基于基础地理信息的数字城市

<P ><FONT size=3>数字城市，更确切地说是信息城市。它是指综合运用计算机数字化手段（GIS、遥感、遥测、网络、多媒体及虚拟仿真等技术）对城市的基础设施、功能机制进行全方位的数字采集和处理，具有城市地理、资源、生态环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字化、网络化、优化决策的强大功能，用于重大决策的效果预演和对未来发展预测的技术系统。<p></p></FONT></P>
<P ><FONT size=3>数字城市可以理解为数字地球的重要组成部分和重要支撑手段。它符合中国目前工业化和信息化并行的经济生活现状，在中国城市现代化建设中具有重要意义。利用信息技术来进行城市规划、建设、管理、服务，是高新技术和传统产业相结合、拉动经济的新增长点。<p></p></FONT></P>
<P ><FONT size=3>数字城市的关键技术包括以下三个方面：1、基础空间信息的获取和建库；2、城市地理信息系统的建立；3、海量信息的传输。其中基础空间信息的获取和建库是建立数字城市的基础。<p></p></FONT></P>
<P ><FONT size=3><B>一、城市基础地理信息的内容及获取途径</B><B><p></p></B></FONT></P>
<P ><FONT size=3>空间信息技术与空间数据基础设施是数字地球的技术基础之一，国家空间数据基础设施（NSDI）是协调基础地理空间数据集的收集、管理、分发和共享的基础设施。空间信息基础设施的主要内容包括空间信息的获取、空间信息框架、空间信息的集成、融合以及互操作等。空间信息框架结构见图1，空间信息框架的数据模型见图2。<p></p></FONT></P>
<P  align=center><v:shapetype><v:stroke joinstyle="miter"></v:stroke><v:formulas><v:f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></v:f><v:f eqn="sum @0 1 0"></v:f><v:f eqn="sum 0 0 @1"></v:f><v:f eqn="prod @2 1 2"></v:f><v:f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></v:f><v:f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></v:f><v:f eqn="sum @0 0 1"></v:f><v:f eqn="prod @6 1 2"></v:f><v:f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></v:f><v:f eqn="sum @8 21600 0"></v:f><v:f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></v:f><v:f eqn="sum @10 21600 0"></v:f></v:formulas><v:path connecttype="rect" gradientshapeok="t" extrusionok="f"></v:path><lock aspectratio="t" v:ext="edit"></lock></v:shapetype><v:shape><v:imagedata><FONT size=3></FONT></v:imagedata></v:shape><p></p></P>
<P ><FONT size=3>专题数据：土壤、植被、水资源、能源、生态环境、公用设施、人口、矿产资源、社会经济…<p></p></FONT></P>
<P ><FONT size=3>基础数据：大地测量、行政单元、交通、水文、高程、正射影像、土地地籍…<p></p></FONT></P>
<P  align=center><v:shape><v:imagedata><FONT size=3></FONT></v:imagedata></v:shape><FONT size=3>图2 空间信息框架模型<p></p></FONT></P>
<P ><FONT size=3>从上图可以看出，空间信息基础设施的核心是数据和基于数据的服务。城市基础空间信息主要包括空间数据基准，如城市控制网的覆盖面积及包括的范围、等级控制点的数量及满足需求状况等；数字线划矢量图形（DLG，包括交通、水文、境界等）；数字高程模型（DEM）；数字正射影像图（DOM）；城市真实三维结构模型等。<p></p></FONT></P>
<P ><FONT size=3>传统的测绘学科研究如何获取基础空间信息，即通过大地测量、摄影测量和地图制图的工序，获取各种类型的地图和数据。根据最近建设部对全国部分城市调查显示，当前我国城市空间数据具有如下特点：比例尺大，分辨率高；内容丰富，信息传输效率低；信息老化速度快；数据生产与更新的周期长、费用高；各城市多使用独立的平面参考系统，造成不同城市的数据参考基准不一致；数据种类单调，现势性差，可用性低；数据生产和提供的现状仍然不能满足应用的需求，数据依然是GIS和其它相关系统建立与服务的"瓶颈"等。<p></p></FONT></P>
<P ><FONT size=3>以上情况的出现与政策、法规、管理、地区等密切相关，但与获取数据的手段也有着不可分割的联系。基础空间信息的生产，是建立数字城市的前提和制约因素。这是一项投资巨大，技术要求十分复杂的工程，不仅成果精度要求高，而且信息的内容包含广泛。传统的模拟测图系统和解析测图系统，已经无法满足上述综合性的基础空间信息生产的要求，数字摄影测量系统，是继模拟测图系统和解析测图系统之后，第三代全新的高度自动化的摄影测量系统。它可以针对不同用户的多种需求提供相应解决方案。</FONT><p></p></P>

<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21.1pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><B>二、数据处理</B><B><p></p></B></P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0">1、数据的来源<p></p></P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%">原始资料：航摄胶卷；相机检校参数文件；地面控制点文件。<p></p></P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%">元数据：航摄比例尺；航高；航摄仪主距；航摄单位；航摄日期；航片数；航片编号；高斯-克吕格投影带号；分带方式；中央子午线和标准纬线等。<p></p></P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%">2、数据的获取<p></p></P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%">将航摄负片扫描数字化，依赖获得的数字图像和原始资料以及原数据在数字摄影测量系统中进行数字空三加密，然后进行数字测图，建立起目标地区的数字高程模型DEM，获得正射影像图并测得这一地区的建筑模型数据以及道路、湖泊等属性数据。<p></p></P><P 0cm 0cm 0pt 21pt; LINE-HEIGHT: 150%">利用数字摄影测量系统进行数据采集的流程框图如图3所示。<p></p></P><P 0cm 0cm 0pt 21pt; LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center><v:shapetype><v:stroke joinstyle="miter"></v:stroke><v:formulas><v:f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></v:f><v:f eqn="sum @0 1 0"></v:f><v:f eqn="sum 0 0 @1"></v:f><v:f eqn="prod @2 1 2"></v:f><v:f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></v:f><v:f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></v:f><v:f eqn="sum @0 0 1"></v:f><v:f eqn="prod @6 1 2"></v:f><v:f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></v:f><v:f eqn="sum @8 21600 0"></v:f><v:f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></v:f><v:f eqn="sum @10 21600 0"></v:f></v:formulas><v:path connecttype="rect" gradientshapeok="t" extrusionok="f"></v:path><lock aspectratio="t" v:ext="edit"></lock></v:shapetype><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape><p></p></P><P 0cm 0cm 0pt 21pt; LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>图3 数字摄影测量系统功能框图</P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%">3、数据处理</P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0">数字摄影测量系统采集所得到的数据无法直接进入3DMAX、MultiGen等虚拟现实软件中进行建模，必须经过数据格式转化。利用互操作技术可以将DEM及特征数据转换为需要格式，从而成功实现异构系统间的数据互操作。</P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0">4、 仿真建模<p></p></P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%">仿真三维景观模型是根据建筑物的实际三维地理坐标，构建三维景观模型。三维景观模型可根据大比例尺航摄影像通过数字摄影测量方法，精确测得结构物的空间三维坐标，由软件自动生成建筑物的结构模型并贴上相应的纹理，引入动态软件，形成动态战场环境。也可以选择合适的算法建立起三维地表模型。将正射影像图作为地表纹理，以纹理映射的方式映射到地形表面，形成三维地貌景观。<p></p></P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0">将转成内部格式的属性数据，如道路，湖泊,建筑物等，按照不同的地物属性分层输入，选择或重新建立对应的特征码和表面材质码。在经过三维建模和模型数据库融合后，即得到了该地区的仿真模型。<p></p></P><P 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape><p></p></P><P 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>图4 某地区仿真模型<p></p></P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0">5、虚拟环境生成<p></p></P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0">得到的仿真模型，进入到视景仿真软件Vega中，设置观察者、定义通道、设定环境等参数，在配置合适的驱动环境后，可以设置显示方式为头盔或立体眼镜；设置输入方式为鼠标或操纵杆；在虚拟场景中加入汽车等移动物体。在计算机系统中建立起了对真实世界进行仿真模拟的虚拟环境驱动。利用头盔（或立体镜）、操纵杆（三维鼠标），我们就可以沉浸于这个虚拟现实的城市环境中，漫游其中并且与虚拟环境进行交互操作。<p></p></P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0">6、基础地理信息的获取和建库。<p></p></P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0">（1）、空间测图方面：随着航天遥感技术的飞速发展，由航天飞机和各种大、中、小卫星系统提供的空间遥感图像大量增加，这些遥感图像的空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率在不断提高，正在成为全球地图生产所依赖的重要数据源，为此国际测图业正经历着技术和管理模式的快速转变。目前对传感器、卫星系统以及测图技术等方面的研究方兴未艾。    <p></p></P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0">（2）、三维可视化城市景观的集成数据库研究：数字地球、数字城市，需要我们建立一个三维的、动态的、可视化的景观。我们必须建立一个无缝的集成数据库，这个数据库能管理矢量数据、数字高程模型、地表影像、GPS数据以及遥感数据等。</P><P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0">（3）、数据互操作：研究全数字摄影测量系统、GIS与 VR的互操作以及基于国家空间数据转换标准（CNSDTF）的数据互操作体系的研究。</P>

<P>好文</P>

<img src="images/post/smile/dvbbs/em01.gif" /><img src="images/post/smile/dvbbs/em01.gif" /><img src="images/post/smile/dvbbs/em01.gif" /><img src="images/post/smile/dvbbs/em02.gif" /><img src="images/post/smile/dvbbs/em02.gif" />