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移动测量技术建设浅析

[摘要]基于移动测量技术的可量测实景三维系统为实景智慧城市建设提供了重要的技术支持。本文以燕郊高新区为例,主要探讨基于移动测量系统进行实景三维影像获取,与传统地理信息融合构成一个数字化、可视化的实景智慧城市。主要阐述了基于移动测量技术的实景智慧城市的建设方法和思路,并对实景智慧城市建设的总体框架、建设内容等进行了思考和简要设计。本文的思路和方法可以为实景智慧城市建设提供参考。

[关键词]实景;移动测量技术;智慧城市

1引言

随着测绘地理信息技术的全面发展以及与计算机、云计算、互联网、大数据等技术的交叉融合,实景智慧城市即将成为智慧城市建设的主流。实景智慧城市是在传统的测绘地理信息数据的基础上,引入基于移动测量系统获取的可量测实景三维影像数据源,通过集成软件平台与应用系统构建一个可为政府、部门、企业、公众提供更全面、真实、直观、方便且可视化的实景智慧城市信息应用与服务平台。利用在行驶的机动车上装配的全球卫星定位、惯性导航、摄影测量与图像处理、地理信息集成控制等传感器和设备,在高速行进过程中采集空间位置数据、可量测影像数据及其属性数据,形成基础地理信息、点云、三维模型、实景影像、兴趣点、地名、地址、行业专题数据库等多种可测量、全要素、可视化的实景三维数据平台。实景数据不仅可以进行可视化标注、查询和统计分析来满足管理与决策上的高层次应用;还可以对公众提供客观世界最直观和最真实的实景三维影像,建立无需专业知识判读、最易理解的智慧城市,可直接回答与直观展现公众有关衣、食、住、行等工作和生活的应用需求,将智慧城市从展现形式、专题应用和社会大众需求等多方面提升到一种全新的管理模式。1.1移动测量系统。移动测量系统(MobileMappingSystem,MMS)是诞生于20世纪90年代初的一种快速、高效、无地面控制的当今测绘界最为前沿的技术之一[1]。移动测量技术集成了全球卫星定位、惯性导航、图像处理、摄影测量、地理信息及集成控制等技术,通过采集空间信息和实景影像,由卫星及惯性定位确定实景影像的位置姿态等测量参数,实现了任意影像上的按需测量[2]。它综合了动态定位快速测量和近景摄影测量信息量大的特点,在加快测量速度的同时还提高了野外空间数据获取的效率,降低了数据获取成本,丰富了数据品种,实现了一次测量,多种产品、多方应用的按需测量。1.2实景智慧城市。智慧城市是数字城市的升级版与高级形态。传统的基础测绘地理信息成果不能表达城市最重要的三维数据和可视化信息,不能实现智慧城市的可视化应用,不能满足地理信息数据价值的深度挖掘需求。实景三维影像数据不仅具有地理参考的空间信息,还能反映智慧城市建设中大众需求的、与之生活环境实地相关的社会、经济、人文等多方面的信息,是集成了专业地理信息数据,可实现全面空间信息社会化服务的新型地理信息数据源。实景智慧城市通过遍布城市的传感器网络将它与现实城市关联起来,通过云计算平台将运用测绘技术、计算机软件技术、移动测量技术采集到的地理数据、可量测实景影像数据和行业专题地理数据等海量数据存储、计算、分析和决策,并按照分析决策结果对城市设施进行自动化的控制与管理,为政府、部门、企业的决策管理和日常运行提供信息服务,并为大众带来更多工作和生活便捷。1.3燕郊国家高新技术产业开发区。燕郊经济技术开发区成立于1992年8月,1999年被批准为省级高新技术产业园区,2010年升级为国家高新技术产业开发区(以下简称燕郊高新区)。燕郊高新区建成区面积约100平方公里,位于环京津、环渤海经济圈核心,是全国距离天安门最近的高新技术开发区。按照首都北京“两轴两带多中心”的发展规划,燕郊高新区位于“东部发展带”的关键区位,基本形成了科学合理的功能分区、体系完备的城市规划、四通八达的交通道路网和健全完善的城市功能配套。区内有中省直单位40余家,其中科研机构逾20家,大专院校10余所,高素质人口密度达到33%。聚集了一大批装备制造、汽车配件、机械制造、信息电子产品制造业、新能源、生物医药、新材料等现代制造业和总部经济、文化创意产业、现代物流产业、商务服务、休闲服务业、科技研发成果孵化等现代服务业。随着燕郊高新区土地利用、城市规划、招商引资、项目建设、城市管理、环境整治、公共安全等信息化应用的不断深入,对基础空间信息提出了新的需求。目前,燕郊高新区地上地下一体化三维地理信息管理系统已经建成并逐年更新运行,但基础空间信息提供方式仍然不能完全满足目前各项工作需要。因此,加强基础空间信息资源共享建设,建设实景智慧燕郊不仅能大幅提升基础空间数据的利用水平,而且能够为区内政府、企业和公众提供丰富的空间信息资源共享服务,并能够逐步实现高新区各职能部门空间数据紧密贯通及横向互联,实现智慧管理,对于推动区内经济社会持续健康快速发展、提高城市综合竞争力具有重要的现实意义。

2总体设计

2.1总体建设目标。将实景智慧燕郊建成面向政府、各专业部门、企业和公众的统一的、权威的、唯一的以空间信息管理和服务为核心的平台体系,通过地面移动测量技术获取实景数据,在实景模式下规划、部署与管理整个开发区,使之更加形象、逼真,准确度更高,通过实景的分析与直观再现,满足燕郊高新区建设发展、城市运行监控及各业务部门应用系统对基础空间数据的需求,提高燕郊高新区基础地理信息资源的利用效率和应用水平。建设主要目标:以基础地理信息技术为主、地面移动测量技术为辅,整合燕郊高新区基础地理信息空间数据资源,建设燕郊高新区基础空间信息实景“一张图”,实现以地理信息服务平台、政府各部门数据共享与交换为核心的管理和服务体系,为各层次的信息化应用提供公共数据和功能服务的基础,实现燕郊高新区的实景与智慧管理。2.2主要功能设计与实现。在已经建成的燕郊高新区地上地下一体化三维地理信息管理系统的基础上,依托统一的云支撑环境实现向实景智慧城市时空基准、时空信息大数据和时空信息云平台的提升,建成实景智慧燕郊时空信息基础设施,并开展智能化专题应用系统,为实景智慧燕郊的全面智慧管理提供支撑。建设“实景智慧燕郊”,以地理空间数据管理和服务技术框架为基础、政务基础信息资源共享平台为核心建设地理信息支撑云平台,为业务应用层面的各种系统提供统一的地理空间数据管理服务、交换服务和共享服务,奠定“实景智慧燕郊”地理空间数据管理和服务技术框架。构建管理部门互联、互通的系统软件和硬件环境,创建信息资源共享等应用支撑环境;采用集群式基础数据库以及行业分布式数据库相结合的方法,建设需求业务部门信息资源数据库集群,开发建设重点业务应用系统和决策支持系统。在数据采集与更新方面,采取常规信息日常采集和重点专项业务信息及时更新相结合的运行机制,充分挖掘、处理、集成、开发利用与深度分析现有数据资源,及时汇总和处理分析动态信息流,确保和加强信息资源共享与更新维护建设。同时,还要建立健全标准、统一、规范的系统安全保障体系、管理制度和运行机制,确保“实景智慧燕郊”的安全运行。2.2.1公共基础数据库。建设实景智慧燕郊,除控制成果数据库、二维地形数据库、遥感影像和数字高程模型数据库、数字栅格数据库、政务地理底图数据库、地名地址数据库、地下管线数据库、卫星影像数据、三维模型数据、地名地址数据库扩建、人口基础数据库、法人单位基础数据库、宏观经济基础数据库等智慧城市建设基础信息之外,还需要重要的可量测实景影像数据库。2.2.2实景影像数据。以拓普康IP-S2Lite移动测图系统(图1)为例,简要说明实景数据的采集。在机动车上装配GNSS全球定位系统、IMU惯性测量单元、360°全景数码相机、激光扫描设备等先进的传感器和设备来完成实景测量工作、对街道等信息密集地区进行快速数据采集与更新。在行车过程中采集视频影像和空间信息,通过软件处理将采集到的影像数据集成到GIS数据库中。通过在数字地图上点击进行解析量测、获取位置、属性、影像等综合信息,实现实景影像管理模块对实景数据、点云数据、兴趣点数据实行动态、科学管理,方便查询、缩放和漫游。移动测量系统采集与处理过程简单、减少工作量降低,提高建模精度,成果丰富、直观、具有多样性,在降低了作业成本和缩短工程工期的同时,创造了更大的经济效益。

3平台建设内容

3.1高新区实景三维影像地图建设。实景三维影像地图以地面影像直接反映制图物体,同时包含二维的线划图和三维的可量测影像。包含符合人类视觉和记忆习惯的地面微观影像数据全要素、全纹理的空间特征的大量、可供深度挖掘的信息。通过移动测量技术获取可量测实景影像,搭建实景三维影像地图。移动测量系统在智慧城市建设总体框架中的基础设施层、物联层、框架层和应用层都发挥着重要的作用。其主要功能有:(1)数据管理:对矢量、影像、缓存、目录、元数据、三维模型数据的管理维护、更新及发布,提供地图浏览、查询统计、定位、标注、空间分析以及三维显示等功能。(2)运维管理:提供权限管理、服务的注册运行、维护管理运行状态、并进行监测,保障平台运行的安全和稳定。(3)信息服务:以在线的方式提供地图、影像图、元数据、空间分析等各类标准空间信息服务,支持各应用系统的二次开发和运行。(4)智慧应用:提供国土、市政、交通、公安、测绘、房产、规划、电信等部门空间数据一体化应用及智能化互联互通,信息交换与共享。3.2实现技术与总体结构。城市的建设发展运行都是在三维空间和时间交织的四维环境中进行的。时间、空间是能够描绘记录城市发展轨迹的唯一、最有效的载体。离开了时空,历史的发展就无法展现了。而测绘地理信息是提供时间、空间信息最有效的方式和手段。随着地理空间框架升级为时空信息基础设施,相应要实现四个提升,即空间基准提升为时空基准,基础地理信息数据库提升为时空信息大数据,地理信息公共平台提升为时空信息云平台,支撑环境有分散的服务器集群提升为集约的云环境[3]。地理空间框架中基础地理信息数据库和地理信息公共平台分别部署在不同网络环境,信息交换需跨网摆渡;时空信息基础设施中时空信息大数据和时空信息云平台部署在同一云环境中,信息交换依托服务总线。3.3运行服务。建设实景智慧燕郊(图2)就是建设面向服务的实景城市地理信息公共平台与综合管理平台。提升政府综合管理信息化水平的同时,通过规划、国土、城管、旅游、交通、应急、安全、公众等重点信息管理系统建设和整合,推进综合管理和服务水平。

4结论与讨论

实景智慧城市建设是一个庞大的、系统性的工程,要经过漫长的发展经历和永无止境的发展过程,并且要随着城市的发展和信息化智能化技术的发展而发展变化。未来,随着移动测量技术在不同行业的应用发展,新的需求也逐渐不断产生,移动测量技术将会向着多数据源方向发展,应用必然越来越广泛。同时,随着移动测量数据处理技术向全自动、智能化的方向发展,也将对移动测量技术的应用推广起到极大的推动作用。未来,移动测量技术在实景智慧城市建设的大规模开展及地理信息服务和社会公众服务中的作用将日益凸显。

参考文献

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作者:周亦 单位:北京中色测绘院有限公司

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