大规模倾斜摄影数据在西海岸数字城市平台中的应用与实践

（青岛西海岸新区自然资源局，山东青岛 266000）

0.引言

倾斜摄影是近些年来测绘领域的一项新技术。将西海岸数字城市平台技术引入该项目并成功应用，解决了大比例尺倾斜摄影数据加载、多源数据融合、简化和专业化空间分析模型等技术问题，提高了倾斜摄影数据的应用价值，拓展了倾斜摄影数据在数字城市中的应用。

1.大规模倾斜摄影数据海量加载

青岛西海岸新区倾斜摄影数据量庞大，这给数据的转换、加载、应用性能带来了严峻的挑战，而倾斜摄影模型深入行业应用的重点之一在于能否提供稳定、流畅的加载性能。

本项目依托于SuperMap GIS 平台，利用倾斜摄影模型原生的LOD（多层次细节），几何压缩、纹理压缩、合并根节点、动态调度、创建空间索引等技术，实现了模型一次性下载，一次性载入内存，可以更快的加载模型，减少显存的占用，提高模型数据的负载，提高性能体验。

以合并根节点为例，由于倾斜摄影模型的数据生成过程中缺乏软件和硬件资源，因此有必要将其分成几个小块以生成OSGB模型并将其以平铺方式存储，即将模型存储在一定的空间分为多个块并存储在一个文件夹中，每个文件夹包含一个根节点文件和多个子节点文件。当模型空间很大且数据量很大时，模型将分为多个根节点。读取这些根节点需要很长时间，导致模型加载缓慢。此时，为了提高模型的加载和浏览性能，我们需要合并根节点。“合并根节点”的功能是将根节点合并到某个空间中的根节点中，即，将四个相邻的小块合并到一个新块中，并从上往下细化LOD级别。每次合并，模型根节点的数量将减少原始数量的约1/4。本项目中用到的500km2的原始倾斜数据，共计42835个Tile根节点，通过合并根节点操作，处理之后的根节点数量为835个，极大的减少读取根节点花费的时间，从而提升加载效率。

经实际测试，可实现近5TB倾斜摄影数据基于浏览器顺畅浏览，帧率在30帧以上，性能提升了近78%。

2.多源数据融合

本项目基于统一坐标基准，实现了倾斜摄影数据与二维矢量点线面数据，天地图在线数据，人工建模数据，三维地下管线数据，三维地形数据的高效融合。

多源数据的采集方式、数据精度各有不同。如何将不同精度的数据在同一场景中进行匹配融合，成为本项目的一个难点。通过无人机采集的倾斜摄影数据，几何纠正、辐射校正能达到很高的精度，包括成果数据的高度、长度、面积、角度、坡度等。因此，基于青岛西海岸新区的500km2的倾斜摄影数据，通过SuperMap GIS平台，生成DSM（Digital Surface Model），即数字地表模型数据。本项目通过生成的DSM，进一步修正三维地下管线数据、人工建模数据的高程信息，以此实现多源数据的高精度无缝融合。

3.模型动态单体化

本项目采用阴影体绘制技术将矢量底面附着绘制在倾斜摄影建模数据表面，在不切割数据的情况下，实现了倾斜摄影建模数据的单体化表达，即动态单体化技术。在渲染模型时，矢量平面倾斜模型对象表面会呈现模型数据，然后设置颜色和透明度矢量平面，以达到分别选择对象的效果。在三维渲染中，无需预处理倾斜摄影模型数据，并且将相应的矢量平面动态叠加在倾斜摄影模型上，充分利用矢量面数据模型的空间查询和空间运算能力，支持更为强大的二三维一体化的GIS应用，它类似于一个薄膜，从上到下包裹相应的建筑物和其他物体的模型，根据建筑物的不同业务属性，如施工时间、施工目的、使用寿命等设置不同的颜色和透明度，并将它们包裹在倾斜的摄影数据面上，从而实现分别选择地面物体的效果，直观地将业务属性信息通过倾斜数据进行可视化表达[1]。该技术可以充分利用矢量面数据模型的空间查询和空间运算能力，实现了倾斜摄影建模数据与业务数据的相关联，解决了倾斜摄影建模数据在GIS应用中的难题，有效推动了倾斜摄影建模数据在测绘、规划、数字城市等行业的广泛应用。

4.专业空间分析

针对单体化后的倾斜摄影模型数据，本项目研发了基于空间数据的三维空间分析功能，使倾斜摄影模型不再局限于“看一看”的功能，更适应于城市现状三维分析，产生更多的实际应用。倾斜摄影数据的三维分析包括可见度分析、阴影率统计分析、天际线分析、可见度分析、地下管线分析、剖面分析等。

以阴影率的统计分析为例，地理位置是决定太阳光线空间变化的重要因素。不同的经纬度、模型元素投下的阴影和其他因素都会影响某一地区的日照长度。根据指定范围的经纬度范围，计算该范围在某段时间内受太阳照射的时间长短。在城市规划进行选址时，阴影率统计分析功能输出适宜性模型作为重要参考。

借助SuperMap GIS三维平台的三维空间分析功能以及西海岸新区500km2的倾斜摄影数据，本项目实现建筑模型日照分析计算，通过科学分析城市开发建设过程中对现有交通、市政基础设施承载能力的影响，系统对接道路拓宽分析模型、旧城改造分析模型、道路断面结构分析模型、给水管线控制分析模型、排水管线控制分析模型等城市容量计算模型，预测和规划未来城市发展的容量规模，实现区域开发、项目建设对城市容量的动态解析[2]。

5.城市规划与设计

倾斜摄影数据更多需要真正服务于项目应用。本项目基于倾斜摄影数据和已有的地类图斑数据、城市人口数据等，实现城市规划大数据库管理模块、城市设计研究模块、城市容量智能规划模块、旅游景区管理模块等内容。

在三维摄影数据实景三维系统中，可以实时进行方案调整、规划和设计，快速三维建模、多方案比较、建筑体量调整、立面分析、三维测量等多项专业规划管理功能，利用三维虚拟现实技术更直观准确的表达规划效果，辅助用户进一步理解规划设计，全面掌握建设方案，对工业、交通、住宅、商业、公众服务基础设施等进行合理的组织和布局，使规划设计更加真实可靠、城市空间得到更高的利用、景观空间得到更佳的展示[3]。

6.结语

近几年，随着倾斜摄影测量的发展，利用无人机航测建立的三维模型，成本低、效率高、模型自带真实纹理贴图，被市场广泛认可。而伴随着系统应用要求的提高、数据量的增加和数据类型的多样性给实际工程的应用带来了新的挑战。本文基于西海岸数字城市平台项目中的倾斜摄影数据工程应用，不仅能观察到建筑的顶部和四个方向的侧面，进入一个三维世界，完全符合人眼所看到的真实城市，还研究解决了大规模海量数据加载、多源数据融合、动态单体化、专业空间分析等问题，使得倾斜摄影数据在实践中得到了良好应用，取得了丰富的成果，未来将有更广阔的应用前景。