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摘要：作为城市发展的趋势，数字化城市管理已经在全国多个试点城市得到实现和应用。可量测实景影像是一种融合了移动测量、近景摄影测量等多种先进技术的现代化科技。本文全面介绍了可量测实景影像的原理、优势并以在深圳市南山区进行的城管部件普查项目为案例，阐述了可量测实景影像在数字化城市管理中应用的可行性以及先进性。
关键词：数字化城管；可量测实景影像
中图分类号：TU984.11+1文献标识码：A文章编号：
Abstract: As the trend of urban development, digital urban management has been applied and implemented in many pilot cities in our country. Digital measurable image (DMI) is a new technology that integrates many advance techniques such as mobile mapping and close-range photogrammetry. Its application in urban management can introduce more environment information and real-time interaction function. Theories and advantages of DMI are discussed in this paper. A case study is carried out in Nanshan District in Shenzhen, which illustrates the feasibility and efficiency of DMI’s application in urban management.
Key Words：digital urban management；digital measurable image
1.背景
随着时代的发展，城市规模与居民密度高速增长，城市管理的难度与城市居民对于城市管理的质量要求也随之急剧提高。例如城市垃圾、井盖丢失等，如果不能及時解决，对居民造成的影响将比以前更加严重。这些问题的解决需要城管部门快速而精确的定位、决策以及处理。数字化城管作为一种新型的现代化城市管理模式也已经逐渐走入人们的视野。
2.可量测实景影像
2.1原理
可量测实景影像是指一体化集成融合管理的时空序列上的具有相片绝对方位元素的航空/航天/地面立体影像的统称[4]。可量测实景影像是近景摄影测量技术的一种应用，通过传感器快速采集实景影像对，结合传感器内外方位元素以及对于实景影像中地物像点的选取对地物本身的地理坐标进行解算。
设摄像机主距为f，投影中心S的大地（平面）坐标为（XS，YS，ZS），地物点P的大地坐标为（XP，YP，ZP），像点p的图像坐标为（x，y，-f），A为图像坐标系到大地坐标系的旋转矩阵。投影中心S、像点p与物点P三点共线，则有共线方程[5]：
（1）
其中，A为图像坐标系到大地坐标系的旋转矩阵，假设图像坐标系中某点坐标为（x，y，z），该点在大地坐标系中的坐标为（X，Y，Z），则有（X，Y，Z）T=A（x，y，z）T。在方程（1）中x、y可通过在DMI上进行量测获得，除去待求地物点（XP，YP，ZP）以外，f为摄像机固有技术参数、其余各参数可从摄像机的外方位元素中获得。该方程组为三元一次方程组，欲解得待求点坐标至少需关于XP、YP、ZP的三个线性无关的方程。因此需选取另外一张含有该地物点的影像选中地物点在该影像上的像点。建立两个形如（1）的共线方程组，就可以解算出地物点坐标（XP，YP，ZP），如图1所示：
图1 通过可量测实景影像对量测地物坐标
3.应用案例
3.1整体技术方案
部件普查是数字化城市管理的一个重要方面，以下本文将以深圳市南山区基于可量测实景影像的部件普查为例对该技术在数字化城市管理中的应用进行描述。采用可量测实景影像测量系统进行城市基础部件普查时，应当严格按照普查范围和建设部关于城市基础部件的分类，执行既定的技术规范和要求，其具体实施方案如图2所示。
图2 基于可量测实景影像的部件普查技术方案
3.2基于DMI进行部件普查的操作案例
整个部件普查的技术流程较为复杂，在此仅采用一套操作案例进行说明。
本案例中所有的实景影像都将基于一套高精度的时空模型进行组织，所以首先要进行传感器空间定位定姿数据的获取和处理。可量测实景影像测量系统中集成了用于获取空间定位信息的GPS（全球定位系统）接收机和用于平台定姿的INS（惯性导航系统）。通过GPS差分技术，获得传感器高精度的空间定位信息（如图3a所示），然后利用INS数据对GPS数据进行进一步纠正和加密（如图3b所示）。于是得到了系统的空间定位信息、姿态信息以及精确的运动轨迹，如图3所示。
a GPS数据 b 纠正和加密后的GPS数据
图3 GPS数据的纠正和加密
空间数据和实景影像数据需要进行匹配，以便于实景影像和时空模型进行挂接。空间数据与实景影像数据的匹配可以依据时间信息进行，匹配完成后可以生成实景影像的地理参考。
数据库建立完毕之后就可以实现对城市管理部件基于可量测实景影像的量测。当部件出现在影像视野之内，可以在DMI像对中分别选中目标部件的某点（同名点）。实景影像对中十字丝为指示的为所选中的同名点，下图中带圆圈的十字丝所指示的即为目标地物在二维电子地图上的坐标，如图4所示。
图4 基于DMI对城市部件进行量测
第五步，填写部件的基本属性并将量测结果保存为GeoDatabase格式。
3.3数字化城管成果
由于该系统实现了二维电子地图与可量测实景影像的挂接，在电子地图上选择某部件，其对应的可量测实景影像将被显示；在可量测实景影像上进行量测，其量测结果同样也会在二维电子地图上进行显示（如图4所示）。在基于可量测实景影像的数字化城市管理系统中，可量测实景影像、二维电子地图等资源被集成在一起，各种数据基于统一的时空模型分层进行组织。用户可以通过客户端的图层管理器方便的管理各个城管要素图层，控制各城管要素（例如城市部件）的显示。用户同样可以通过二维电子地图直接对城管要素的空间信息和属性信息进行查询和管理。
参考文献
[1]金世斌. 数字化城市管理的成效、问题与对策——基于江苏四市（区）的调研 [J]. 现代城市研究，2011（4）：83-87.
[2]龚友夫.深圳市数字化城市管理模式纵览 [J].地理信息世界，2008（4）：17-20.
[3]高雁，刘占全.数字化城市管理系统在市容环境管理中的应用 [J].环境卫生工程.2009，17（3）：19-21.
[4]李德仁. 论可量测实景影像的概念与应用——从4D产品到5D产品 [J].测绘科学.2007,32（4）：5-7.
[5]孙家炳.遥感原理与应用 [M].武汉：武汉大学出版社，2009:104-105.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：数字化城管；可量测实景影像
中图分类号：TU984.11+1文献标识码：A文章编号：
Abstract: As the trend of urban development, digital urban management has been applied and implemented in many pilot cities in our country. Digital measurable image (DMI) is a new technology that integrates many advance techniques such as mobile mapping and close-range photogrammetry. Its application in urban management can introduce more environment information and real-time interaction function. Theories and advantages of DMI are discussed in this paper. A case study is carried out in Nanshan District in Shenzhen, which illustrates the feasibility and efficiency of DMI’s application in urban management.
Key Words：digital urban management；digital measurable image
1.背景
随着时代的发展，城市规模与居民密度高速增长，城市管理的难度与城市居民对于城市管理的质量要求也随之急剧提高。例如城市垃圾、井盖丢失等，如果不能及時解决，对居民造成的影响将比以前更加严重。这些问题的解决需要城管部门快速而精确的定位、决策以及处理。数字化城管作为一种新型的现代化城市管理模式也已经逐渐走入人们的视野。
2.可量测实景影像
2.1原理
可量测实景影像是指一体化集成融合管理的时空序列上的具有相片绝对方位元素的航空/航天/地面立体影像的统称[4]。可量测实景影像是近景摄影测量技术的一种应用，通过传感器快速采集实景影像对，结合传感器内外方位元素以及对于实景影像中地物像点的选取对地物本身的地理坐标进行解算。
设摄像机主距为f，投影中心S的大地（平面）坐标为（XS，YS，ZS），地物点P的大地坐标为（XP，YP，ZP），像点p的图像坐标为（x，y，-f），A为图像坐标系到大地坐标系的旋转矩阵。投影中心S、像点p与物点P三点共线，则有共线方程[5]：
（1）
其中，A为图像坐标系到大地坐标系的旋转矩阵，假设图像坐标系中某点坐标为（x，y，z），该点在大地坐标系中的坐标为（X，Y，Z），则有（X，Y，Z）T=A（x，y，z）T。在方程（1）中x、y可通过在DMI上进行量测获得，除去待求地物点（XP，YP，ZP）以外，f为摄像机固有技术参数、其余各参数可从摄像机的外方位元素中获得。该方程组为三元一次方程组，欲解得待求点坐标至少需关于XP、YP、ZP的三个线性无关的方程。因此需选取另外一张含有该地物点的影像选中地物点在该影像上的像点。建立两个形如（1）的共线方程组，就可以解算出地物点坐标（XP，YP，ZP），如图1所示：
图1 通过可量测实景影像对量测地物坐标
3.应用案例
3.1整体技术方案
部件普查是数字化城市管理的一个重要方面，以下本文将以深圳市南山区基于可量测实景影像的部件普查为例对该技术在数字化城市管理中的应用进行描述。采用可量测实景影像测量系统进行城市基础部件普查时，应当严格按照普查范围和建设部关于城市基础部件的分类，执行既定的技术规范和要求，其具体实施方案如图2所示。
图2 基于可量测实景影像的部件普查技术方案
3.2基于DMI进行部件普查的操作案例
整个部件普查的技术流程较为复杂，在此仅采用一套操作案例进行说明。
本案例中所有的实景影像都将基于一套高精度的时空模型进行组织，所以首先要进行传感器空间定位定姿数据的获取和处理。可量测实景影像测量系统中集成了用于获取空间定位信息的GPS（全球定位系统）接收机和用于平台定姿的INS（惯性导航系统）。通过GPS差分技术，获得传感器高精度的空间定位信息（如图3a所示），然后利用INS数据对GPS数据进行进一步纠正和加密（如图3b所示）。于是得到了系统的空间定位信息、姿态信息以及精确的运动轨迹，如图3所示。
a GPS数据 b 纠正和加密后的GPS数据
图3 GPS数据的纠正和加密
空间数据和实景影像数据需要进行匹配，以便于实景影像和时空模型进行挂接。空间数据与实景影像数据的匹配可以依据时间信息进行，匹配完成后可以生成实景影像的地理参考。
数据库建立完毕之后就可以实现对城市管理部件基于可量测实景影像的量测。当部件出现在影像视野之内，可以在DMI像对中分别选中目标部件的某点（同名点）。实景影像对中十字丝为指示的为所选中的同名点，下图中带圆圈的十字丝所指示的即为目标地物在二维电子地图上的坐标，如图4所示。
图4 基于DMI对城市部件进行量测
第五步，填写部件的基本属性并将量测结果保存为GeoDatabase格式。
3.3数字化城管成果
由于该系统实现了二维电子地图与可量测实景影像的挂接，在电子地图上选择某部件，其对应的可量测实景影像将被显示；在可量测实景影像上进行量测，其量测结果同样也会在二维电子地图上进行显示（如图4所示）。在基于可量测实景影像的数字化城市管理系统中，可量测实景影像、二维电子地图等资源被集成在一起，各种数据基于统一的时空模型分层进行组织。用户可以通过客户端的图层管理器方便的管理各个城管要素图层，控制各城管要素（例如城市部件）的显示。用户同样可以通过二维电子地图直接对城管要素的空间信息和属性信息进行查询和管理。
参考文献
[1]金世斌. 数字化城市管理的成效、问题与对策——基于江苏四市（区）的调研 [J]. 现代城市研究，2011（4）：83-87.
[2]龚友夫.深圳市数字化城市管理模式纵览 [J].地理信息世界，2008（4）：17-20.
[3]高雁，刘占全.数字化城市管理系统在市容环境管理中的应用 [J].环境卫生工程.2009，17（3）：19-21.
[4]李德仁. 论可量测实景影像的概念与应用——从4D产品到5D产品 [J].测绘科学.2007,32（4）：5-7.
[5]孙家炳.遥感原理与应用 [M].武汉：武汉大学出版社，2009:104-105.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。