穆 星

(中色藍圖科技股份有限公司,北京 101300)

0 引言

鄉(xiāng)村數字化治理是農村現代化建設的重要組成部分,傳統(tǒng)的綜合治理平臺多以區(qū)域矢量圖和衛(wèi)星影像等二維空間為主,目前部分企業(yè)開發(fā)了三維可視化平臺,應用傳統(tǒng)技術如3dMaxCADRevit等進行建模,需要大量人工參與,制作周期長,紋理與實際效果偏差較大,無法實現全真實可視化管理。而鄉(xiāng)村數字化治理環(huán)境千差萬別,需要真實還原鄉(xiāng)村實況,以便進行決策管理[1-3]。

傾斜攝影測量技術使用多相機從不同角度獲取影像數據,可以高效、準確地獲取三維信息,具有自動化程度高及成果信息豐富等特點,被廣泛應用于監(jiān)測與變形分析、舊城改造、輔助古建筑物數字化保護與文化遺產傳承等方面。本研究基于傾斜攝影測量技術建立鄉(xiāng)村實景三維模型,研發(fā)了三維可視化綜合管理平臺,通過接口調用實景三維模型,實現實景三維模型應用及鄉(xiāng)村管理等多種功能,研究結果對提升鄉(xiāng)村管理能力、推動鄉(xiāng)村治理體系現代化發(fā)展具有一定的參考價值。

1 傾斜攝影測量技術

無人機傾斜攝影測量技術是以無人機為飛行平臺,搭載多角度相機,通過航拍獲取目標物清晰完整的影像數據,改變了傳統(tǒng)航拍技術的限制,有效提高了三維模型生產效率,可更加清晰地反映地面實物的實際情況,大幅度降低三維建模數據的獲取時間、人力及經濟成本。圖1所示,PP′為相機主光軸,ON為被攝點的垂直與地平線方向,t為PP′與ON的夾角,當傾斜角度5°30°時,為高度傾斜影像[4]。

圖1 傾斜攝影的傾斜角度Fig.1 Tilt angle for oblique photography

2 影像數據采集及實景三維模型的重建

2.1 作業(yè)區(qū)概況

實驗測區(qū)為浙江省某鄉(xiāng)村,常住人口約2500人,是一個聚居式的紅色旅游示范村,有著獨特的山水風光及生態(tài)優(yōu)勢。擬利用物聯(lián)網、大數據等技術打造“鄉(xiāng)村大腦指揮駕駛艙”,實現對該村的農業(yè)、生態(tài)環(huán)境、事件等相關數據可視化及一體化管理,形成覆蓋鄉(xiāng)村的活地圖,助力生產方式升級、治理模式創(chuàng)新及生活方式改善,打造區(qū)域鄉(xiāng)村數字化治理樣板。擬基于無人機傾斜攝影測量技術建立測區(qū)實景三維模型,開發(fā)三維可視化管理平臺實現相關功能,在實景三維模型基礎上進行綜合分析,整體技術流程如圖2所示[5]。

圖2 整體技術流程設計Fig.2 Overall technical process design

2.2 傾斜攝影影像數據采集

外業(yè)影像數據采集應用大疆悟2進行獲取。大疆悟2無人機相機角度分為下視與側視兩種方式,下視云臺角度設為90°,側視角度為45°,分別從房屋的東西南北及頂視方向拍攝,主要參數如表1所示。

表1 悟2參數

應用大疆悟2無人機進行影像數據采集時需應用大疆智圖軟件制定航線計劃,根據采集區(qū)域的實際情況制定適合的采集計劃,如航線規(guī)劃、高度、速度、采樣時間、傳感器參數等。航線規(guī)劃的關鍵是在保證影像覆蓋全面的同時盡可能避免掉線或拍攝死角。需進行像控點數據采集并對無人機及設備進行安全檢查,執(zhí)行數據采集,按照制定好的航線計劃進行影像數據采集。

2.3 實景三維模型的重建

使用Terra photo軟件對機載激光數碼影像進行勻光勻色處理,通過添加顏色點自動補償大幅度的色彩變化,進行整體色彩分配。實景三維模型重建使用Context Capture Master軟件,添加要建模的照片及控制點信息文件,再進行刺點,輸入外業(yè)實測的像控點坐標并進行POS解算。進行空三加密任務,包括提取連接點、匹配連接點、光束法區(qū)域網平差、創(chuàng)建區(qū)塊提交空三任務。構建不規(guī)則三角網,生成實景三維模型,如圖3所示[6]。

圖3 傾斜攝影實景三維模型Fig.3 3D model of tilted photographic reality

3 鄉(xiāng)村數字化治理綜合平臺的設計

使用SuperMap SDX+空間數據庫引擎、SuperMap iServer 10i服務器實現地理空間服務發(fā)布,通過SuperMap iClient3D for WebGL API接口加載測區(qū)實景三維模型,建立基于B/S架構的綜合治理平臺,實現三維模型的格式轉換、場景加載及空間數據管理[7-8]。

將Context Capture Master軟件建立好的實景三維模型保存為*.osgb格式,并在SuperMap平臺上對該格式模型進行轉換,得到*.scp格式文件,三維模型進行格式轉換及配置文件生成后,在SuperMap iDesktop 10i軟件中新建三維球面場景加載實景模型,壓縮三維場景并生成場景緩存文件*.S3M,生成場景緩存,使用SuperMap SDX+空間數據庫引擎管理空間數據,使用SuperMap iServer 10i服務器實現地理空間服務,發(fā)布三維服務。如圖4所示。

圖4 數字鄉(xiāng)村綜合治理平臺Fig.4 Digital rural integrated governance platform

主要實現功能包括:①實景三維模型管理。實景展示。通過傾斜三維模型提供真實、方便、直觀的鄉(xiāng)村實景信息,通過旋轉、縮放等得到測區(qū)真實的地形、交通、建筑等。量測分析。在實景三維模型上對建筑物、道路、樹木、土地等進行測量,獲得相應的高度、寬度、面積、體積等數據。規(guī)劃設計。在實景三維模型上對道路、綠化、水系等進行分析、規(guī)劃及模擬,將規(guī)劃結果進行可視化展示,并進行評估及分析。例如,通過模型分析山地與水系的位置、高度、坡度等指標,支持鄉(xiāng)村旅游規(guī)劃及生態(tài)保護。通過模型分析道路的寬度、長度、交叉口密度等指標,支持交通規(guī)劃及道路設計。通過分析建筑分布、使用情況、居住環(huán)境等指標支持住房規(guī)劃及房屋設計。②鄉(xiāng)村管理。主要包括以下幾方面:a.農業(yè)管理。土地管理:實時展示村莊所在地的土地資源及農業(yè)發(fā)展情況,對村莊所有土地建立地籍管理信息,實時進行查詢。地力管理:利用傳感器分析土壤與底層植被等數據,對農田生態(tài)環(huán)境進行實時監(jiān)測及評估。農業(yè)氣象預測:發(fā)布當地氣象情況,根據氣象預警發(fā)布相關通告,以便及時采取應對措施。病害種植管理:當地農業(yè)農村局根據季節(jié)和氣候變化及當地主要種植農作物發(fā)布病蟲害防治建議。b.農村管理?；鶎狱h建:主要管理本地區(qū)基層黨建工作,包括黨員工作、黨務工作、聯(lián)系群眾、黨建宣傳等。扶貧監(jiān)測:主要對精準扶貧的扶貧文件及具體扶貧信息進行展示,包括扶貧數據的采集、幫扶管理、產業(yè)發(fā)展分析、政策宣傳等。農科展示:對優(yōu)秀農產品、新型經營主體、農戶進行宣傳及推介。c.農民管理。包括農戶基本信息錄入、農人圈互動交流、村民組織活動發(fā)起、在線發(fā)布需求等。③大數據可視化分析。對應用平臺中涉及的農業(yè)、農村、農民指標進行數據挖掘及統(tǒng)計分析,以雷達圖、柱狀圖、折線圖等多維圖形直觀展示三農大數據。

4 結束語

介紹了傾斜攝影測量技術原理、步驟,探究了其在鄉(xiāng)村數字化治理中的應用。結果表明,將傾斜攝影測量技術應用于鄉(xiāng)村數字化治理三維可視化平臺中可為鄉(xiāng)村規(guī)劃、監(jiān)測、管理等提供直觀的數據支撐,提高信息獲取精確度及時效性,對決策分析及實踐制定具有重要的參考價值。