三维倾斜摄影测量应用系统实现

三维倾斜摄影测量应用系统实现

发表时间：2018-08-10T15:46:09.997Z 来源：《科技中国》2018年5期作者：张正军

[导读] 摘要目前用户对三维地图显示的需求越来越高,ArcGIS发布的4.x版本API添加了对三维地图的支持, 同时倾斜摄影测量作为一项新兴的遥感技术,近年得到快速发展,倾斜摄影测量三维快速建模已经成为一项成熟的技术应用到实际生产中,

摘要目前用户对三维地图显示的需求越来越高,ArcGIS发布的4.x版本API添加了对三维地图的支持, 同时倾斜摄影测量作为一项新兴的遥感技术,近年得到快速发展,倾斜摄影测量三维快速建模已经成为一项成熟的技术应用到实际生产中,该研究结合了ArcGIS API技术和倾斜摄影测量技术,开发了一套秦皇岛市区内的三维显示系统,基于该系统可以做通视分析、剖面分析和淹没分析,倾斜摄影测量技术的应用使得系统更加富有立体性和真实性.

关键词倾斜摄影测量 ArcGIS WebGIS 数字城市

1 引言

数字城市是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用遥感、全球定位系统、地理信息系统、遥测、仿真-虚拟等技术，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现。人类生产生活的信息80%与空间相关，随着计算机技术、互联网技术、仿真虚拟、测绘与地理信息等技术的发展，空间信息逐步由二维转向三维发展。

2 数据准备

2.1 倾斜摄影测量简介

倾斜摄影测量技术是国际测绘领域近年来发展起来的一项高新技术。它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限性，通过在同一飞行平台上搭载多个传感器，同时从前方、后方、左侧、右侧、垂直五个不同的角度采集影像数据，依据摄影测量原理进行三维建模，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。由于倾斜摄影测量，周期短、省人力、高度还原真实世界等特点，现在已应用到非常多的行业中，包括智慧城市、城市规划、房地产、能源等等。

2.1 数据获取

倾斜摄影三维数字城市建模项目获取的区域为河北省秦皇岛市主城区，建模范围与1.5平方公里。东西宽约1245.30米，南北长约1266.3米，项目于2016年12月份用RCD30相机多视角航空照相机系统，以倾斜摄影测量技术手段获取了一个垂直、4个倾斜镜头，总计6条航线和48曝光点，获取240张真彩色航空像片。获取数据由专门处理人员对数据进行处理，最终生成OSGB格式数据。

2.1 服务发布

2.1.1 格式转换

随着倾斜摄影技术的发展，大家在工作中经常接触到各种类型的倾斜摄影模型，比如OSGB、dae、obj、spk(Esri)等。Esri采用的spk i3s标准（Indexed 3D Scene）,是Esri推出的开放标准。I3S标准作为开放的标准已经得到了市面上主流的倾斜摄影测量建模软件的支持，如Bentley的 ContextCapture（国内简称为Smart 3D）、Pix4D、Vricon，这些软件均支持基于I3S标准的数据格式SPK的导出，生成的SPK格式的模型可通过ArcGIS Pro上传到Portal上并发布成三维服务。

目前，ArcMap和ArcGIS Pro不能直接打开OSGB的数据，需要使用数据互操作模块将OSGB转换为multipatch(多面体)，之后发布服务。数据生产人员发布出的数据是OSGB格式，需要转换为ArcGIS支持发布的spk格式。

2.1.2 数据发布

地图数据采用地图服务方式为客户端提供数据支持，通过SDE为ArcGIS Server注册托管Oracle数据库，ArcGIS Pro发布的数据都会在托管数据库中存储。ArcGIS Pro发布服务只能通过ArcGIS Portal发布，所以还需要把ArcGIS Portal和和ArcGIS Server注册为联合服务器，注册过程中需要用到ArcGIS Adaptor进行联合配置。在ArcGIS Pro中直接将多面体加载到场景中，右键场景图层，点击share as web layer，然后根据参考文档进行操作即可发布场景服务。发布完成后可在ArcGIS portal中浏览查看发布的服务。

由于倾斜摄影测量数据通常较大，通常会把数据做切片处理以便用户快速浏览查看地图，地图缓存技术也称作”瓦片技术”，所谓地图缓存技术，就是按照一定的数学规则把地图切成一定规格的图片保存到计算机硬盘里，当用户通过客户端浏览器访问地图服务时，服务器质检访问当前地图坐标区域所对应的“瓦片”，从而达到降低服务器负担，提升地图浏览速度的结果。地图缓存技术一般针对相对稳定的数据，因为地图切为瓦片以后，以图片的形式存在，对数据的变化不能及时的反应，这就是地图缓存技术的不足之处，要想地图的变化得

到及时的反应，那就必须重建地图缓存。

3 系统介绍 3.1 系统开发 3.1.1 硬件环境

基于ArcGIS 的倾斜摄影测量系统所管理的数据既包括倾斜摄影空间数据，也有大量的属性数据，因此硬件系统必须保证高速度、大存储量，同时具有图形输入输出设备。

3.1.2 软件环境

软件开发语言采用C#，数据库管理系统为Oracle。系统采用MVC框架以B/S方式构建，开发IDE采用Visual Studio 2017。开发采用主要框架和软件如下：

（1）HTML5+javascript+css构建前端页面。

（2）在ArcGIS官网上下载最新的4.x版本的api （3）目前常用浏览器如IE、Chrome、火狐、等浏览器 3.1.3 系统开发

系统以ArcGIS三维地理信息平台为基础，采用 MVC技术搭建系统框架，支持B/S模式构建，支持单机和分布式网络应用。地图数据采用发布服务，调用服务的方式进行数据交互。由于该系统是纯地理信息系统，不涉及到具体业务，在搭建数据库时建设地理信息数据库即可。系统构建完成后主界面显示图1所示，主界面分为两个窗口上面窗口为倾斜摄影测量三维地图显示，下图为二维地形图，两

个地图之间实现联动效果。

3.2 通视分析

通视分析功是一项三维基本的模块，根据三维空间关系计算可视域。单击地图上的任何点，可查看3千米半径内可见的所有区域。由于内部需要复杂计算返回结果可能需要几秒钟的时间。可视计算是通过ArcGIS Server提供的地理处理服务的实现。该服务提供了一个模型（任务）的服务器，包括可视工具。调用可视域工具需要的地理处理任务的URL，点击地图时在后台拼接请求URL，通过ArcGIS Server 后台对该URL请求进行处理，然后把处理的结果返回到客户端，渲染可视域范围。

3.3 剖面分析

剖面图又称剖切图，是通过对有关的图形按照一定剖切方向所展示的内部构造图例，剖面图是假想用一个剖切平面将物体剖开，移去介于观察者和剖切平面之间的部分，对于剩余的部分向投影面所做的正投影图。通过剖面分析可以了解地形的走向，对挖填方也有一定的帮助。

3.4 淹没分析

前大多数淹没分析基于DEM高程模型进行分析，由于DEM数据过于模型化不能给人直观感受，倾斜摄影测量数据本身自带高程数据，可以利用倾斜摄影测量数据进行淹没分析，分析结果良好，具有实用性。

4 结束语

本文对基于ArcGIS JavaScript API建立倾斜摄影测量系统进行了分析和实际开发，介绍了该系统实现的基本功能和数据处理的基本流程，该系统目前仅为一个基础地理信息系统并未涉及实际生产的业务逻辑，在实际应用中可根据业务需要建数相关据库，基于该系统可开发具有专门功能的地理信息系统，如地质灾害、水文水质地理信息系统，城市管网等多功能系统。倾斜摄影测量技术是近几年快速兴起的三维建模技术，相信未来一定会在测绘行业中发挥更重要作用。

参考文献

[1] 孙宏伟. 基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J].现代测绘：2014-01-37（1）

[2] 李镇洲，张学之. 基于倾斜摄影测量技术快速建立城市3维模型研究[J]. 测绘与空间地理信息，2014-04-35(4).

[3] 郭楷文，刘恋，曹成蓉，赖飞龙. 基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模[N]. 科学发展创新，文章编号：2095-6363（2016）14-0060-02.