劉 勤，劉堅耿，嚴(yán) 俊

（1.浙江省義烏市勘測設(shè)計研究院, 浙江 義烏 322000）

可量測360°街景地圖建庫與在線發(fā)布技術(shù)分析

劉 勤1，劉堅耿1，嚴(yán) 俊1

（1.浙江省義烏市勘測設(shè)計研究院, 浙江 義烏 322000）

提出一種融合360°高清全景影像和三維激光點云的可量測街景地圖建庫與快速在線發(fā)布技術(shù)。首先對可量測街景地圖的特征和數(shù)據(jù)模型進(jìn)行探討，提出基于車載三維激光全景移動測量系統(tǒng)的連續(xù)可量測街景處理和建庫方法。其次，提出了可量測街景影像在線發(fā)布的技術(shù)框架，設(shè)計并開發(fā)了基于Flex的街景客戶端瀏覽控件。最后，以天地圖·義烏為例，開展從車載三維激光全景移動測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理到街景發(fā)布實踐，建立了義烏市可量測街景地圖在線服務(wù)，并與市級地理信息共享服務(wù)平臺無縫對接，實現(xiàn)了市級地理信息共享服務(wù)平臺街景在線發(fā)布。

可量測街景；三維激光掃描；移動測量系統(tǒng)；Flex；街景服務(wù)

城市三維可視化表達(dá)是城市地理信息公共服務(wù)平臺和智慧城市研究的一個主要方向。傳統(tǒng)的單純使用帶紋理貼圖的三維線框模型對城市地理環(huán)境的重建難以真實還原城市場景信息[1-5]。信息量豐富、直觀易讀、更新和便捷快速的城市360°街景地圖以街道連續(xù)全景影像全方位真實呈現(xiàn)環(huán)境信息，瀏覽者可以拖拽地圖從不同的角度瀏覽真實物體，形成一種全新的三維空間立體效果，被廣泛應(yīng)用于智慧城市地理信息公共服務(wù)[3,4]。國際上，Google地圖2008年推出其街景服務(wù)Street View，微軟于2010年推出其街景服務(wù)技術(shù)預(yù)覽Street Slide[6-8]。國內(nèi)，城市吧、SOSO地圖、百度地圖相繼推出其街景全景服務(wù)[8,9]，但還停留在全景圖瀏覽階段，尚未形成街景地圖深度應(yīng)用體系。本文提出一種融合360°高端全景影像和三維激光點云的可量測街景地圖建庫與快速發(fā)布技術(shù)。

1 可量測街景地圖定義及其數(shù)據(jù)模型

360°城市街景地圖將傳統(tǒng)二維電子地圖所無法表達(dá)的立面信息通過高清攝影的方式呈現(xiàn)在用戶面前，通過全息紋理、真實場景展現(xiàn)道路兩側(cè)的城市細(xì)節(jié)，給予用戶身臨其境的體驗。一個可量測街景由360°全景影像及其內(nèi)、外方位元素構(gòu)成，通過唯一的GUID進(jìn)行標(biāo)識、存儲和索引，其數(shù)據(jù)模型為：

DMI={GUID,InnPara,ExtPara,ImageDate} (1)式中， GUID表示可量測實景影像的唯一編號，根據(jù)其產(chǎn)生時間和內(nèi)容自動生成； InnPara表示內(nèi)方位元素，主要用于描述攝影中心與相片之間相關(guān)位置以及相片畸變參數(shù)；攝影中心與相片之間相關(guān)位置包括3個參數(shù)，即攝影中心S到像平面垂距（主距）及像主點在像平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Xo、Yo；相片畸變參數(shù)可根據(jù)不同的畸變模型選擇；ExtPara表示外方位元素，主要用于確定攝影光束在攝影瞬間的空間位置和姿態(tài)； ImageDate表示可量測實景影像的影像數(shù)據(jù)本體，通常采用jpeg、tiff等格式存儲。

可量測街景地圖不但要以真實的方式展現(xiàn)三維空間，而且要能夠使得地理信息、圖片信息和空間分析等有機結(jié)合。因此，可量測街景除具備360°全景可視化的特征外，還具有直接三維可視化、可量測、可標(biāo)注和可定位等特點。因此，可量測街景不僅要具有連續(xù)的360°全景影像，后臺還需要三維激光點云提供量測定位數(shù)據(jù)。通過將三維激光點云數(shù)據(jù)與全景影像配準(zhǔn)，從激光點云中提取立面建筑物的面片，實現(xiàn)基于街景影像的單片量測、基于面片的街景跳轉(zhuǎn)、標(biāo)注、鏈接，街景定位搜索以及影像間的無縫瀏覽，如圖1。

圖1 全景影像與點云融合的可量測街景

2 可量測街景處理和建庫技術(shù)流程

可量測街景需要建立統(tǒng)一的時間和空間坐標(biāo)參考，以絕對的空間位置實現(xiàn)與其他地圖數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)?；谲囕d三維激光全景移動測量系統(tǒng)進(jìn)行可量測街景采集、處理和建庫的技術(shù)流程如圖2。

車載三維激光測量系統(tǒng)采集道路360°全景影像數(shù)據(jù)和三維激光點云，在統(tǒng)一的POS定位定姿數(shù)據(jù)支持下，將連續(xù)全景影像與三維激光點云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)?？梢暬癁g覽時利用街景影像，量測時直接利用三維激光點云數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮街景影像的直觀可視化特性和激光點云數(shù)據(jù)量測性，實現(xiàn)基于連續(xù)全景影像的量測?？紤]到互聯(lián)網(wǎng)瀏覽的數(shù)據(jù)，還需要對全景影像進(jìn)行金字塔切片，基于三維激光點云進(jìn)行面片提取，建立具有地理參考的可量測街景影像庫，為后續(xù)街景服務(wù)的建立和客戶端瀏覽奠定基礎(chǔ)。

圖2 可量測街景數(shù)據(jù)處理與建庫

3 可量測街景在線服務(wù)發(fā)布方法

可量測街景數(shù)據(jù)成果在線服務(wù)發(fā)布以SOA架構(gòu)，采用基于組件架構(gòu)和策略來進(jìn)行系統(tǒng)層次體系架構(gòu)設(shè)計，采用面向?qū)ο蟮姆椒▽M件與服務(wù)進(jìn)行構(gòu)建。在數(shù)據(jù)層面上，通過良好的數(shù)據(jù)模型設(shè)計來應(yīng)對各種變化。在實現(xiàn)上，通過各個層次的復(fù)用提高系統(tǒng)的開發(fā)效率和系統(tǒng)的靈活性?？闪繙y街景服務(wù)需要覆蓋城市道路密集的全景影像數(shù)據(jù)，每個全景影像數(shù)據(jù)文件大小超過20 M，基于空間位置請求全景圖片需要較高的網(wǎng)絡(luò)帶寬，直接影響可量測街景影像服務(wù)的用戶體驗。漸進(jìn)式網(wǎng)絡(luò)傳輸與瀏覽方法被廣泛應(yīng)用于在線地圖服務(wù)。針對連續(xù)可量測街景影像快速、高效客戶端瀏覽問題，可量測街景影像在線服務(wù)發(fā)布首先需要對高清全景影像進(jìn)行金字塔切片，對每幅全景影像建立金字塔切片數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)街景漸進(jìn)式傳輸瀏覽，保證用戶在不同視角瀏覽街景影像時相同的用戶體驗。可量測街景地圖在線服務(wù)發(fā)布技術(shù)方法如圖3。

根據(jù)街景影像金字塔切片數(shù)據(jù)模型，本文以富客戶端Flex為開發(fā)工具，開發(fā)了可量測街景影像瀏覽客戶端，如圖4。

圖3 可量測街景在線服務(wù)發(fā)布技術(shù)

圖4 Flex街景影像客戶端

圖4中，F(xiàn)lex街景影像客戶端可以實現(xiàn)任意角度的街景影像瀏覽，能夠動態(tài)顯示道路名稱和道路線，并關(guān)聯(lián)POI數(shù)據(jù)。用戶通過鼠標(biāo)點擊或者拖拽，可實現(xiàn)街景自動漫游。Flex街景影像客戶端具備空間關(guān)聯(lián)查詢和定位接口，在激光點云生成的面片支持下，實現(xiàn)基于街景影像的幾何量測（圖5）、定位和自由跳轉(zhuǎn)。

圖5 街景量測

4 在線服務(wù)實例

本文以中海達(dá)iScan一體化三維激光全景移動測量系統(tǒng)進(jìn)行了義烏市連續(xù)街景影像數(shù)據(jù)和三維激光點云數(shù)據(jù)的采集。按照本文方法對街景和點云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，建立連續(xù)可量測街景影像庫，并與義烏市地理信息共享服務(wù)平臺數(shù)據(jù)進(jìn)行空間關(guān)聯(lián)。按照WMS和WFS服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)布可量測街景影像服務(wù)，以Flex街景客戶端控件與天地圖·義烏進(jìn)行對接，直接在天地圖·義烏上發(fā)布連續(xù)可量測街景服務(wù)，如圖6。

圖6 義烏市可量測街景在線服務(wù)

由圖6可見，連續(xù)可量測街景與二維地圖同時發(fā)布，地圖服務(wù)和街景服務(wù)的交互查詢和定位瀏覽，表明本文街景影像數(shù)據(jù)處理和發(fā)布技術(shù)正確可行，可用于市級地理信息共享服務(wù)平臺街景在線服務(wù)。

5 結(jié) 語

連續(xù)360°街景開創(chuàng)了一種全新的地圖閱讀方式，也開啟了一個實景三維地圖體驗的模式，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文提出的連續(xù)可量測街景數(shù)據(jù)處理和在線服務(wù)技術(shù)能夠有效地實現(xiàn)街景在線瀏覽，具有很強的實用性。需要進(jìn)一步深入開展大范圍可量測街景應(yīng)用服務(wù)，探索可量測街景行業(yè)應(yīng)用。

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1672-4623（2015）01-0048-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.016

劉勤，高級工程師，研究方向為數(shù)字城市地理信息公共服務(wù)平臺。

2014-06-18。

項目來源：國家自然科學(xué)基金資助項目（41271452）。