沉浸式全息影像室内

时间：2022-08-26 百科知识版权反馈

【摘要】：人类活动中80%以上相关的空间信息在网络服务下发挥着越来越大的作用。当前，空间信息服务平台主要依赖于传统4D产品。随着社会信息化进程的加速，空间信息的完整性、准确性和现势性对空间信息服务的效用起着至关重要的作用。Web 2.0下空间信息服务需求体系如图1所示。因此，可视、可量测、可挖掘的实景影像地图所包含的丰富地理、经济和人文信息是聚合用户数据和实现空间信息社会化服务的全新数据源。

基于可量测实景影像的空间信息服务

加速空间基础地理信息系统数据库及其网络体系建设，加快推进数字化平台建设，将地理空间数据与统计、人口、社会经济等非空间数据相结合，全面服务于电子政务、电子商务、公安、交通、农业、水利和环境等行业已成为实现测绘事业大发展目标的重要保证^［1-3］。当前，按规范进行的测绘生产大多数按照多工序、大分工的作业流程，生产周期较长，且按规范规定的目标和要素测量不能满足全社会空间信息服务需求。在第三代Internet下，空间信息与网络通信技术、增值服务、电子商务、电子政务和电子民务紧密结合，空间信息网格技术为海量可量测的航空、航天、地面立体影像信息共享和按需测量空间信息服务提供了技术支撑^［4，5］。

1　第三代Internet下空间信息服务需求

互联网并不代表信息本身，它提供了一个共享、搜索和发布信息的平台。人类活动中80%以上相关的空间信息在网络服务下发挥着越来越大的作用。网络(第三代互联网)、通信(3G)和网格计算(grid)技术的快速发展和Google Earth的问世，使得原本只有专业用户才能使用的地理信息，让所有互联网用户能够在统一的空间信息服务平台上开展各种工作。这种公众化空间信息服务将大大促进地理信息的应用和普及，并减少应用过程中资金的投入，从而拉动整个产业链爆炸式增长。全球地理信息共享在宏观上巨大地促进了经济的发展。

当前，空间信息服务平台主要依赖于传统4D产品。随着社会信息化进程的加速，空间信息的完整性、准确性和现势性对空间信息服务的效用起着至关重要的作用。就空间信息服务要求的发展趋势来看，它正朝着大信息量、高精度、可视化(除了空间数据和矢量数据外，还需包含可量测真三维实景影像)和可挖掘方向发展。大量用户需要的与行业应用和个人生活相关的信息，无法涵盖在传统的4D产品中，即使是4D产品中包含了这些信息，信息的完整性、准确性和现势性都存在问题。

第三代Internet下Web 2.0理念以及相应技术体系(Grid、Ajax、CSS+ XHTML)为各种商业应用带来全新的运维体系。Web 2.0要求为用户提供的服务具备体验性(experience)、沟通性(communicate)、差异性(variation)、创造性(creativity)和关联性(relation)。对空间信息服务而言，可视性是体验性的基础(Google Earth和Microsoft Virtual Earth)，可按需量测是创造性和差异性的保障，时空可挖掘则为关联性的专业应用提供技术保障。基于空间信息网格的服务平台可有效地融合Web 2.0技术(如Ajax)，为用户提供互动的沟通服务^［6，7］。Web 2.0下空间信息服务需求体系如图1所示。

图1　Web 2.0空间信息服务需求体系

可视、可量测、可挖掘实景影像包含了传统地图所不能表现的空间语义，代表着地球实际的物理状况，是带有与人们生活环境相关的社会、经济和人文知识的地球全息图(knowledge based GIS)。因此，可视、可量测、可挖掘的实景影像地图所包含的丰富地理、经济和人文信息是聚合用户数据和实现空间信息社会化服务的全新数据源。

2　可量测实景影像及其与4D集成

2.1　可量测实景影像定义

传统上生产的4D产品在满足空间信息服务需求方面存在以下问题:

(1)4D产品是现实世界在二维平面上的投影，而不是实景，因此，它不具有可量测实景影像上可能提供的各种可视、可量测和可挖掘的自然和社会信息。

(2)4D产品是按规范而不是按需要量测的产品，无法覆盖各行业用户对信息的需求。如公安GIS只能从4D产品中获取其20%左右的信息，从而产生了4D产品与用户需求之间的信息鸿沟。

(3)多工序、大分工的生产模式使得面向用户的4D产品的现势性较差。

可量测实景影像是指在一体化集成融合管理的时空序列上，具有像片绝对方位元素的航空、航天、地面立体影像(digital measurable image，第5D产品)的统称。它不仅直观，而且通过相应的应用软件、插件和API，让用户按需在其专业应用系统上进行直接浏览、相对测量(高度、坡度等)、绝对定向解析测量和属性信息挖掘。具有时间维度的DMI在空间信息网格技术上形成历史数据挖掘，为通视分析、交通能力分析、商业选址等应用提供用户自身可扩展的数据支持。所以，DMI是满足Web 2.0的新型数字化产品，是体现从专业人员按规范量测到广大用户按需要量测的跨越。

2.2　一种可量测实景影像获取技术———Land based MMS

时空序列上的航空、航天立体影像可来源于对地观测体系中的4D产品库。但是，其垂直摄影和较长的数据更新周期影响了可视、可量测、可挖掘效应的发挥。海量的具有地理参考的高分辨率(cm)地面实景立体像对符合近地面人类活动的视觉习性，并且包含地理、人文、行业和经济信息，成为可视、可量测、可挖掘实景影像体系的首选产品。移动道路测量技术^［8］是一种全新的测绘技术，它在机动车上装配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，在车辆高速行进中，快速采集道路及两旁地物的可量测立体影像序列(DMI)。这些DMI具有地理参考，并根据应用需要进行各种要素(特别是城市道路两旁要素)的按需测量(如图2所示)。

移动道路测量中直接地理坐标参考技术为DMI带来的显著优势在于减少地面控制测量费用，使无控制的地面摄影测量成为可能。移动道路测量系统获取的DMI均具有摄影测量解析所需要的外方位位置元素和姿态元素，配合精确的时刻参数，在严密的摄影测量检校参数支撑下，可使任意空间和时间序列上的DMI构成立体像对，以进行多层次的测量，并与空间数据库无缝融合。此外，移动道路测量技术在作业流程上形成了测量闭环控制，高精度的空间坐标数据与包含丰富属性信息的立体影像同时获得，外业与内业紧密衔接，避免了人为误差。而且获取的多方向可量测实景立体影像本身就是数字化产品，从而大大缩短了从数据采集到产品提供的周期。若多台移动测量系统同步工作，一个月内即可获得特大城市的DMI产品。

2.3　可量测地面实景影像与4D集成

现代信息技术、计算机网格技术、虚拟现实技术和数据库技术的发展使得海量的DMI数据可以与传统的4D产品进行一体化无缝集成、融合、管理和共享，形成全面、现势性强、可视化并聚焦服务的5D(DEM、DOM、DLG、DRG、DMI)国家基础地理信息数据库^［9］，如图3所示。

根据各数据产品库的应用模式，5D国家基础地理信息数据库中各数据产品的集成模式主要有以下几种。

图2　DMI移动测量技术体系

(1)DMI与DOM+DEM的集成

DOM与DEM融合可形成三维可视化模型，是数字城市、数字流域等的主要表现形式，而可量测实景影像DMI可直接进入数字城市，使得各种数字三维的应用既可视又可量测。如图4所示，该集成模式可广泛应用于各种数字城市、数字社区、数字景区等的建设，增强虚拟地理环境的沉浸感、现实感，为各种基于数字模型的规划、设计、旅游提供天地一体化的多视角和多通道交互平台。

(2)DMI与DLG+DOM集成

DOM与DLG融合是空间分析和基础地理信息数据库更新的主要形式，可量测实景影像DMI可以与DOM、DLG无缝集成，在此基础上实现一体化分析和应用。如图5所示，该集成模式可直接应用于基础地理数据库的更新、数据质量检查和行业GIS应用，如大比例尺道路网更新、竣工测量、道路设施(栅栏、标志、标线等)施工验收、数字社区等。

图3　5D国家基础地理系信息数据库

图4　DMI与DOM+DEM的集成

(3)DMI与DOM+DEM+DLG的集成

DMI与DOM、DLG、DEM无缝集成是空间信息服务最完整的模式。将近地DMI数据与高空拍摄的卫片、航片以及数字线划图结合起来，可构成一个从宏观到微观、完全可视化的地理信息库，实现空中飞行鸟瞰和街头漫步徜徉。用户还可在DMI上对地物进行任意标注，并将其链接到其他专业数据库(人口数据库、经济数据库、设备数据库、设施数据库等)中，真正实现地理信息、专业台账信息和图片信息的有机结合，更好地发挥空间信息服务的使用功效。该集成模式可用于大范围空间分析、通视分析、信号覆盖分析以及多角度、全方位的三维立体浏览，可广泛应用于数字战场、应急指挥、抢险救援等。

图5　DMI与DOM+DLG的集成

3　基于可量测实景影像的空间信息服务体系(vLBS)

位置服务(LBS)被认为是继短消息服务(SMS)之后又一重大技术应用，具有上百亿美元的市场价值。目前，全球LBS主要基于4D产品，采用了从粗到精的DOM、DLG和DEM的集成，其中高分辨率卫星影像可提供m级分辨率，部分城市还采用了3D房屋模型。其缺点是所提供的服务是需要判读和理解的二维地形图，即使三维城市模型也不具备可量测、可挖掘功能，不能最有效地反映真实地球表面的三维现实，也缺少cm级的可视可量测实景影DOM、DLG、DEM的集成GIS系统，上方为与鼠标位置相对应的一对可量测实景立体影像，右方为系统操作和属性显示界面。在这样的系统环境下，用户可以从空中进入地面，在高分辨率三维实景影像上漫游，去搜索兴趣点(POI)，进而可查询图形、属性和实景影像。必要时，可按需要在实景立体影像上进行立体测量(绝对精度1 m以内、相对精度5 cm之内)，从而更好地满足各类用户的需求，充实用户的参与感和创造力。

像。为此，作者建议采用DMI与4D产品集成的5D产品来构建新一代的空间信息服务系统(vLBS)。图6为基于可量测实景影像的vLBS数据生产系统。该系统不仅包括常规的4D产品线，还包括MMS作业线和路况信息采集系统。图7为基于可量测实景影像的空间信息服务的一个界面。图中下方为面对海量对地观测数据和各行业的迫切需求，人们面临着矛盾的局面，一方面，数据多得无法处理;另一方面，用户需要的数据又找不到，因而无法快速、及时地回答用户提出的问题。由移动道路测量技术获取的可视、可量测、可挖掘的实景影像DMI可以达到cm级空间分辨率，聚焦服务的按需测量应作为第5D产品充实到国家地理基础地理信息数据库中。基于可量测实景影像DMI的空间信息服务代表了下一代空间信息服务的新方向，并与空间信息网格服务、空间信息自动化、智能化、实时化解析和网络通信服务有机地结合，实现空间信息大众化，从而实现信息化测绘的目标。