賈濟紅，羌鑫林

(江蘇省測繪工程院，江蘇 南京 210013)

0 引 言

隨著地理信息采集技術(shù)的進步與地理信息成果的深入應用，市場需求已經(jīng)逐步從傳統(tǒng)的矢量、影像底圖的基本定位要求，轉(zhuǎn)向?qū)邆涠嗑S、實時、動態(tài)、生動等特點的各類地理信息資源的更高要求，越來越多的地理信息開始走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化、三維化，并開始與業(yè)務(wù)系統(tǒng)相互融合、相互影響、互為補充。360°實景技術(shù)最早可以追溯到20世紀70年代，起初應用于森林資源調(diào)查領(lǐng)域，可以方便對周邊林木進行360°范圍的攝影，有效清查森林資源[1]。實景技術(shù)在2000年初步引入地理信息領(lǐng)域并應用于場景漫游，通過對場景中視點照片的平滑過渡實現(xiàn)切換[2]。從此實景地圖以其對現(xiàn)實的真實反應與良好的人機交互特點，進一步豐富了人類對現(xiàn)實世界的描述方法，為各個行業(yè)提供了新的表現(xiàn)形式。實景地圖通過實地拍攝照片來構(gòu)建真實世界場景，用戶可以第一人稱視角體驗遨游現(xiàn)場、查詢檢索、交流互動等功能。隨著無人機平臺的成熟與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，實景地圖已經(jīng)并非用于簡單的地面地圖瀏覽，而開始通過無人機平臺走向天空，并且通過與計算機技術(shù)的集成來展現(xiàn)真實場景，該技術(shù)可以作為實時數(shù)據(jù)、攝影監(jiān)控、人員定位等多種信息的融合載體，在多源信息聚合、大數(shù)據(jù)集成的道路上占據(jù)了一席之地[3-7]。本文在無人機空中實景獲取技術(shù)和Krpano實景技術(shù)的基礎(chǔ)上，以江蘇省基礎(chǔ)測繪中心建設(shè)監(jiān)測項目為應用案例，對無人機空中實景數(shù)據(jù)的采集技術(shù)路線與在線應用瀏覽進行了研究。

1 關(guān)鍵技術(shù)介紹

1.1 空中實景

實景也被稱作為全景、街景，是一種定點使用多鏡頭同時拍攝多角度或單鏡頭定點拍攝多角度可以覆蓋水平視角360°、垂直視角180°的圖像組織方法。按投影方式的不同，可以分為柱形、球形、圓形、方形等多種類型。按采集方式的不同，可分為空中靜態(tài)單點、空中動態(tài)連續(xù)、地面靜態(tài)單點、地面動態(tài)連續(xù)等多種類型。按采集平臺的不同，可以分為無人機平臺、車載平臺、船載平臺、腳架平臺等多種載體。空中實景與地面實景相比，在拍攝視角與可到達性方面，具有顯著優(yōu)勢。

1.2 Krpano

Krpano兼容HTML5和Flash兩種模式的，屬于WebGL下的一款靈活度高、性能優(yōu)越的輕量型實景在線漫游軟件，可以用于各種實景圖像和互動虛擬模式。Krpano的渲染效果采用Action Script語言實現(xiàn)，場景內(nèi)容的配置則由xml標記語言負責，由于xml的可擴展性，使得實景場景的配置更加靈活，Krpano內(nèi)置了26個主要的xml節(jié)點標記，每個標記都代表著實景場景中的特定要素或有特定含義，xml的靈活性還體現(xiàn)在支持代碼文件的包含引入，這樣便有利于實現(xiàn)場景的模塊化配置，方便代碼的編寫與維護。

Action Script也為Krpano定義了一系列接口，用以控制Krpano的動作。Krpano為制作動態(tài)特效提供了多種函數(shù)，如程序邏輯和流程控制函數(shù)、數(shù)學運算函數(shù)、文字顯示函數(shù)以及動態(tài)加載其它實景圖的函數(shù)等。此外，通過外部Javascript接口函數(shù)，還可與前端的Javascript實現(xiàn)交互，Krpano與外部系統(tǒng)的通信機制見圖。

Krpano的插件為其擴展應用提供了基礎(chǔ)，通過插件的擴展可以將常見的網(wǎng)絡(luò)地圖，如谷歌地圖、天地圖等進行位置定位；VR插件可以實現(xiàn)Krpano對WebVR/MobileVR的支持，從而可以使用頭戴設(shè)備顯示，如使用華為VR眼鏡、小米VR眼鏡得到虛擬現(xiàn)實效果。Krpano的插件擴展為該項技術(shù)的深入應用與交叉融合創(chuàng)造了條件。

2 技術(shù)路線

2.1 總體技術(shù)路線

無人機空中實景采集與處理總體技術(shù)路線，如圖1所示。

圖1 無人機空中實景采集與處理總體技術(shù)路線

2.2 實景數(shù)據(jù)處理

根據(jù)預定路線采用無人機航攝實景圖片，原理與地面實景大同小異。因為在空中拍攝無法手動調(diào)整三腳架，只能通過控制遙控器來操作無人機的航拍角度。通過在無人機的水平視角、斜下固定視角和正向朝下視角等多個方向上，懸停穩(wěn)定拍攝所有照片。

照片數(shù)據(jù)導出后需要進行數(shù)據(jù)的拍攝點位檢查、完整性檢查、重疊度檢查與圖像檢查。檢查通過后通過明暗處理等前期處理方法，提升后期合成的軟件效率。軟件后期的合成，控制點的人工選取可以在PanoramaStudio或者PTGuiPro等類似軟件中完成，處理完成后就可以得到單個點位的實景全圖。得到實景全圖后，使用krpanotools工具的makepano命令切圖，生成名稱為Vtour的文件夾，自帶的配置文件在名稱為tour.xml的文件中，包含視場角型、切片圖像大小、預覽鏈接等參數(shù)，如果不考慮場景中的其他數(shù)據(jù)，生成的Sence文件夾即成為可快速預覽的小網(wǎng)頁。

2.3 在線場景構(gòu)建

Krpano常用的場景結(jié)構(gòu)為UI+Sence模式，其中sence的模式有Normal Panoramas、Multi-Resolution、Panoramic Video Support三種，在Krpano中看到的每一個實景漫游都是一個獨立的場景，分別在一個獨立的scene中進行配置，在scene中可以調(diào)用action動作，可以在里面添加任意的東西，最后被krpano解析之后展示。3.2節(jié)中生成的Vtour文件夾中已經(jīng)自動包含panos、plugins和skin三個子文件夾，panos文件夾中存放了實景漫游縮略圖與切片；plugins中存放了場景中使用的各類插件，為krpano開發(fā)提供了應用擴展；skin文件夾里存放的是漫游中出現(xiàn)的皮膚、熱點、導航條等圖片及vtourskin.xml文件，這個文件是實景漫游的UI文件，瀏覽實景漫游時的導航條、縮略圖、上下左右、放大縮小、全屏縮放等系列功能，都在這個文件里完成；tour.html中標簽中的內(nèi)容為當前瀏覽器的名稱，每個scene中也會有一個title屬性，為對應場景的說明文字，以上均可以使用記事本修改。

Krpano里場景載入有l(wèi)oadpano()、loadxml()、loadscene()、loadpanoscene()幾種方法，分別可以切換到xml文件場景、動態(tài)場景和同頁面scene場景中，相應的函數(shù)為：loadpano(xmlpath,vars*,flags*,blend*)；loadscene(scenename,vars*,flags*,blend*)；loadpanoscene(xmlpath,scenename,vars*,flags*,blend*)；loadxml(xmlstring,vars*, flags*,blend*)。

3 應用實例

重點建設(shè)項目的定期監(jiān)測有利于認真落實項目建設(shè)的進度并實現(xiàn)階段性目標，防范與降低重點項目實施過程中的各類風險，對項目的順利開展和領(lǐng)導機構(gòu)的科學決策具有重要意義。無人機獲取的空中實景為重點項目的定期監(jiān)測提供了全新的宏觀視角，可以全面的獲取在建項目的建設(shè)現(xiàn)狀、建設(shè)動態(tài)以及與周邊環(huán)境的關(guān)系等信息，為科學決策提供數(shù)據(jù)支撐。

以在建的江蘇省基礎(chǔ)測繪中心建設(shè)工程為試驗監(jiān)測對象，采用精靈無人機定期獲取該項目上空的實景影像，每個監(jiān)測點獲取1次實景影像需要在平視、斜視和正視3個角度共獲取原始照片49張。數(shù)據(jù)從飛機的存儲卡導出到電腦后，使用PS軟件完成原始數(shù)據(jù)的修補、色彩調(diào)整等預處理工作，在PTGui Pro軟件中通過自動匹配同名點生成最終的實景全圖影像，重疊度不夠或自動識別效果不理想的需要人工標注同名點，最終生成的每張實景圖片大小約140 Mb。考慮到監(jiān)測數(shù)據(jù)的用戶最終通過互聯(lián)網(wǎng)訪問與調(diào)用，全圖實景影像預先使用krpanotools完成了切片，分成了7 296*7 296、3 648*3 648、1 792*1 792、1 024*1 024共4個層次，切片后tiles共54.9 Mb，從而保證了在線瀏覽的順暢度。本文研究的江蘇省基礎(chǔ)測繪中心無人機監(jiān)測成果最終通過Krpano技術(shù)在線發(fā)布(圖2)。

4 結(jié) 語

無人機的快速發(fā)展給實景技術(shù)帶來新的視角和應用場景，也為工程建設(shè)提供了全新宏觀決策支持信息。相比傳統(tǒng)的地面單點實景、地面車載實景，基于無人機平臺的實景可以提供生動、直觀、動態(tài)、高效的空中視角數(shù)據(jù)，具有周期短、頻率高、現(xiàn)場強的特點?；贙rpano技術(shù)的在線數(shù)據(jù)瀏覽相比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)街景平臺具有上手快、易用性強的特點，可以讓用戶更加專注于實景數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升。今后有以下幾個方面值得深入研究：① 在場景中加入地下、室內(nèi)的信息，做到監(jiān)測實景影像信息的室內(nèi)外一體化；② 在系統(tǒng)中增加時間序列，形成完成的項目生命周期監(jiān)測；③ 在監(jiān)測系統(tǒng)中逐步增加動態(tài)信息、在建工程過程進度信息，配合實景圖像形成完成的項目監(jiān)測信息流；④ 引入人工智能方法，自動對比辨別不同期實景影像數(shù)據(jù)的區(qū)別，輔助項目進度統(tǒng)計?？傊?，無人機平臺實景的獲取與在線發(fā)布是今后地理信息應用與發(fā)展的重要方向。