DMI可量测影像实景影像在数字城市中的应用.docx
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DMI可量测影像实景影像在数字城市中的应用
DMI可量测影像实景影像在数字城市中的应用
一、DMI可量测影像实景影像的概念
1.DMI的定义
可量测实景影像（DigitalMeasurableImage，简称DMI）是一种以地面近景摄影测量立体影像文件及其外方位元素构成的基础地理信息产品，通过可量测实景影像提供的开发包可直接对立体影像进行测量、信息提取并与其他基础地理信息产品集成，是我国基础地理信息数据库为适应按需测量采集更新空间信息的一种新的产品。
可量测实景影像主要由立体影像对、外方位元素描述文件和开发包组成。
可量测实景影像可通过移动道路测量系统采集得到，并可以通过开发包与4D产品无缝集成，是对我国4D基础地理信息产品进行有效补充的一种重要产品。
2.DMI与4D产品比较
2.1现有的4D产品的不足：
a）数据缺少社会类要素，不能满足大多数行业用户需求
4D产品，即数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）、数字线划地图（DLG）和数字栅格地图（DRG）。
这些产品属于二维的平面投影数据，是由作业员根据测绘规范的要求加工制作的，在这个三维世界转二维地图的制图过程中，删减了大量有用的信息，因此4D产品是缩略的数据系统，信息量十分有限；4D数据只包括以点、线、面为基础的基本测绘类要素，缺乏社会类要素，例如：
地址编码、兴趣点（POI）信息、建筑物几何信息和纹理信息、城市部件信息以及详细的城市环境信息等。
而这些社会类要素对于公安、应急、城管、交通等诸多管理部门而言是十分重要的，缺少这类要素，就无法与其业务数据进行关联，也就无法搭建管理信息系统。
因此，对于这些部门而言，4D数据仍然无法直接利用，也就是说，大多数的行业用户仍然需要补采大量的社会类要素，并将之与4D数据及业务数据进行融合方能使用，而这一过程仍然需要专业测绘人员才能完成，并需要另外的大量投资。
换言之，4D产品并未给大多数的行业用户提供一个足够的基础地理数据“框架”以满足其信息化建设的需要
b）难以满足大众地理信息服务的需求
同样的原因，信息量极少的、且只有测绘专业人士才能读懂的4D基础测绘数据无法满足老百姓在地理信息服务方面的需求，这些需求包括：
POI查询、环境查询、事件报案、环境导航、精准出行位置服务等
c）时间精度差，难以满足用户对数据现势性的要求。
空间位置精度高但社会化属性信息少的4D数据主要适用于与基础测绘关系密切的规划、土地和房产部门，而对于大多数的行业用户及公众而言，并不需要高精度的位置坐标（例如：
公安信息化需要的精度在2-10米即可），反而对地物属性信息的完整性、地物相对关系以及地图现势性有着较高的要求。
由于4D数据是专业要求较高的测绘产品，主要采用人工测量和航测遥感的方式制作，工艺复杂，周期长。
例如：
一个中等城市的数据制作通常需要8到12个月以上的时间。
这意味着城市地图尚未交付，就有大量的错误需要更新。
因此，4D产品这一长周期的制作特点使得其无法满足在现势性方面的要求，不能适应信息时代对于属性信息“准、全、新”的要求。
d）投入产出比低
4D数据的制作需要航测遥感和大量的人工内外业作业，其投资往往是巨大的。
如果一个城市的地理空间框架项目只是输出了满足规划、土地和房产三个部门需要的4D基础地理信息，而忽略了对公安、应急、交通、城管等大多数部门所需要的城市自然和社会信息的采集，这种在“框架”上的投资无疑是失衡和低效的
2.2DMI的优点
二维地图以概略的方式使我们能快速了解空间位置，地理信息系统（GIS）实现了二维矢量地图与属性报表信息的融合，虚拟现实技术让我们可以以多角度观察仿真的地理环境……但我们还是感到困惑，因为所有这些只是做到了“逼真”，我们在GIS中仍然看不到“真实”的现实空间。
随着计算机技术、网络技术、大容量存储等技术的飞速发展，现有的计算机硬件环境、网络环境已经足以支持海量DMI影像数据的存储、显示与传输，DMI数据的应用从此使得GIS从二维走向了实景三维。
现将使用DMI数据的实景三维GIS与基于二维地图的GIS作比较如下：
基于二维地图的GIS
使用DMI数据的实景三维GIS
空间表达
是现实空间的缩略系统，只有平面投影数据，无立面数据。
既有平面地图，又有实景立面影像，影像中直接以实景来表示制图物体，地物空间关系准确，纹理真实直观。
信息量
只包括测绘规范中的要素信息
既包括测绘规范中的要素信息，又包括更详细的环境的、地理的、设施的、资源的，乃至社会和人文的信息。
信息量较二维地图大数十倍之多，通过影像可以提取更多的信息，丰富GIS的属性数据库。
可视化
图形可视化，需要贴纹理才能显示三维，且只能显示采集过的地物。
向用户提供了图形与实景融合的完全可视化方案，无需贴纹理，即可显示所有地物的三维景观。
查询
实现二维地图和属性报表之间的查询
实现了二维地图、属性报表和影像之间的查询
测量
只能进行平面上的测量，不同图层之间的地物距离无法测量。
可实现立面上目标的任意测量，用户可根据需要自主测量。
与业务信息的关联
只能进行平面标注，空间受平面制约
可在影像上进行业务信息的标注链接，具备无限的关联空间，是最好的业务信息承载媒介。
易用性
符号系统，需要地图知识，属于专家系统。
与矢量地图完全融合，但影像更直观、易用，可供非专业用户使用。
仿真演练
不能融入虚拟三维系统
可直接在实景里融入虚拟三维系统，可进行规划、效果评估、模拟演练。
决策与指挥
无环境数据，不能显示详细的地形及细部纹理特征，不能为指挥决策提供足够的数据支持。
影像提供了全要素、全纹理的数据，包括着大量地理的、环境的、社会的、经济的、人文的信息以及可供挖掘的知识，能使决策指挥人员在第一时间获得更多的信息，充分地完成观察与分析，迅速决策。
可见，DMI与4D相结合，极大地扩充了GIS的数据源，在内容上不但弥补了二维GIS在缺乏立面信息、不直观、不详细等方面的缺陷，而且通过影像标注链接，可以关联更多的业务信息，使得用户在使用时更直观、更方便。
另外，DMI数据库还是城市的影像博物馆，可真实地记录城市的面貌和发展，反映城市的建设成就。
二、DMI可量测影像实景影像的应用
一、DMI与4D产品的集合应用
根据应用的不同，DMI可与4D产品进行灵活的组合，从而满足不同用户的需求
图1基于5D架构的国家基础地理信息数据库示意图
1.1DMI与DLG的集成
在许多城市的“数字城管”信息化项目中已大量使用DMI数据，二维地图中的部件与影像中的部件实景建立了准确的一一对应关系，从而可以方便城管人员更好地对部件和事件进行定位、报案和处置。
同时，DMI影像还为城管人员提供了一个简单易用的实景可视化工作环境，可方便他们进行辖区环境的观察和分析，对违法广告、违章建筑进行对比取证，在危险品泄漏等紧急情况下实施按需测量等等。
在城管信息化应用中，DMI与DLG数据的完美结合，不但优化了城管工作流程，也因为数据源的丰富进一步拓展了城管信息系统的功能，使其从原来的二维网格管理升级为实景化的城市管理系统。
图2实景化的城市管理信息系统
1.2DMI与DLG+DOM+DEM的集成
在DMI和DLG的组合中加入DOM和DEM，则可以得到一个从“天”到“地”的影像地图系统。
目前，在公安、安保与应急领域，这一数据方案显示出无比的优势。
它既可以让你从空中飞行鸟瞰，完成规划布署，又可以让你进入街道、社区，对细节进行观察和测量，完成态势标注。
相比单一的平面数据，它无疑是一种更好的视觉系统和业务信息关联的媒介，能传递更为丰富的系统信息，从而使得各利益相关者能够迅速了解现场的整体与局部状况，以制订更有效的预防性保安措施和应急计划，周密地部署监视行动且提高执行效率。
它的应用可以贯穿平时管理、应急规划、模拟训练、危机前后现场评估、实时事件监测与人群控制、疏散策略、搜救行动等各个方面。
图3喀什公安在警用地理信息系统中使用DMI数据
图408奥运安保、09国庆阅兵安保项目使用了DMI+DLG+DOM+DEM的数据方案
二、DMI应用领域
应用领域
应用描述
成功案例
数字城市地理空间框架
作为4D数据的补充，构筑先进的5D架构的城市地理空间框架。
潜江、郑州、泰州、佛山数字城市项目。
公安/应急系统
当灾害等紧急情况发生，环境影像数据就显得尤为重要。
“真图”能解决二维地图不能表达环境细节的问题，与航、卫片结合，在电脑中形成从空中到地面的完全可视、可测量的实景“电子沙盘”（警用地理信息系统），更好支持预案的生成和应急反应。
08年北京奥运安全保障项目；09年北京国庆60周年阅兵安保；新疆喀什公安、辽宁本溪公安实景三维P-GIS；北京“两会”警戒线路项目；常州公安警戒线路项目等。
大众位置服务
网络影像地图主要可提供以下几种公众服务:
1.地图（环境）导航服务;
2.本地搜索、网络电子黄页服务;
3.企业商业信息、个性化信息发布服务
基于这几种服务可搭建电子商务、社区娱乐、IP电视等更多的增值服
务平台
武汉"影像城市"网站www.map.wuhan.
美国
数字城管
运用MMS安全、高效地完成部件普查工作，并建立城市街道可量测实景影像库，使传统平面的网格管理升级为实景化的立体网格管理，不但可以更好地支持派工单管理，还可在违章建筑和广告、招牌管理、门前三包管理以及城市应急指挥管理上创造崭新的管理模式。
北京、昆山、重庆、成都、芜湖、济南、徐州、佛山、贵阳等部件普查、网格划分与建库项目；
铁路
1.基于连续可量测实景影像数据,运用"真图"技术,把铁路系统各
种地理数据、业务数据组织起来,建立一个能够满足铁路抢险救灾、安
全监控、营运管理、设备维护、规划设计、决策分析应用的完全可视化
的地理信息系统,充分支持安监、工务、电务等部门的业务信息系统
2.铁路限界管理
青藏铁路GIS系统;
武汉铁路局铁路地理信息系统;
武汉铁路局可视化信息采集及限界测量系通
公路管理/
智能交通
（ITS）
将公路工程数据、养护数据（MMS本身可完成沿线设施、路面及绿化数
据的采集）、路政数据以及交通信息数据统一集成到“TRUEMAP真图”
地理数据平台上,使得所有公路专业台账数据、动态的养护数据、实时
交通信息数据均可在完全可视化的数据平台上展现、共享、利用和开
发。
在这种全面、准确、实时的信息流的基础上构建的公路综合信息管
理系统,不但能够全方位地满足公路部门内部业务管理信息化的要
求,还可充分满足应急反应和公众出行服务的需求
江西赣粤高速公路管理公司GIS项目;
广州、深圳智能交通基础地理信息及交通
设施采集与建库项目;
宁波高速公路管理公司综合信息管理系
统;
北京首都公路发展公司GIS项目
三、DMI在数字城市项目中的技术实施方案
1.DMI数据采集
DMI数据是通过一种名为移动测量系统（MobileMappingSystem，简称MMS）的测绘装置采集而得，MMS代表着当今最尖端的测绘科技，它是在机动车上装配GPS全球定位系统、CCD摄影测量系统、INS/DR惯性导航系统或航位推算系统等先进的传感器和设备，在车辆高速行进之中，快速采集道路及两旁地物的空间位置数据和属性数据，并同步存储在车载计算机中，经专门软件编辑处理，形成各种有用的GIS数据成果，包括路网电子地图、设施或POI（兴趣点）数据库等。
MMS已被公认为最佳的道路GIS数据采集工具。
图5MMS图片，360度全景MMS、便携式MMS
图6MMS系统工作原理
2.DMI数据处理与数据融合
2.1DMI数据处理
按照国家技术标准要求，采用立得Comapper软件对DMI数据进行处理，包括：
近景测图、坐标转换、影像调色、质检、绘制路网图等；按照示范应用的技术要求，提取设施或POI数据，建立专题数据库。
2.2与4D数据融合
建立二维地图、影像与业务数据库之间的关联，为城管、公安、应急和交通等行业用户定制实景化的数据解决方案。
2.3.系统集成
根据需要选择立得“Truemap真图”系列软件中的某一款，将DMI集成到城管、公安、应急、交通、电子政务网站等应用系统中，向用户和开发商提供技术支持与培训
2.4.数据更新服务
（1）用户自助式更新：
对于少量的地物属性的更新，例如：
商业店面招牌的更新，在软件上提供用户自主更新的功能，允许用户自己修改POI属性信息，更新影像，并添加标注。
（2）定期的更新服务：
向用户提供一年1-4次的数据更新服务。
2.5.真图数据管理平台
由于现有GIS平台软件不能直接管理DMI数据，立得专门开发了“Truemap真图”系列影像数据管理平台软件，它们是基于SOA架构思想设计，用于DMI数据管理，而与具体应用无关的平台化软件功能组件。
通过这些功能组件，可将DMI数据方便地集成到各种GIS系统、网络应用系统或企业管理信息系统（MIS）中。
使用“Truemap真图”，可在简化开发过程的同时，扩展GIS的功能，这种“数据扩容”使用户能通过更多的数据挖掘来实现更多、更好的应用，尤其是面向管理与决策的高级应用。
图7基于DMI的管理信息系统构架
“Truemap真图”系列软件的功能特点：
近景影像数据管理：
数据管理软件（API及插件），能够管理百TB级的海量近景影像数据。
提供数据应用程序接口API（ApplicationProgrammingInterface）：
提供符合软件工业标准的应用程序开发接口API，使用户能够灵活地按照自身需求定制应用，方便地将影像数据集成到新的或已有系统中。
API提供的功能包括：
（1）浏览：
提供影像的缩放和漫游，提供影像的幻灯片式浏览，充分显示厘米级分辨率的地球微观景象。
（2）搜索：
在海量近景影像库中，使用网格空间索引技术，实现影像的快速查询。
从百TB级的近景影像库中，完成近景影像的搜索只需零点几秒。
（3）标注：
允许用户直接在影像上标注信息，所标注的信息保存到关系型数据库中，可进行快速检索。
（4）链接：
直接把近景影像或影像上的标注与属性数据库中的属性信息链接起来，让用户点击影像上就能得到与该影像相关的属性数据。
（5）测量：
直接在近景影像上量取地物的空间坐标和几何参数。
图8将所有数据源（5D+虚拟三维数据）“集大成为一体”的立得TruemapGlovezoomer软件
可见，“Truemap真图”不但以真实的方式展现了空间，而且创造了一种崭新的数据管理与服务方式，使地理信息、图片信息和专业台账信息有机结合，浑然一体。
这种直接基于可视化影像的人-机界面无疑提供了最好的交互性：
（1）“可视”：
所有地物均以符合人眼视觉习惯的实景图片来显示，可方便进行查询、缩放和漫游；
（2）“可写”：
可直接在实景图片上标注文本信息；
（3）“可读”：
移动鼠标到实景图片中标注或链接过的目标地物上，系统将弹出对对应的属性信息；
（4）“可画”：
基于有地理参考和真实纹理的实景图片，可轻松建立虚拟３D模型，也可将虚拟模型放置到实景影像中用于规划、模拟与推演；
（5）“可量”：
进行地物空间坐标和几何尺寸的量算；
（6）“可链接”：
点击图片中标注过的地物，可直接链接到后台的属性数据库中；
（7）“可挖掘”：
这种完全符合人眼视觉感受的地球全息图包含着大量的有用知识，是以知识为基础的地理信息系统（knowledgebasedGIS），最大程度地提供了数据挖掘的可能，可让你足不出户，在电脑呈现的虚拟世界里“行万里路，读万卷书”。
可见，基于5D的城市地理空间框架建设方案，不但可以满足规划、土地和房产的专业级应用需要，还可直接满足市政、城管、交通、公安、应急、电信、环保、财政、金融、商业、医疗、旅游、导航等多个行业的信息化管理需要。
四、典型案例
4.1.数字潜江
图9潜江公安警用地理信息系统
潜江是我国城市地理空间框架建设项目的第一个试点城市，也是DMI的首次成功应用。
立得完成了潜江全市的DMI数据采集与处理工作，通过DMI实景影像，还完成了10平方公里重点区域的三维仿真，最后将DMI数据通过立得TruemapEngine软件完美集成于潜江地理信息公共平台、潜江地理信息公众服务系统和潜江市公安警用地理信息系统等应用系统中，取得了良好的应用效果。
DMI这一新型的基础地理数据作为科技亮点在验收推广会上得到了各方的高度评价。
潜江市的建设模式和试点经验，对全国中小城市开展数字城市地理空间框架建设具有很强的借鉴示范作用。
图10潜江地理信息公共平台
4.2.数字泰州
数字泰州亦采用了5D的地理空间框架建设模式，在地理空间信息公共平台和数字城管信息系统中采用了DMI数据，并创造性地基于DMI数据构建了“泰州公众影像地图网站”作为公众地理信息服务的示范应用。
这充分显示了DMI不但可以用于城管等政务应用，还可直接服务于公众。
由于影像具有直观易用的特点，这种网上的“实景城市”成为老百姓都能“看得见，用得着”的数字城市。
数字泰州工程项目工作内容总体框架如下图所示：
图11数字泰州工程项目工作内容总体框架
图12泰州公众影像地图网站
4.3公路综合管理系统在公路管理业务中的应用
4.3.1公路综合管理系统的体系结构
图13公路综合管理系统体系结构
一个典型的公路综合管理系统分为信息采集层、地理数据层、业务数据层、业务应用层和公众服务层。
信息采集层使用移动道路测量系统、移动监控系统和道口监控系统进行多源数据采集。
用于公路综合管理系统的数据包括二维矢量数据、遥感影像数据、实景三维影像数据等系统基础数据和用来支持决策服务的实时道口流量数据、移动监控系统采集的现场实时状态数据。
公路综合管理系统是一个专家系统，对于这个系统的数据存储可分为两层，一层是包含丰富空间信息和环境信息的地理数据库层；公路行业的路产权信息、坐标/里程碑信息等业务相关信息则存储在业务数据库层。
在数据层之上的业务应用层和公众服务层是在这两套综合数据的基础上对于行业决策支持，例如：
路政巡查、养护管理和应急指挥，提供一个实景三维可视化平台。
公众服务层对于老百姓关心出行信息、道路信息和公交信息等提供发布平台。
4.3.2公路路政管理
公路路政巡检部门为了确保所辖区域内公路线路的正常运作，需要派出路政巡检人员定期到每条公路线路对公路及所附属的构造物（路线、路基、路面、沿线设施、桥涵及交叉工程、绿化）和路况质量进行检查、测量、评定，还需要对公路的养护管理资料（公路病害资料、公路病害修复信息、公路日常养护信息等）进行更新、存储、分析，并且为养护管理人员提供数据分析以提高管理质量。
路政巡视检查和评测工作为所辖区域的正常交通畅通及安全运行提供了重要保障。
基于实景三维影像的公路综合管理系统建立了一个基于全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和监控设备的车辆系统、便携式统、固定监控系统组成的监控网络，能够极大的提高路政的工作效率：
1）便携式系统：
巡检人员手持装有公路地理信息（电子地图）的掌上电脑，通过GPS定位，可以直接巡检辖区路段和设施，并通过移动通信网络与指挥中心数据进行同步，实现案件的移动巡查，快速处理。
2）移动巡查车系统：
系统通过视频将巡查的路况、事件、位置（GPS）等同步发送到指挥中心，也可以根据需要人工触发影像拍摄立体影像，与位置（GPS）一起发送给指挥中心，完成对诸如车辆超限超载案件的实时取证和执法监控。
3）固定监控系统：
通过线圈传感器获取车流量、车型等信息，通过高分辨率固定视频监控事故等等。
图14可视化路政系统
4.3.3公路养护管理
养护是公路管理部门的主要业务，基于实景三维影像的公路综合管理系统可以为公路养护提供全方位的支持。
通过公路巡查车系统和便携式系统实时对道路进行监控，完成从病害检测、养护计划下达、养护竣工验收的闭环管理。
图15可视化养护系统示意图
4.3.4公路应急指挥
因台风、暴雨、洪水、暴雪等自然灾害侵害常常会引发公路及附属设施损坏使公路无法正常运行的情况。
为了保证在突发性灾害发生时，减少损失，尽快恢复正常秩序，必须要建立一套完善的公路应急抢险系统和应急储备体系，基于实景三维影像的公路综合管理系统能够提供对公路应急管理的全面支持：
1）通过系统提供的航卫片和实景三维影像从天上到地下，从宏观到微观的全视角、全可视化展现地形地貌、路网、物资、设施、人员、危险源、风险源等的位置分布和状态，使决策者与信息系统迅速交互，提高决策和应急处置效率
2）可以调动移动巡查车在紧急情况发生时快速抵达现场，使用3G等无线通讯手段，将现场的可量测影像及视频数据发回指挥部，供领导决策，还可通过移动巡查车采集的实时可量测影像数据完成现场道路损毁情况（如：
滑坡土石方、现有通行能力等）的计算
图16应急指挥系统
通过影像的应用，管理者和决策者可随时了解应急机构、设施、危险源、风险源等的位置分布与状态，完成隐患的排查和预案的制定等工作。
在应急指挥时，通过调用历史影像数据以及与现场动态视频数据进行对比分析，可快速作出决策指挥。
在抢险之后根据现场影像数据与历史影像数据，进行损害评估、重建规划等。
4.3.5公众出行服务
公众出行服务是基于WebGIS建立的为公众提供公路设施信息、路况信息、导航信息等服务的信息系统，基于道路实景影像、视频、360°全景图片等影像地图技术搭建的公共出行服务系统将相比二维地图对公众更具吸引力。
它主要具备公路地理信息、配套设施信息和路况信息的发布功能，出行路线个性化选择功能和公路沿线实景导航等功能。
一个典型的公众出行服务系统包括以下子系统：
1）出行信息发布和查询子系统：
供出行者查询路网空间信息和实时路况信息
2）路径选择子系统：
为公众提供出行路线选择服务，用户可以选择起点和终点，系统根据路网信息，当前路况信息，通过网络分析，动态生成出行路线，显示于电子地图
3）实景导航子系统：
实现对道路沿线景观（路面、边坡、绿化等）及设施（如收费站、服务区、停车区、加油站等）的道路影像浏览和实景导航
图17基于实景三维影像的公众服务
4.4公安警用地理信息系统（VP-GIS）
基于可测量影像DMI的公安警用地理信息系统（VP-GIS）能详尽地包含公安需要的各种业务信息，例如：
学校、企事业单位、社区的出入口、道路和建筑设施情况、建筑物的名称、使用单位（门牌、电话、户主情况等）、平面布置、层高、通道等基本情况等等，全面的地理信息才能构成公安联动和公共安全的基础，所有信息实现全实景化展现。
1、案、事件查询
通过电子表单查询，在二维电子地图进行定位，之后通过标注链接到案事件数据库，查询获取案事件信息并显示。
具体如下图的展示
18案事件查询
2、建筑物高度、通道高度/宽度、射击/通视距离等测量
“真图”影像是建立在以移动道路测量技术为核心的技术之上的，基于该技术建立的影像库可以量测。
在影像上的任意一点都可以提取其地理坐标。
其基本原理类似于人眼观察确定地物位置的原理，如图：
图19“真图”影像的测量
警用用户关心的设施和设备的几何属性：
长、宽、高、面积，也可以通过在立体影像对上的测量获取，如通过对重点地物的几何属性（建
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