性能计算设备，对300平方公里城市进行全自动实景三维建模大约仅需要1个月完成。若相同的工作通过传统人工建模，以100人团队推算，半年都难以完成，甚至需花费更久时间。

从2015年引进技术至今，短短一年多时间，倾斜摄影测量已经为正元带来近亿元的经济效益，预计未来几年还将为公司带来数十亿元的经济效益。随着智慧城市建设的逐步推进，将来对多角度倾斜摄影相关的数据采集需求将逐渐增加，未来，倾斜摄影市场前景非常可观。下一步，正元公司将继续加大倾斜摄影测量及倾斜数据后处理技术研究力度，深入开展倾斜摄影三维模型与智慧城市各行业数据的融合应用，依托公司二、三维一体化云GIS平台，实现倾斜摄影技术在智慧城市各个行业应用的拓展延伸，形成完整的智慧城市三维信息化、智能化系统，更好地为智慧城市建设提供高精度二、三维地理信息服务。

微信公众号：xuebim

关注建筑行业BIM发展、研究建筑新技术，汇集建筑前沿信息！

← 微信扫一扫，关注我们+