城市空间数据获取途径
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城市空间数据获取途径
城市空间据获取是实现城市数字化的基础。随着科学技术的发展，航空与近景摄影测量、机载与地面激光扫描、地面移动测量与gps等传感器采集数据的分辨率和准确性都有了明显的提高。目前把城市空间数据获取的途径分为：基于地图的方法、基于图像的方法、基于点群的方法和混合集成的方法。下面对这几种不同的空间数据获取方法进行一下分析。
1.基于地图的方法
基于地图的方法是，利用已有gis数据、纸质地图和cad提供的二维平面数据以及其他高度辅助数据经济快速建立盒状模型。这种三维建模方法，我们要做的最重要的工作就是建立微地貌dem和建筑物dem，然后在gis软件系统中合成为空间城市模型。
我国进行了几次大范围的地形图测图和土地利用详查，有精确的地形图和土地利用图。20世纪70年代，随着遥感和地理信息系统技术的引进，我国地理工作者利用这些地形数据和土地利用图，结合遥感技术，建立并更新了gis基础数据库。在此基础上进一步构建城市dem模型和实现三维影像显示，形成由cad数据→gis矢量数据→gis栅格数据→三维影像的一种城市三维建模的集成处理方法。
2.基于图像的方法
基于立体像对的方法是建立获取城市空间数据和建立立体模型的最基本的方法，也是目前最为常用的方法。它的发展与计算机技术、
遥感技术相互交叉渗透，形成了现代摄影测量技术。目前数字摄影测量技术已经取得长足进步，并趋于成熟。摄影测量成为获取城市空间数据的有效手段，在各界科学工作者的努力下，已经实现自动、半自动获取城市空间信息，建立城市模型。
2.1航天航空立体像对
一般，从航天航空立体像对上获取城市空间数据的方法是先根据航片的原始资料和元数据对立体像对完成内定向、相对定向和绝对定向，然后计算得到dem和dom等产品。dem可以提供建立三维模型的x，y，z数据。而由于航空影像是从城市的顶部方向照的，因此，dom提供城市的顶部纹理。对于城市建筑物的侧面纹理一般有两种处理方法，对于大比例尺的模型，要建模人员到城市实地采集，再贴到建筑物的侧面；对于小比例尺的模型，由于要求的精度不是那么高，建模人员可以根据需要模拟建筑物的侧面纹理。
2.2近景摄影测量
近景摄影测量是摄影测量学的一个分支，它以摄影测量技术为基础，对城市进行摄影，根据相片上记录的信息，获取空间三维信息。一般摄影距离小于100m的摄影测量叫做近景摄影测量。在近景摄影测量中，为了提高测绘精度，通常采用交向摄影，需要对目标物体做不同角度和方向的摄影，以获得整个物体表面的立体覆盖。由于各立体模型之间有大的摄影重叠和立体覆盖，因此可以通过相对定向达到很高的内部精度。
2.3单张照片上提取信息
上面的两种方法都是基于摄影测量的基本原理。单张照片方法不同于上述两种方法，它是从单张照片上提取城市空间数据的。这种方法部分是基于透视的原理，提取物体的特征线进行三维重建，也有基于2.5维的深度图像的方法。目前这种方法还主要在小型物体的三维重建和一些历史古迹（有些历史古迹只有照片，而实物已经不存在了）的三维信息提取。这种方法的费用比较大，花费的人力也比较大，主要是技术上有一定的难度。但是，随着算法的完善、效率的提高，也可以成为一种令人期待的方法。
2.4基于三线阵ccd的数据获取
正如前文提到的，城市空间数据获取技术的发展离不开科学技术的发展。三线阵ccd相机就是近期应用的一种新型航空多光谱数字传感器系统。三线阵ccd相机可以从前方、正上方、后方不同角度扫描目标。我国的武汉大学进行了相关的研究。日本starlabo公司、瑞士的cybercity ag和瑞士测地与摄影测量学会的摄影测量小组的科学家合作建立的应用tls为数据采集传感器的空中平台和城市建模软件，成功地对日本的横滨的两个城区建立了城市模型。
3.基于点群的方法
基于点群的方法，就是应用激光雷达和激光扫描仪快速获得的大量点群数据，这些点群数据就是相对系统坐标系的城市空间坐标。这是目前获取城市空间信息最快也是最精确的方法。
3.1基于机载三维成像仪数据获取
机载三维成像仪又称机载激光测距——扫描成像制图系统。它由
gps接收机、姿态测量装置（惯性导航系统ins）、扫描激光测距仪、扫描成像仪4个主要部分组成。gps能得到三维成像仪在空中的精确三维位置，姿态测量装置能测出三维成像仪在空中的姿态参数，扫描激光测距仪可以得到机载三维成像仪到地面点的距离，扫描成像仪（线阵ccd或面阵ccd）获取地面的纹理数据。
3.2移动测绘系统数据获取
移动式测图系统的主要组成部分有：用于导航的gps接收机，确定传感器姿态的惯性导航系统ins，激光测距仪，ccd相机和运载平台汽车。目前，移动测绘系统数据获取平台的研制是城市空间信息获取的研究前沿。移动测绘系统是一种高度集成化、自动化的数据获取方式，快速进入复杂街区扫描，避免人工长距离搬运精密复杂的测量仪器，并与定位导航系统配合成为最具有发展潜力的空间信息快速获取手段。它可用于自动车辆导航，建筑物的测绘，道路网的测绘，交通信号管理，监测车辆行驶速度和停车场的违规，高速公路路面测绘等。此外，由于移动测绘系统能在较短时间内重复测绘各类对像，因而可成为更新gis空间数据库的重要手段。
3.3先进的三维激光测距技术
三维激光扫描仪的主要构造是一部快速准确的激光测距仪加上一组可导引雷射光以等角速度扫描的反射棱镜，同时接收自然物表面反射之信号进行测距，针对每一扫描点可测得测站至扫描点的斜距，配合扫描的水平与垂直方向角，可推求得每一扫描点与测站之三度空间相对坐标差。若测站之三维坐标为已知，则可求得每一扫
描点的三维坐标。目前激光扫描速度可达数万点/s，三维激光影像扫描仪小型便捷、精确高效、安全、稳定、可操作性强，能在几分钟内对所感兴趣的区域建立详尽准确的三维立体影像（3d image）。基于激光扫描的数据获取技术作为最近迅速发展的一种新技术，可用于大规模场景三维空间信息获取，目前正引起广泛的关注。
4.混合集成方法
以上各种方法各有特点，但也各有局限性。不同的方式之间存在着互补性，因此利用混合手段集成多种方式获取城市空间信息成为人们研究的焦点。一是结合现有gis数据库、规划建筑图纸和数字摄影测量进行城市空间数据获取的方法；二是集成航空影像、地面影像和地图等多种数据源的获取框架；三是建立了一个静态摄像机结合rtk2gps的混合系统来测定空间坐标及获取纹理信息。
5.结论
城市空间数据的获取困难是阻碍gis发展的关键瓶颈之一。城市作为人类生活的重要聚集地，是gis应用的主要领域。本章总结了目前常用的几种城市空间数据获取方法，分析了各种方式的优缺点及适用范围。认为一旦开发出实用的城市空间数据获取的高效方法，必将对拓展gis在城市领域的应用范围和数字城市建设起到极大推动作用。
