城市地理信息系统中的全景地图技术研究

应 蕾

浙江省第一测绘院，浙江杭州 310012

随着我国科学技术的不断发展和进步，数字化的时代已经到来，而城市地理信息系统中的全景地图技术就是利用数字化的科技手段来实现平面数字图像向三维立体空间转换的一种高新科技，能够给用户带来一种真实性、立体性的拟真交互性体验。全景地图技术研究是一种融合数字图像处理技术、空间定位技术、数字电路以及互联网技术于一体的综合性学科研究，其目的就是要实现二维技术向三维全景与二维地图的结合，为人们的生活和出行提供便利条件。

1 城市信息系统中全景地图体验的好处

1.1 真实性

在城市地理信息系统中实现全景地图技术研究，用户只要打开地图，就能实现全景浏览，能够利用全景地图找到城市的各个景点、酒店、商场，而且非常的真实和清晰，这样用户就可以根据自己的需要在地图上漫步，在真实的体验中展示自我，各取所需。

1.2 立体性

全景地图技术可以实现景观的立体感，让用户通过地图来实现一种图中畅游的感觉，能够把城市的各种信息以拟真的形式出现，用户可以跟着前进的箭头，缓缓步行在城市街道中，而且对于自己所需要的景点信息还能够进行角度的转换，实现360°全方位的全景景观，而且在这种视角的转换中还能够搜索到每个细节，并能放大。假如你想住酒店，就可以利用全景地图走进酒店、查看餐厅、室内环境以及各种布局、陈设，让用户足不出户就能达到立体化的查询，既快捷又方便，即使是对于一座陌生的城市，即使是“路痴”也不会迷路。

2 城市信息系统中全景地图技术的现状分析

虽然城市地理信息系统中全景地图技术的应用为人们提供了更加方便和全面的路程条件，但它在我国的发展较晚，其全景技术也是在近年来才得到重视和关注的。在整个全景地图的研发过程中，有两项关键性的技术是不容忽视的，即全景技术和电子地图发布技术。简单的说，全景技术就是摄影技术的一次升华，是对于图像虚拟技术的一次防真性进步，实现了二维摄影技术的真实性的二维效果。在我们传统的摄影技术中是无法实现360°全角度的三维效果的，而全景技术则是在传统摄影技术的基础上运用电子地图的设计，数据库建设以及网络技术的辅助，来实现全景技术的开发和研究。而电子地图发布技术则是在对各个地图图块进行拼接、切割等等处理之后，再根据各个用户的需求来进行地图的预生成，最后根据用户的请求来进行拼接而实现。

当前应用最为广泛的全景地图系统采集设备主要有Ladybug系列产品，它是由Point Grey公司研制的，还有一种就是Dodeca 2360产品，这是由Zmmersive Media公司研发的。其中Ladybug可以实现水平方向以及顶部多个图像的传感功能，达到多幅图片同时采集，但它在图片采集过程中也存在着很大的弊端和不足之处。比如说，场景采集的不全面性、拼接效果不佳以及重叠区域较少，尤其是底部图像无法得到显现更是其最大的缺点之所在。而Dodeca 2360产品与Ladybug相比较，其采集图像的效果更好、质量更高，并且还能够实现全景视频输出功能，但它的价值却非常的昂贵，而且还无法实现与空间数据的一体化处理及发布。

3 全景地图技术的深入研究

3.1 对采集器的研究

全景采集器是由数码相机、时间同步器、接收机以及护罩构成的。要想达到全景技术的数据采集，就必须要依靠采集器来实现，所以说全景采集器是全景地图技术中的核心部分。但是全景采集器的缺点就是其图像传感器成像点相距的非常近，特别适用于短线的摄影及测量采集工作，而对于全景地图技术中的景点、街道等区域的景物拍摄，因为工作量大，所要采集的信息量也非常多。在对于采集器的设计方面就要进行全面的考虑，比如说对于那些摄影路线较长的景点可以在设计上采用拼接的效果，而且为了更进一步提高所拍摄景物的GPS信号，还可以添加相应的加速计或陀螺仪等设备。如果是车载的采集器进行全景地图采集工作，就必须要满足一些特定的条件要求：一是水平视域角度的要求。其全景相机的拍摄水平视域角度之和必须要大于360°，而且两个相邻的相机之间还要保证留有重叠的区域，以保证画面的完整性。二是垂直角度的要求。全景相机的垂直拍摄角度要达到180°，这样才能拍摄到全方位的景观。三是相邻相机要求的视角之关必须要相等。四是接收机的位置要处于相机的焦点重心之位。五是采集器必须要能够有效的防震和防抖，这样才能保证拍摄画面的清晰度。比如说在进行全景的拍摄过程中，为了达到其180°的垂直拍摄效果可以采用鱼眼镜头来作为全景图像的采集器，因为鱼眼镜头比普通镜头的广角更大，更有利于全景技术的实现。

另外，时间同步器和控制系统更是实现全景技术的重要保障，它不但可以实现数据与GPS定位数据的一致性，而且还能够综合利用网络时间来实现各项技术的同步进行，达到全景地图技术的有效性。具体来讲，一是要为全景图像采集实现时间的统一性。这就要求在其C/S的设计上入手，要在局域网布置一台时间服务器，并利用串口数据通信来获取时间信息，这样才能保证采集设备时间的准确性。二是要实现全景图像采集的同步性，可以利用多线程技术进行全景图像的采集程序编写。三是为了实现固定时间间隔时全景数据采集的不间断性，可以采用系统所提供的一种高精度的定时器，这种定时器误差只有1ms，既保证了数据的采集质量，也提高了数据采集的效果。而且这种定时器还可以设置时间间隔点，达到景观与位置的对应性。

3.2 全景地图技术中的拼接研究

全景技术从根本上讲就是一种把图像进行虚拟以后实现全景图片库的拼接。当前所采用的镜头大多都是鱼眼镜头，它不但可以实现大视角的拍摄，而且还能够使拍摄的图像更加的清晰。把全景图片进行无缝拼接之后，再投影到相应的多面体上，如果这时视点就是多面体的中心点，那么在这个点所能够看到的景观就是它的真实场景。全景图像的拼接过程主要是由选取图像序列的获取、投影模型的选取、图像配准以及图像整合四个流程。其中投影模型的选取与网络环境和全景应用特点相关。

4 全景地图的信息处理及系统发布研究

4.1 数据处理分析

全景地图的数据分析在整个全景地图技术中起着非常重要的作用，它首先要制定全景图像和空间定位数据，以达到与电子地图的规范性对接，而且还要保证数据处理过程中算法设计的合理性，确保各个数据的匹配性。其数据的处理流程通常为：一是要进行图像拼接，只有实现全景图片的无缝拼接，才能令地图技术更具有完整性，这就要求相邻图像的重叠性一定要好，因为在图形拼接时就是要通过这些重叠部分的相同性来确定他们的具体位置的。二是进行GPS数据的内插工作。可以运用计算运载工具的方向和速度对GPS数据进行内插。但是如果没有安装惯导设备，就只能采用线性内插法来进行处理了。三是要对GPS数据进行再匹配。因为在进行拍摄的过程中很可能会遇到各种意外情况或红绿灯现象，这就需要对内插后的数据进行抽稀，保留全景图像所需要的文件。四是进行视角的计算，因为全景地图的拍摄过程通常都是沿着道路的方向前进的，但用户的需求却并不是如此的单一，只有计算出视角的正切值，才能满足用户的需求。五是当出现道路交叉情况时，为了保证全景的真实性效果，就要对这些交叉路口进行单独的计算。六是要达到全景图像投影到多面体内部的目的，就要将图像进行镜像的变换。

4.2 系统分布分析

在全景地图系统制作完毕之后，用户就可以进行全景式的浏览与观察，其发布软件的设计流程见图1。

图1 全景地图系统设计

5 结语

总而言之，城市地理信息系统中全景地图技术的研究已经成为近年来城市发展的一个热点，它不但可以实现图像虚拟现实的技术，而且还能够为人们的生活和出行带来很大的便利条件，并且能够实现政府部门对道路养护、城市规划等方面的管理，实现城市面貌的改变，成为为人民服务的一个有利工具。

[1] 李海亭，张淼，彭清山.城市地理信息系统中的全景地图技术研究[J].城市勘测，2011（3）：39-43.

[2] 黄超杰. 城市地理信息系统中的全景地图技术[J]. 城市地理，2017（4X）.

[3] 周平. 城市地理信息系统中若干问题研究[D]. 大连理工大学，2004.