倾斜摄影测量在智能交通中的应用

倾斜摄影测量在智能交通系统中的应用

1. 引言

城市的可持续发展需要现代化的交通管理基础设施。在21世纪，协调经济发展与环境保护，同时保持社会经济发展、人口、资源与环境之间的平衡，已成为共识。建立一个确保一体化、快速、便捷、安全且经济高效的交通协调系统，是交通基础设施的前提，也是可持续发展的保障。现代协调系统能够优化道路交通状况，提高资源利用效率，同时协调城市道路管理与客运与货运，从而缩短人们的出行时间，提高车辆使用率，降低交通能耗，并减少车辆产生的噪声。

倾斜摄影测量与实时三维技术已广泛应用于智能交通系统的设计与建设中。该技术需要集成3D软件、数据库、数据快速加载、快速3D扫描以及各方的实际需求。基于DLG/DOM（数字线划图/数字正射影像图）中地物的形状和特征，根据其功能、3D图像及实际需求对地物进行筛选和分类，进而生成3D模型，作为智能交通系统的数据库。

本文其余部分组织如下。第二节介绍了倾斜摄影测量的优势。第三节阐述了使用倾斜摄影测量进行数据生成的流程和原理。在第三节中进行了说明。第四节介绍了在智能交通中的应用及解决方案。第五节对全文进行总结。

2. 倾斜摄影测量的优势

2.1. 倾斜摄影测量的原理

倾斜摄影测量是一种新兴的测绘领域的高科技。与只能垂直拍摄的正射影像不同，由于飞行平台上通常配备多个传感器，如图1所示，它不仅可以从垂直方向，还可以从四个倾斜角度进行图像采集。这样，用户能够看到符合人类视觉的真实且直观的世界。

倾斜航空影像不仅能够反映地物，而且还能极大地通过集成先进的定位技术、精确的地理信息、丰富的影像和更优的用户体验，拓展遥感影像的应用。

由于倾斜影像为用户提供了更丰富的地理信息和更友好的用户体验，可广泛应用于城市交通、资源管理、国土安全、城市管理、房地产税收、应急响应等领域。

2.2. 倾斜摄影测量在海外市场中的应用

倾斜摄影测量的处理软件已经发展了近20年。例如，美国天宝公司的AOS系统、德国莱卡的RCD30系统以及以色列VisionMap公司的A3系统，经常出现在国际摄影测量展览和摄影仪器市场上。相应的三维建模软件包括法国Infoterra公司的Pixel工厂、宾利公司的Smart3D软件以及中国超图公司的GIS7C。东方黎明和华正公司提供的后处理软件在中国倾斜摄影技术的工程应用中处于领先地位。然而，这两家公司的解决方案仍需要激光雷达数据的支持。目前，利用倾斜航空摄影同步生成数字正射影像图、数字高程模型、真正射数字影像图、数字表面模型以及实时三维产品，并针对交通领域进行定制化生产，仍然是一个挑战。本文旨在探索倾斜航空摄影测量的创新可能途径。

3. 倾斜摄影测量数据生成技术

3.1. 集成倾斜航空摄影测量生产流程

为确保质量和效率，必须依托成熟的先进测绘技术，集成基于高分辨率遥感影像数据的“PixelGrid”测绘系统进行数据处理。利用“PixelGrid”软件，我们可根据多种匹配特征或网格点在复杂地形条件下高效获取DEM/DSM，仅需少量人工编辑。同时采用集群分布式并行处理技术、自动高效网络平差和影像匹配方法，自动生成DSM和DEM数据。在DEM生产过程中，主要应用PixelGrid的空中三角测量加密成果，通过生成核线影像、种子点线匹配、自动影像匹配，再利用PixelGrid对原始测区表面进行恢复，并结合滤波、均值插值等工具生成高精度DEM。基于DEM对原始影像进行正射纠正后，再通过色调均化、分幅切割和轮廓处理，获得标准分幅DOM成果。通过DSM重采样实现TDOM，即进行影像几何校正。由于DSM保留了建筑物、桥梁和树木的高程信息，最终生成的影像不仅能纠正地形，还能纠正地表建筑物，并以垂直角度保持地表景观。然后可利用Photomesh生成初步TDOM。最后需进行以下步骤：1 对影像噪声和不完整阴影进行检查与修复；2 拼接单幅影像，检查并修正边缘；3 调整整体色彩。流程如图2所示。

传统空中三角测量
进行影像匹配与核线化 影像采集
初始DSM生成
初始DEM生成
单影像纠正
初始DOM生成
生产 倾斜实时 3D模型
初始TDOM生成
原始数据采集
影像拼接与纠正
色调均化与调整
获取最终DSM、数字高程模型、数字正射影像图、真正射数字影像图

航空影像数据采集规定：
- 我们应首先确定轮廓，据此划定分区边界保持一致。子区域内的高程差不应超过摄影高度的六分之一。分区跨度应尽可能大，且摄影路线应保持直线。若存在剧烈高程差、地形特征显著差异或特殊要求，可采用分幅地图。
- 对于建筑物，采集顺序应从最高层级开始，以确保上层完整性，然后逐步扩展到下层。房屋外部轮廓应准确裁剪。
- 对于道路，高速公路应详细采集，包括道路两侧的护栏以及道路中央的隔离带。采集等宽道路时，应使用平行线，以使道路两侧保持相同高度。

假设拍摄区域中存在一个航空摄影区，如图3中的红色范围所示。考虑到实际飞行效率，可将拍摄区域扩展至如图3中黄色范围所示的区域。

3.2. 单体化建模

因为需要区分在交通指挥与控制中针对特定的建筑物、街道、桥梁等，我们采用自动单体化建模，并使用CityBuilder对真实城市场景中的3D模型建筑物进行处理。导入专题数据后，真实城市场景的3D模型在生成具有细节层次（LOD）的优化模型的同时被自动分割，从而生成具备快速加载速度、大显示范围、无损数据压缩特性，且具有优化流和完整纹理的3DML城市模型。样本单体模型如图4所示。

4. 智能交通综合解决方案

倾斜摄影的一个重要作用是构成构建一个比高分辨率卫星图像更具交互性且更精细的场景。它能够辅助决策。

4.1. 用于交通网络集成服务系统

倾斜摄影测量通过在线平台为行业主管部门、企业、员工和公众提供统一、标准化和一站式交通服务，提升了行业主管部门的效率和服务满意度。服务内容包括在线政府管理、行政信息管理、合法性审查、电子监管、信息服务及其他功能。借助倾斜摄影与3D建模技术结合实时交通监控数据，可使虚拟场景更加逼真。图5显示了系统界面。

4.2. 用于智能交通调度系统

由倾斜摄影测量技术支持的智能交通调度系统（如图6所示），主要负责确保公共交通系统的有效运行与安全。其根本目的是保障各公司运营车辆的有效部署，保证各线路车辆准时、均衡、有序运行，并为公众提供出行服务。同时，该系统还对违法违规行为进行追踪，确保车辆安全运行，并及时有效地处理事故，以实现企业的年度战略目标。倾斜摄影测量技术可为交通智能调度系统提供数字线划图、城市道路网、站点POI和三维城市模型，助力基于全息城市模型的调度与管理真正实现，同时提升有限交通资源的利用。

4.3. 公交服务应用程序中的应用

倾斜摄影测量技术仍可应用于公交服务等移动应用中。该应用可将公共交通动态信息发送给手机用户，以电子地图的形式为公众提供查询服务，地图中集成了站点、路线以及用不同颜色标注的实时路况。倾斜摄影测量技术能够带来沉浸式用户体验，用户可以通过手机生动直观地观察城市道路网的相关信息。

5. 结论

倾斜摄影测量技术能够快速获取高精度实景三维模型，为城市智能交通设计、建设和运营的信息管理提供强大的数据支持。本文以某样本城市的智能交通项目为例，介绍倾斜摄影测量在公众出行服务体系建设中所发挥作用的集成生产流程。该技术将使公众在交通出行中受益。

然而，倾斜摄影测量在城市智能交通中的应用仍处于初级发展阶段，未来将得到广泛应用。