徐前祥，杜明成

（九成空間科技有限公司）

實(shí)景空間信息促成智慧城市數(shù)據(jù)集成與信息共享

徐前祥，杜明成

（九成空間科技有限公司）

各種信息均與空間地理信息直接或間接相聯(lián)系。智慧城市建設(shè)需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成與信息共享，實(shí)景空間信息因信息全面、時(shí)效性強(qiáng)、紋理真實(shí)、應(yīng)用面廣等特點(diǎn)，是促成智慧城市數(shù)據(jù)集成與信息共享的最優(yōu)空間地理信息，能夠有效支撐智慧城市不同層面、不同領(lǐng)域的應(yīng)用。

空間地理信息；實(shí)景空間信息；智慧城市；數(shù)據(jù)集成；信息共享

1　引言

人類活動(dòng)的百分之八十與空間地理信息直接相關(guān)。空間地理信息技術(shù)以測(cè)繪、遙感、衛(wèi)星導(dǎo)航定位和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)為基礎(chǔ)，與納米技術(shù)、生物技術(shù)并稱為21世紀(jì)最具發(fā)展前景的三大技術(shù)。空間地理信息產(chǎn)業(yè)是我國(guó)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。空間地理信息技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)是智慧城市建設(shè)的核心技術(shù)?？臻g地理信息在智慧城市的建設(shè)中起到集成的作用，是智慧城市資源共享的重要組成部分。

智慧城市建設(shè)是我國(guó)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要內(nèi)容，涉及政務(wù)、產(chǎn)業(yè)、民生各個(gè)方面。打破信息孤島，即要互聯(lián)互通，需要將不同部門間多源、異構(gòu)、多層次、多表現(xiàn)方式的數(shù)據(jù)有機(jī)整合，塑造全面、客觀、易讀的城市綜合運(yùn)營(yíng)信息，從而輔助政府科學(xué)決策，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，造就百姓幸福生活。

2　實(shí)景空間信息技術(shù)

空間信息有兩種表達(dá)方式：矢量和柵格。在數(shù)學(xué)上，矢量數(shù)據(jù)由一串有序排列的坐標(biāo)元組表示，柵格數(shù)據(jù)由規(guī)則的陣列表示。在數(shù)據(jù)采集上，矢量數(shù)據(jù)通過(guò)手工數(shù)字化或全站儀等設(shè)備離散采集的點(diǎn)，構(gòu)成點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)；柵格數(shù)據(jù)通過(guò)掃描儀或數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備獲得影像數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)目的及要求不同，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界人為地有所取舍、抽象與綜合，如在全國(guó)第二次土地調(diào)查中不表示小于600㎡的耕地。柵格數(shù)據(jù)是一種客觀的表現(xiàn)方式，是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的全面刻畫(huà)，但內(nèi)容的精細(xì)程度受地面分辨率影響，地面分辨率越高，表達(dá)內(nèi)容越精細(xì)。目前，衛(wèi)星獲得的柵格數(shù)據(jù)民用最高分辨率可以達(dá)到0.3m，有人飛機(jī)獲得的柵格數(shù)據(jù)最高分辨率可以達(dá)到0.05m，無(wú)人飛機(jī)獲得的柵格數(shù)據(jù)最高分辨率可以達(dá)到0.02m。現(xiàn)有技術(shù)水準(zhǔn)及手段已經(jīng)可以獲得現(xiàn)實(shí)世界全面、客觀的柵格數(shù)據(jù)表達(dá)，并且柵格數(shù)據(jù)作為常見(jiàn)的圖片形式易于專業(yè)技術(shù)人員及非專業(yè)人員無(wú)偏差解讀，有力支撐不同部門的需求。

實(shí)景空間信息是促成智慧城市數(shù)據(jù)集成與信息共享的最優(yōu)空間地理信息。實(shí)景空間信息技術(shù)主要包括傾斜攝影技術(shù)和街景掃描技術(shù)。傾斜攝影技術(shù)通過(guò)獲得同一地物垂直、傾斜等多角度多張高重疊影像，利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)和攝影測(cè)量等技術(shù)，自動(dòng)生成符合人眼視覺(jué)的三維可量測(cè)真實(shí)世界。傾斜攝影數(shù)據(jù)通過(guò)搭載在同一飛行器上的多鏡頭航攝相機(jī)（如SWDC-5、Leica RCD30等）獲得，數(shù)據(jù)處理可通過(guò)Smart3D、PhotoMesh等軟件自動(dòng)生成實(shí)景三維模型、DOM（正射影像圖）、TDOM（真正射影像圖）和DSM（數(shù)字表面模型）。街景掃描技術(shù)通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航定位、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、光學(xué)相機(jī)和激光掃描設(shè)備等，快速在地面獲得周邊地物的位置和影像數(shù)據(jù)。傾斜攝影技術(shù)和街景掃描技術(shù)相互補(bǔ)充，獲得的空中實(shí)景和地面實(shí)景在應(yīng)用平臺(tái)中可以無(wú)縫切換，滿足智慧城市各種應(yīng)用需求。

圖1　實(shí)景三維模型

圖2　人工三維模型

2015年6月11日，九成空間科技有限公司在WGDC 2015正式發(fā)布全球首套包含軟、硬件以及標(biāo)準(zhǔn)工藝的“實(shí)景世界 ”(GR World)產(chǎn)品系列，率先開(kāi)展了傾斜攝影、街景掃描、BIM、移動(dòng)物聯(lián)等新技術(shù)領(lǐng)域的融合創(chuàng)新，覆蓋實(shí)景空間信息的獲取、處理及發(fā)布全流程，推動(dòng)空間地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，助力智慧城市建設(shè)。

與傳統(tǒng)人工建模比較，實(shí)景空間信息具有如下特點(diǎn)。

1）信息全面。傳統(tǒng)人工建模技術(shù)流程是利用矢量圖生成三維白模，再通過(guò)人工戶外拍攝紋理，進(jìn)行紋理映射，渲染后生成三維模型。在矢量圖制作及生成三維白模過(guò)程中，均涉及主觀綜合與取舍，無(wú)法全要素表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界。實(shí)景三維模型對(duì)獲得的影像自動(dòng)匹配，構(gòu)建三角網(wǎng)并自動(dòng)進(jìn)行紋理映射，客觀表現(xiàn)全部現(xiàn)實(shí)要素，信息全面具體。

2）紋理真實(shí)。傳統(tǒng)人工建模紋理圖片需要人工修飾、勻光勻色，生成模型紋理顏色失真、紋理不清晰，真實(shí)感差。實(shí)景三維模型自動(dòng)匹配及勻光勻色，顏色逼真，色彩過(guò)渡柔和，場(chǎng)景質(zhì)感如現(xiàn)場(chǎng)拍攝視頻。

3）時(shí)效性強(qiáng)。傳統(tǒng)人工建模在密集城市建成區(qū)，50人完全制成50km2三維模型數(shù)據(jù)約需耗時(shí)1年。實(shí)景三維模型生成軟件可以并行計(jì)算，每個(gè)節(jié)點(diǎn)每日可生成約5km2三維數(shù)據(jù)。理論上可以通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)每日生成一個(gè)城市三維模型，生產(chǎn)效率極大提高，生產(chǎn)周期極大縮短。

4）應(yīng)用面廣。傳統(tǒng)人工建模數(shù)據(jù)是針對(duì)特定目的而生成的三維模型，不能滿足不同部門對(duì)空間地理信息數(shù)據(jù)的需求，如規(guī)劃部門生成的三維模型數(shù)據(jù)因未完全包含消防設(shè)施而無(wú)法滿足消防部門的應(yīng)用。實(shí)景三維模型作為對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的客觀再現(xiàn)，能夠有力支撐不同部門的應(yīng)用需求。

智慧規(guī)劃（控高）

建筑施工與規(guī)劃方案設(shè)計(jì)

3　智慧城市的數(shù)據(jù)集成與信息共享

現(xiàn)實(shí)世界的人、地、物、事、組織及經(jīng)濟(jì)均運(yùn)行在客觀的空間中，與空間地理信息都有直接或間接的聯(lián)系。已有的數(shù)據(jù)多以文本記錄等方式展現(xiàn)，且多包含地理標(biāo)記，如地名地址信息。對(duì)于無(wú)地理標(biāo)記的記錄，需要人工添加地理標(biāo)記；對(duì)于已有地理標(biāo)記的記錄，可以通過(guò)地理編碼技術(shù)自動(dòng)完成地理匹配。

地理編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了地名地址與空間地理位置的匹配：通過(guò)正向地理編碼，實(shí)現(xiàn)地名地址轉(zhuǎn)換為地球表面對(duì)應(yīng)位置；通過(guò)反向地理編碼，實(shí)現(xiàn)地球表面地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)地址；從而有效實(shí)現(xiàn)空間位置的空間信息與地名地址的文本記錄之間的相互轉(zhuǎn)換，并且通過(guò)空間信息關(guān)聯(lián)各種文本記錄，統(tǒng)一展現(xiàn)于實(shí)景空間信息平臺(tái)上。

實(shí)景空間信息在此過(guò)程中主要體現(xiàn)三方面作用。

1）集成。不同數(shù)據(jù)通過(guò)實(shí)景空間信息邏輯關(guān)聯(lián)，并可統(tǒng)一展現(xiàn)；數(shù)據(jù)源可以包括視頻傳感器等物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、人口等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、車聯(lián)網(wǎng)等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及行政審批等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

2）檢驗(yàn)。實(shí)景空間信息是現(xiàn)實(shí)世界的完全真實(shí)再造，匹配到實(shí)景空間信息的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行地理檢驗(yàn)、視覺(jué)匹配檢驗(yàn)、交叉奇異檢驗(yàn)等，提高數(shù)據(jù)真實(shí)性、準(zhǔn)確性、協(xié)調(diào)性。

3）匯聚。在授權(quán)的前提下，各種數(shù)據(jù)通過(guò)實(shí)景空間信息實(shí)現(xiàn)匯聚，隨著匯聚部門的增多，逐步形成城市綜合大數(shù)據(jù)，支撐智慧城市深層次應(yīng)用。

智慧城市中的信息共享可以分為三個(gè)級(jí)別，即數(shù)據(jù)級(jí)、信息級(jí)及知識(shí)級(jí)。數(shù)據(jù)級(jí)信息共享是最原始級(jí)別的共享，優(yōu)點(diǎn)為數(shù)據(jù)全透明，便于按需進(jìn)行加工及數(shù)據(jù)挖掘；缺點(diǎn)為不了解數(shù)據(jù)內(nèi)涵的用戶無(wú)法使用或錯(cuò)誤使用，對(duì)于業(yè)務(wù)緊密關(guān)聯(lián)的部門，可以開(kāi)通數(shù)據(jù)級(jí)的信息共享。信息級(jí)共享主要是對(duì)統(tǒng)計(jì)信息的共享，以便支持相關(guān)部門參照與使用，信息級(jí)共享應(yīng)在智慧城市中發(fā)展為普遍的一種共享方式。知識(shí)級(jí)共享是指利用專家知識(shí)庫(kù)進(jìn)行智能分析，形成決策輔助信息，直接或間接形成部門間的聯(lián)動(dòng)。隨著智慧城市的建設(shè)以及基于實(shí)景空間信息的集成與共享的增多，對(duì)于匯聚的大數(shù)據(jù)挖掘?qū)?huì)加強(qiáng)，從而產(chǎn)生更多知識(shí)級(jí)共享，指導(dǎo)業(yè)務(wù)發(fā)展，促進(jìn)部門協(xié)調(diào)，形成聯(lián)動(dòng)合力。

4　結(jié)束語(yǔ)

實(shí)景空間信息因時(shí)效性強(qiáng)、信息表達(dá)全面、空間特征普遍等特點(diǎn)，能夠作為最優(yōu)的空間地理信息支撐智慧城市建設(shè)。實(shí)景空間信息并不是取代矢量信息，矢量信息更有利于統(tǒng)計(jì)與分析，可以作為不同層面專題信息與實(shí)景空間信息疊加，從而更完整地支撐智慧城市應(yīng)用。

智慧城市建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)的、復(fù)雜的巨大系統(tǒng)工程，實(shí)景空間信息等技術(shù)只是建設(shè)實(shí)施層面的有力支撐。一個(gè)成功的智慧城市在實(shí)施層面開(kāi)展前一定需要體制機(jī)制的重塑，尤其要形成統(tǒng)一的信息化組織機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理；同時(shí)要選擇合理的建設(shè)模式，發(fā)揮政府和社會(huì)資本的優(yōu)勢(shì)力量。

[1]Hahmanna S,Burghardt D. How much information is geospatially referenced? Networks and cognition[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2013,27 (6): 1171-1189.

[2]Richardson D.Mapping Opportunities[J]. Nature,2004,427:376-377.

[3]黨安榮.智慧城市的實(shí)現(xiàn)路徑[N]. 人民日?qǐng)?bào)，2015-5-31(5).

[4]國(guó)務(wù)院辦公廳.國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見(jiàn)[Z].2014-1-22.

[5]國(guó)家發(fā)展改革委,工業(yè)和信息化部,科學(xué)技術(shù)部,等.關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)[Z].2014-8-27.

[6]中共中央,國(guó)務(wù)院.國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014-2020年）[Z].2014-3-16.

[7]國(guó)土資源部地籍司.第二次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程[Z].2007-6.

Data Integration and Information Sharing Based on Photo Reality 3D Model

XU Qian-xiang, DU Ming-cheng

(Jiucheng Spatial Technology Co., Ltd.)

To construct smart city, data should be integrated on one unified platform for information interoperation and information sharing. Photo Reality 3D Model possesses the most comprehensive and detailed city information. All data directly or indirectly owns location property which is owned by Photo Reality 3D Model. Hence, Photo Reality 3D Model can support different kinds of smart city applications.

geographical information; photo reality 3D model; smart city; data integration; information sharing