1 引言

隨著信息技術、網(wǎng)絡通信技術、航天遙感和宇航定位技術的發(fā)展，地球空間信息學本世紀將形成海陸空天一體化的傳感器網(wǎng)絡并與全球信息網(wǎng)格相集成，從而實現(xiàn)自動化、智能化和實時化地回答何時(When)、何地(Where)、何目標(What Object)發(fā)生了何種變化(WhatChange)，并且把這些時空信息(即4W)隨時隨地提供給每個人，服務到每件事(4A服務: Anyone，Anything，Anytime and Any-where)。從這個意義上講，必須大力推進信息化測繪的建設。要在已經(jīng)建成的數(shù)字化測繪的體系上，抓好測繪生產內外業(yè)一體化、數(shù)據(jù)更新實時化、測繪成果數(shù)字化和多樣化、測繪服務網(wǎng)絡化和測繪產品社會化。而信息化測繪的本質和目標是為社會提供空間信息服務，回答各類用戶提出的與空間位置有關的問題。

長期以來，測繪地形圖是測繪的任務和目標，當前測繪成果稱為4D產品，即數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字正射影像(DOM)、數(shù)字線劃地圖(DLG)和數(shù)字柵格地圖(DRG)。這些產品是由作業(yè)員根據(jù)規(guī)范的要求從原始航空/航天影像上采集、加工制作的。它們是有限的基礎信息，稱為基礎地理信息，不能滿足社會各行各業(yè)對空間信息的需求。大量用戶需要的與專業(yè)應用和個人生活相關的信息，如電力部門的電力設施、市政城管的市政設施、公安部門重點布防設施(消防栓、門牌號碼)、交通部門的交通信息、個人位置要求的快餐廳等細小的信息，這些均無法涵蓋在傳統(tǒng)的4D產品中。例如公安地理信息系統(tǒng)中的基本信息來自4D產品的僅占20%，其余80%需要通過實地調查來補充。問題出在什么地方?主要問題由從原始的來自客觀世界的影像經(jīng)過測繪人員按規(guī)范加工后，只保留了基本要素，而將上述原始影像中包涵的大量信息給刪除掉了。為什么不能將原始的可量測影像作為產品(連同量測軟件)直接提供給客戶，由用戶按需求去量測呢?

如果將原始的立體影像對(地面、航空或者航天影像)，連同他們的外方位元素一起作為數(shù)字影像(Digital Measurable Images)存儲和管理起來，并在互聯(lián)網(wǎng)上提供必要的使用軟件，就有可能直接由用戶根據(jù)其需要去搜索、量測、調繪和標注出他們所需要的空間目標的信息。［1］

2 概念

一種新型的測繪產品——DMI可量測實景影像正是在這種情況下提出來的。國家測繪局已正式頒布了有關DMI的國家技術標準文件，在標準文件中正式將DMI納入了基礎地理信息產品范疇，并將其定義為4D產品的補充。具體如下：

可量測實景影像（Digital Measurable Image，簡稱DMI）是一種以地面近景攝影測量立體影像文件及其外方位元素構成的基礎地理信息產品，通過可量測實景影像提供的開發(fā)包可直接對立體影像進行測量、信息提取并與其他基礎地理信息產品集成，是我國基礎地理信息數(shù)據(jù)庫為適應按需測量采集更新空間信息的一種新的產品。可量測實景影像主要由立體影像對、外方位元素描述文件和開發(fā)包組成?？闪繙y實景影像可通過移動道路測量系統(tǒng)采集得到，并可以通過開發(fā)包與4D產品無縫集成，是對我國4D基礎地理信息產品進行有效補充的一種重要產品。

與平面投影的4D產品不同的是，DMI是一種地面近景可量測影像，主要按照人的視角提供詳細的城市立面信息，包括：城市部件信息、建筑物外立面信息、道路及附屬設施信息、POI信息、城市詳細的環(huán)境信息、地形信息、自然景觀信息以及反映城市現(xiàn)狀的社會、經(jīng)濟乃至人文類信息等。DMI不是一種經(jīng)過修飾、裁剪的測繪產品，而是以高清晰度、高分辨率影像的方式來直接反映制圖物體以及自然環(huán)境的原貌，它既包含了所要量測的目標地物信息，又包括了與之有著物理相關的各種自然和社會信息。對于行業(yè)用戶而言，既可從DMI中提取所需要的業(yè)務要素，又可進行數(shù)據(jù)的挖掘，更好滿足管理與決策上的高級應用。對于公眾而言，影像是客觀世界的最直觀和最真實的寫照，也是無需專業(yè)知識判讀，最易理解的“數(shù)字城市”，可直接回答公眾有關城市地理信息方面的問題。［2］

具有時間維度的DMI在空間信息網(wǎng)格技術上形成歷史搜索探索挖掘，為通視分析、交通能力、商業(yè)選址等深度應用提供用戶自身可擴展的數(shù)據(jù)支持。所以，DMI作為一種新型數(shù)字化產品，是體現(xiàn)從專業(yè)人員按規(guī)范量測到廣大用戶按需要量測的跨越。［1］

3 DMI理論基礎

3.1 移動道路測量系統(tǒng)（MMS）

移動道路測量技術作為一種全新的測繪技術，它是在機動車上裝配GPS(全球定位系統(tǒng))、CCD (成像系統(tǒng))、INS/DR(慣性導航系統(tǒng)或航位推算系統(tǒng))等傳感器和設備，在車輛高速行進之中，快速采集道路前方及兩旁地物的可量測立體影像序列(DMI)，這些DMI具有地理參考，通過統(tǒng)一的地理參考和攝影測量解析處理，實現(xiàn)無控制的空間地理信息的采集和建庫。并根據(jù)應用需要進行各種要素，特別是城市道路兩旁要素的按需測量。［1］

需要指出的是，移動測量獲得的原始影像數(shù)據(jù)與相應的外方位元素可自動整合建庫，而按需測量是由用戶在網(wǎng)上自行完成的，所以移動測量獲取的數(shù)據(jù)就不再需要專業(yè)測量人員加工，可直接成為上網(wǎng)的測繪成果。

3.2 DMI原理

圖1 DMI原理圖

圖1中，假設需測量點A與點B之間的距離。在MMS中，可以獲得到左右像片的內外方位元素，并按某種規(guī)則將左右像片投影到全景圖上，點A、B在全景圖的投影分別為AP、BP，點A在左右像片上的投影點分別為A1、A2，點B在左右像片上的投影點分別為B1、B2。A1與A2、B1與B2并不一定重合，為敘述和作圖方便假設它們重合。

由于我們看到的是全景圖，因此要量測A與B之間的距離，首先要知道AP、BP在全景圖中的位置，這個可以根據(jù)鼠標在屏幕中的位置和全景圖此時旋轉的角度及視角來確定；其次，就點AP而言，根據(jù)將左右像片投影到全景圖的規(guī)則的逆過程，由AP推導出點A在左右像片上的像平面坐標A1和A2；再由坐標A1和A2、左右像片的內外方位參數(shù)，利用共線方程即可求出點A的坐標，同理可求出點B的坐標，即可求出點A與點B之間的距離。

由上面可知，可以計算出任一點的真實坐標，從而可以計算出距離、周長、面積等等想知道的未知量。

DMI數(shù)據(jù)組織圖

上圖為DMI數(shù)據(jù)組織圖，由MMS采集數(shù)據(jù)后得到可量測立體影像序列DMI，DMI由許多單個可量測立體影像組成，每個可量測立體影像中應該包括一副全景圖、6張像片及每張像片的內外方位元素和像片向全景圖投影的規(guī)則，其中的數(shù)據(jù)也按此方法進行組織。在實際操作過程中，根據(jù)需要還應建立可量測立體影像與二維地圖之間的索引，以滿足單個可量測立體影像與二維地圖之間進行互動；各可量測立體影像之間進行切換等等。

在最大限度地采集了各種道路綜合信息之后，通過相應的數(shù)據(jù)處理軟件，可方便地將各種位置數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)以及圖像進行后處理，最后存儲在開放式的數(shù)據(jù)庫中，并可輸出形成各種適應于不同需要的數(shù)字地圖成果（如：導航電子地圖等）。另外，用移動測量采集的數(shù)據(jù)也可與傳統(tǒng)人工測量所得數(shù)據(jù)以及航片、衛(wèi)片資料相結合，從而形成更為全面的地理信息系統(tǒng)。

4 DMI系統(tǒng)功能

4.1 可視化信息瀏覽功能

● 固定路段的活動影像瀏覽：指定路段，采用幻燈片方式進行影像數(shù)據(jù)的瀏覽，能夠前一幀和后一幀的方式控制，也可以系統(tǒng)自動播放。

● 對定制路段活動影像的瀏覽：指定一條線路，該線路可能是通過路徑搜索或手工指定獲取的路線。瀏覽的方式與固定路段的活動影像瀏覽方式相同。

● 地圖點擊瀏覽：用戶點擊地圖，可以方便查看地圖空間點附近的最近影像，提供按需測量的功能。

4.2 影像標注功能

標注點可以方便的查詢。標注的信息記錄在數(shù)據(jù)庫中。標注的具體內容如下：

● 標注類型：重點保護單位標注、案件標注、交通事件標注等等?？梢愿鶕?jù)應用要求，訂制標注內容。

● 對于數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)存在的點狀興趣點，可以通過工具在人工參與的情況下把這些點狀地物也標注在影像上。

● 標注的信息（如標注ID、用戶自定義屬性（編碼、名稱、分類等）、標注對應的影像和標注在影像上的位置），既可以保存在服務器的標注庫中，也可以保存在客戶GIS數(shù)據(jù)庫中，具體根據(jù)開發(fā)方式而定。

4.3 影像量測功能

能夠在近景影像圖片上進行量測，具體如下：

● 地物尺寸：地物的長寬高量測，通道的寬度量測。

● 空間坐標：提供地物的空間坐標的量測。

5 DMI應用領域

5.1 城市部件管理中的應用

城市部件是最基本的城市要素，具有最明確的產權單位或管理維護單位.按照城市管理功能分為公用設施類、道路交通類、市容環(huán)境類、園林綠化類、房屋土地類和其它等六大類，如井蓋、路燈、交通標志牌等。

DMI在城市部件管理中的應用主要有：

1) 實景影像是對萬米單元網(wǎng)格管理的補充。

城市萬米單元網(wǎng)格系統(tǒng)在我國已經(jīng)得到廣泛應用，盡管管理過程中出現(xiàn)了一些問題，但總體效果比較滿意.城市立面街景影像的應用，沒有擯棄原有的萬米網(wǎng)格系統(tǒng)，而是在其基礎上解決萬米網(wǎng)格系統(tǒng)無法解決的問題，實現(xiàn)對城市萬米網(wǎng)格系統(tǒng)的優(yōu)化。

2) 城市部件影像量測

為了給室內執(zhí)法檢查提供便利條件，為執(zhí)法人員提供執(zhí)法依據(jù)，新的管理手段提供了部件規(guī)格的測量功能.通過近景立體影像對提供的坐標量測功能，可以確定影像上任意一個點的坐標，從而可以計算兩點的距離.獲取部件的規(guī)格要素屬性主要包括長度、面積、高度等。

3) 城市立面街景影像采取瀏覽和測量雙模式

根據(jù)城市管理應用需求，結合MMS采集影像的方位，城市立面街景影像的應用可采取兩種模式，一種是能夠提供廣角視野的瀏覽模式，便于大視角瀏覽城市街景和道路左側、前方、右側的城市部件，為其管理決策提供服務；另一種是利用可量測實景影像，進行部件量測和添加部件的測量模式，便于發(fā)現(xiàn)未普查到的部件并將其添加到數(shù)據(jù)庫，也方便城管執(zhí)法人員在計算機前判別違規(guī)和不合理的部件和事件，使其執(zhí)法有理可據(jù)。

4) 城市立面街景影像多種關聯(lián)關系的建立

應用城市立面街景影像進行城管部件管理，最基本的目的就是要實現(xiàn)在定位到地圖部件的同時能觀察到部件的影像.因此，無論采取哪種模式，都必須建立城市立面街景影像多種關聯(lián)關系，即影像與地圖關聯(lián)、影像與道路關聯(lián)、影像與部件關聯(lián)、影像與視頻關聯(lián).影像與地圖關聯(lián)可以實現(xiàn)將城市立面街景影像定位到所在地圖位置；影像與道路關聯(lián)可以實現(xiàn)將城市立面街景影像定位到某一條道路；影像與部件關聯(lián)可以實現(xiàn)點擊地圖部件的同時，觀察部件影像；影像與視頻關聯(lián)可以實現(xiàn)在觀察影像的同時瀏覽連續(xù)視頻與音頻信息。

5.2 公路上的應用

1) 公路綜合管理

在采用移動道路測量系統(tǒng)獲取的可視、可量、可挖掘的地面立體影像對序列的基礎上，對可量測實景影像進行測量與任意標注，并將其鏈接到其他專業(yè)數(shù)據(jù)庫中，真正實現(xiàn)公路地理信息、專業(yè)臺帳信息和可視化影像信息的有機結合，從而為各業(yè)務、應用和服務系統(tǒng)提供一個完全真實的數(shù)字公路平臺，進而為公路發(fā)展規(guī)劃、路網(wǎng)布局、公路建設、公路災害的有效預測、預警、預報以及突發(fā)性事件快速處理提供決策支持及公眾服務，最終實現(xiàn)公路信息化、可視化和智能化管理。

2) 公路路政管理

公路路政巡檢部門為了確保所轄區(qū)域內公路線路的正常運作，需要派出路政巡檢人員定期對公路及所附屬的構造物和路況質量進行檢查、評定，還需要對公路的養(yǎng)護管理資料進行更新、存儲、分析，并且為養(yǎng)護管理人員提供數(shù)據(jù)分析以提高管理質量。通過便攜式系統(tǒng)、移動巡查車系統(tǒng)和固定監(jiān)控系統(tǒng)可極大提高效率。

3) 公路養(yǎng)護管理

養(yǎng)護是公路管理部門的主要業(yè)務，基于實景三維影像的公路綜合管理系統(tǒng)可以為公路養(yǎng)護提供全方位的支持。通過公路巡查車系統(tǒng)和便攜式系統(tǒng)實時對道路進行監(jiān)控，完成從病害檢測、養(yǎng)護計劃下達、養(yǎng)護竣工驗收的閉環(huán)管理。

4) 公路應急指揮

因交通事故、隧道火災、臺風、暴雨等自然災害侵害常常會引發(fā)公路及附屬設施損壞，使公路無法正常運行的情況。為保證在突發(fā)性災害發(fā)生時，減少損失，盡快恢復正常秩序，必須要建立一套完善的公路應急搶險系統(tǒng)和應急儲備體系，基于實景三維影像的公路綜合管理系統(tǒng)能夠提供對公路應急管理的全面支持。

5.3 公安系統(tǒng)上的應用

在公安系統(tǒng)中的應用主要有：以房管人；以人查房；案、事件查詢；建筑物高度、通道高度/寬度、射擊/通視距離等測量；實時監(jiān)控（動、靜結合）；接、處警精確定位；警用車輛（人員）定位、跟蹤；警戒路線等。

在通道高度/寬度、射擊/通視距離等測量的應用中，警用用戶關心的設施和設備的幾何屬性：長、寬、高、面積，也可以通過在立體影像對上的測量獲取，如通過對重點地物的幾何屬性（建筑物高度、通道高度/寬度、射擊/通視距離等）進行快速測量，可滿足公安用戶的安保部署、反恐等多方面的應用需求。

5.4 在其它領域中的應用

一個典型的公眾出行服務系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：出行信息發(fā)布和查詢子系統(tǒng)；路徑選擇子系統(tǒng)；實景導航子系統(tǒng)。

6 寧波市DMI建設應用現(xiàn)狀

寧波院目前正在開展重點區(qū)域的全景影像數(shù)據(jù)庫建設，目前已經(jīng)完成了部分區(qū)域的數(shù)據(jù)采集工作。該數(shù)據(jù)庫可以為數(shù)字城管、公安等提供全景影像服務。對于重點關注的線路、地區(qū)和部位，均可將其實景圖像拍攝下來存放在數(shù)據(jù)庫中?？梢约訌妼χ攸c地段和部位的可視化管理。

為圓滿完成世博會“環(huán)滬護城河”安保任務，寧波院依托自己建立的城市三維仿真數(shù)據(jù)庫，綜合應用三維數(shù)字地圖、數(shù)字側視地圖、可量測實景影像等新測繪產品，360度展示安保區(qū)域景觀，靜態(tài)動態(tài)結合、精確度與清晰度高，可模擬比較多套安保方案，有效提高了處置突發(fā)事件和執(zhí)行世博安保能力。

為不斷提高測繪保證能力，寧波院通過基礎測繪現(xiàn)代化技術裝備建設，進行測繪產業(yè)升級，2010年初采購了數(shù)字實景影像采集系統(tǒng)。目前，在正在開展的“寧波市基礎測繪十二五規(guī)劃”中，寧波市準備把DMI的生產和處理納入到基礎測繪范疇，保證市規(guī)劃區(qū)主要道路的實景影像的采集、加工、建庫和維護。

7 結論

面對海量對地觀測數(shù)據(jù)和各行各業(yè)的迫切需求，我們面臨著數(shù)據(jù)既多又少的矛盾局面，一方面數(shù)據(jù)多到無法處理，另一方面用戶需要的數(shù)據(jù)又找不到，致使無法快速及時地回答用戶提出的問題。由移動道路測量技術獲取的可視、可量、可挖掘的實景影像DMI可以實現(xiàn)聚焦服務的按需測量。［1］

可量測實景影像包含有豐富的空間信息、屬性信息以及社會人文、環(huán)境信息，具有可視化、可量測、可挖掘的特點，可量測實景影像在城市部件管理、公路應用、公安系統(tǒng)等的應用極大地減輕了人員的勞動強度，提高了工作的服務效率和群眾滿意度，實現(xiàn)了對空間、時間和責任上的精確定位，而且有連續(xù)的視頻和多角度立面影像記錄，使城市管理、公路應用、公安系統(tǒng)等轉向精確的可視化管理。

基于可量測實景影像DMI的空間信息服務代表了下一代空間數(shù)據(jù)服務的新方向，并與空間信息網(wǎng)格服務、空間信息自動化、智能化、實時化服務有機結合，實現(xiàn)空間信息大眾化，為全社會、全體公民提供直接服務，從而達到做大信息化測繪的目標。