【科普】实景三维GIS的应用前景

1 引言

随着数字化城市进程的发展，各行业信息化建设也加紧步伐，地理信息系统（GIS）作为信息化的有力工具占据越来越重要的地位。然而，二维GIS本身也面临一些问题，数据太单一、抽象，只能实现宏观的、浓缩的、概略的统计和分析，对于细节则不能面面俱到；GIS系统太专业，需要具备专业知识的用户才可使用；二维地图并不能完全显示出地物和地形的纹理、形状和环境信息等；虚拟三维耗时长耗资大，实际作用并没有达到预期的效果。针对二维GIS的特点，以影像地图为基础的实景三维GIS，作为二维GIS技术的升级产品，成为GIS发展的新方向。

2 实景三维技术

实景三维GIS是在二维GIS的基础之上，增加了连续的地面可量测影像库作为新的数据源，并通过开放的软件与GIS无缝集成，从而给用户提供了具有丰富环境信息和立面信息的实景可视化环境，有效的支持了管理和决策等高级应用。

2.1移动测量系统（ MMS：Mobile Mapping System ）

移动道路测量技术作为一种陆基遥感系统，它是在机动车上装配GPS（全球定位系统）、CCD（成像系统）、INS/DR（惯性导航系统或航位推算系统）等传感器和设备，在车辆高速行进之中，快速采集道路及两旁地物的可量测实景影像序列（DMI），这些DMI具有地理参考，并根据各种应用需要进行各种要素特别是城市道路两旁要素的任意任时的按需测量。

2.2 DMI实景三维空间

可量测实景影像（Digital Measurable Image，简称DMI）是一种以地面近景摄影测量立体影像文件及其外方位元素构成的基础地理信息产品，通过可量测实景影像提供的开发包可直接对立体影像进行测量、信息提取并与其他基础地理信息产品集成，是我国基础地理信息数据库为适应按需测绘采集更新空间信息的一种基础地理信息产品。可量测实景影像主要由立体影像对、外方位元素描述文件和开发包组成。可量测实景影像可通过移动测量系统采集得到，并可以通过开发包与4D产品无缝集成，是对我国4D基础地理信息产品进行有效补充的一种重要产品。

基于近景摄影测量原理，一对DMI立体像对记录了摄影范围内空间对象的三维立体空间，通过摄影测量交会计算，可以获取目标地物的空间三维坐标、物理尺寸。

移动测量系统可以以道路巡航的方式高密度的采集城市的连续可量测影像，在车辆高速行进过程中，能够以5米的间隔就采集一次覆盖360度范围的影像。通过沿城市道路进行地毯式扫描，可以建立城市的海量DMI立体影像库。该影像库实际上全方位的记录了城市的真实环境和三维空间尺寸，从而构成了如图2示意的城市实景三维空间。

2.3 应用现状

应用实景三维技术，不仅可提供地物的抽象二维图，还有与二维图紧密相关的连续可量测影像，这种影像也可应用在城市管理的方方面面。由此，实景三维在城管、公路、公安、铁路等行业进行了深入而广泛的应用。

数字城管，以信息化手段和移动通信技术手段来处理、分析和管理整个城市的所有部件和事件信息，促进城市人流、物流、资金流、信息流、交通流的通畅与协调。基于MMS技术的城管系统提供有街景影像地图的“实景数字城管”，真实再现城市各种部件，满足城市管理在垂直方向上的需求，如如路灯高度论证，广告牌的位置论证，投诉事件定位难等问题。同时，辅助城市管理者进行决策分析，如公共设施选址分析，应急预案模拟，从而提高城市管理的效率和质量：

实景化警用地理信息系统由于基于“可视、可量、可挖掘”的DMI近景影像数据技术，因而具有信息实景化、符号可视化、管理信息丰富等特征，能够帮助公安部门真正实现以房管人、以人查房、案件/事件查询、建筑物高度、通道高度/宽度、射击/通视距离等测量、实时监控（动、静结合）、接（处）警精确定位、警用车辆（人员）定位/跟踪、警戒路线等。

2.4 制约因素

数字城市建设中，实景三维技术可提供城市地上、地下各部门的空间数据，并通过可视化实景的方式展示出来。然而，建立城市信息化管理系统，充分发挥数字城市作用，不仅仅是数据支持就能达到，建立信息化共享平台是前提条件。然后，城市建设各管理部门，各自为政，信息开放共享并不完全，这样同时也制约了实景三维GIS在其中的应用。

3 发展前景

3.1 民用街景导航

全球定位系统的发展，使得车载导航系统得到广泛而普遍的应用。目前的车载导航系统，应用的是二维地图或者三维虚拟地图，这些地图并不能完整全面的显示城市环境和道路状况，无法达到完全指路功能，且地图更新慢也是车载导航的弱点。而依托于MMS系统的实景三维地图恰可弥补这一不足。实景三维技术，不但可提供详细的二维地图，还可将街道全景真实的显示在导航地图上，道路情况、高架桥、信号灯等，都可以一览无余，真正实现环境式导航。而MMS系统采集数据全面、快速、信息量丰富，更能快速的更新导航地图，满足人们各种导航要求。

3.2 数字旅游

我国旅游业目前蓬勃发展，数字旅游的概念，也已不是新鲜词汇，各个景区争相用信息化手段，打造数字化景区。然而，真正建立起数字化景区并充分利用起来的，少之又少。数据采集慢、建立时间长、耗资大、系统应用太专业、虚拟三维丢失细节信息，这些都是导致数字化建立起来却无法充分发挥作用的原因。应用实景三维技术，结合虚拟三维手段，可弥补二维数字景区的不足，充分利用景区地理、环境、人文等各方面的资源，建立以实景影像为特色数据的数字景区公共服务平台，资源开放共享，将会进一步推进旅游的大力发展。

3.3 实景三维世界

物联网以互联网为信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现了互联互通，它的发展，使得电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各行业的物体紧密相连。在物联网的基础上，结合实景三维技术、3S技术和互联网，能实现实景化城市，实景化世界。足不出户，就可了解城市甚至地球的每一个地方，每一个特点，将是未来可见的光景。

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来源：数字孪生城市 转自：GIS时代

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