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[摘 要]空地一体化全景三维是集空中全景三维和地面全景三维的一种虚拟现实和计算机视觉展示技术，它作为一种新颖的场景表示方法具有信息量丰富、展示方式新颖、全要素等优势，通过高空中无人机360°航拍及地面全景相机拍摄，生成具有拍摄点空间地理坐标的全景三维图像，经软件发布后形成具有平移、漫游、浏览、标注及二维联动等功能的展示系统。本文首先研究空地一体化全景三维拍摄、数据处理及发布技术，最后阐述该技术在景区展示、商铺展示、房地产展示、企业展示、全景广告、全景校园、影视拍摄的实际应用。
[关键词]空地一体化 全景三维 全景展示
中图分类号：X830 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0347-02
1、 引言
全景三维技术能全面展示360度环形范围内所有真实景致。浏览者可用鼠标拖动观看场景各个方向，犹如身在其中。近年来国内外全景三维发展迅猛：谷歌、百度，腾讯、立得空间等提供基于公众版本的街景三维地图，街景三维技术开始被企业事业单位及公众所接纳。
在地面，全景三维测图系统可获取详细的道路级的实景三维环境信息。通过自主研发的数据处理与发布平台，不仅为政府、企业和社会公众提供真正需要的实景三维地理信息，更将城市管理业务和位置服务需求与实景三维相结合，建立实景三维可视化的应用环境，提供基于实景三维GIS应用的完整解决方案。
在空中，国内外民用小型无人机公司也如雨后春笋般出现，空中无人航拍系统也不断发展，它以旋翼无人机为平台，一体化集成高清微型单反相机、云台等设备，获取高清影像数据，快速形成空中全景影像。在应急、现场取证、农业植保等具有很强的实际应用。
差异化竞争策略是未来在全景三维技术安身之本，只有不断推出创新的展示方式才能满足时代的发展。本文提出的天地一体化全景三维，就是地面实景三维和空中无人机全景三维影像结合后的呈现方式。使系统包含的信息量不再局限于地面采集点，有力补充了通过高空获得的地理信息。生成天地一体化全景漫游系统。为用户提供包括查询、位置服务、环境导航、生活信息、深度POI。标注等一系列扩展应用的创新型服务模式。
2、 研究内容
2.1 空地一体化全景三维采集设备
空中无人机全景系统将伺服稳定平台、高清单反相机、存储控制组件集成，具有可靠性高、操作使用简单、起飞和着陆场地要求低、影像分辨率高等特点，安全且成本低廉。
地面全景三维采集系统采用单人背包连续全景采集设备，由4台相机组成，数据存储到SD卡中，相机同步控制器通过快门线和曝光信号反馈来实现多相机同步拍摄和影像时间同步。数据采集完成后，通过数据线将相机同步控制器中的时间标签和相机中的影像拷出用于数据处理。
该设备可用于单人背负进行连续全景影像采集，可集成GPS与电子罗盘，进行定位定向。采集到的全景影像带位置信息。
2.2 空地一体化全景三维技术
2.2.1. 多传感器集成技术
全景采集设备需要集成控制GNSS、惯性陀螺、全景相机等多种传感器，以高频率地完成位置、姿态及速度的测量和同步组合导航解算，多传感器集成技术是其中的一项关键技术。
多传感器集成首先需要解决高精度的时间同步问题。惯性陀螺与GNSS信号之间精密时间同步需要达到“微秒”级的精度，以便使得精密空间同步估计和补偿达到“亚厘米”级。要想保证每台传感器的计算机上的晶体以完全相同的频率振荡是不可能的，并且每个传感器的内部时钟精度都不相同，即使各个传感器初始时刻统一，随着时间增长，内部时钟的漂移会导致各个单机时钟逐渐不同步，即产生时钟偏移。必须通过精确、稳定和可靠的时间同步技术来解决这一问题，另外GNSS与全景影像同步匹配，需要获取影像采集点瞬时的GNNS位置，也需要被记录下来。
2.2.2. 全景可视化加工处理技术
空地一体化数据采编软件是一款全景生产软件，可高效完成针对空地全景采集系统所采集的地面近景影像数据、GNSS轨迹、属性赋值、编辑、成图、入库及质检工作，该软件将支持影像选取、调色、模糊化、拼接、保密处理的流水线作业。
2.2.3. 全景三维数据管理与展示技术
全景三維数据应用平台需支撑各类全景三维数据管理及应用的服务式实景三维数据应用开发平台。它具备开放的支持多样二次开发手段，通过Flex开发的三维展示软件可以与所有安装过Flash插件的浏览器进行无缝兼容，实现三维浏览、漫游、放大、缩小、导航、标注、点评、及其他交互性功能，兼容各类GIS平台软件和行业应用系统，可方便地为景区展示、商铺展示、房地产展示、企业展示、全景广告、全景校园提供接口。
3、 系统应用
3.1 实景旅游服务
所谓眼见为实，通常游客决定到某地旅游前，会通过网络对旅游目的地进行全方位的了解，由于传统的二维地图只能提供旅游目的地抽象信息，无法提供详尽的现场环境信息，故二维地图对旅游网站的支撑作用极其有限。而今年来，以“全景影像”为基础的全景影像地图技术迅速发展，尤其在互联网应用上有独特的优势和巨大的发展空间。传统的全景三维网站与抽象的二维地图网站不同，是以 航测遥感影像和街景影像为基础，直观真实地目标环境进行全景展现，而高空全景影像是地面街景的有力补充。
天地一体化全景影像服务能给旅游者带来更好的用户体验。如图1、图2
用户可查询各个旅游景点的全景影像，并可在景区模拟导航，从地面切入到天空系统可模拟驾驶或者步行的方式沿着道路前进、后退，从上到下在旅游景区自动出现前进方向的提示。
3.2 空地一体化全景校园
空地一体化全景校园是最新的三维全景技术在高校中的一种应用，通过空中三维全景技术展示高校的校园风貌，用户操作方便快速，可以用鼠标任意拖动、放大或者缩小。用户可以比较直观的了解校园内各个区域，其中的教学楼、图书馆、实验楼、宿舍楼、食堂都栩栩如生的呈现在我们眼前，具有真实、感官、零距离的优势，对于远在千里之外的报考生和家长了解校园真实情况有很大帮助。教育部在一系列相关的文件中，曾多次涉及到了虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用，可见它对于实现学校的数字化校园意义非凡。 同时学校的教育环境，硬件条件、师资等都是考生报考学校的参考条件，通过校园三维全景展示可以更全面的展示学校的建设环境、学校状况、规划建设和成果展示，所以也非常有利于吸引学生、家长，吸收生源，扩大学校知名度。如图3、图4
3.3全景商铺展示
影像地图与二维地图不同，它提供城市的立面信息，包含城市沿街所有的店面影像和浅表POI信息，相较于普通的列表信息，此类生动的城市立面信息更为支持公众的多样化需求，活泼的表现形式让信息的获取更加的快速、精准。
影像地图支持影像标注功能，城市商家将自己的店铺信息标注到影像上，公众用户通过点击或搜索就可获得该店铺信息，于此同时可为全景店铺提供主推服务，即用户在浏览街景过程中，当影像浏览到有全景标注标记的店铺时，主动询问用户是否进入该店铺的详细信息。用户也可以在全景地图上进行用户体验点评，用户得到分享愉悦的同时，商户也因此丰富了自己的商户信息，得到最真实积极的广告宣传。商铺与用户的交互性极为突出。
商城、家居建材、公司产品陈列厅，专卖店，旗舰店等商铺相关空间的展示就不再有时间，地点的限制，全景三维使得参观变得更加方便，快捷，点击鼠标就像来到现场一样，大大节省成本，提高效率。
美容会所、健身会所、咖啡、酒吧、餐饮等环境的展示，借助全新的虛拟展示推广手法，把环境优势清晰的传达给顾客，营造超越竞争对手的有利条件。如图5
3.4空地一体化全景楼盘
产开发销售公司可以利用虚拟全景浏览技术，展示楼盘的外观，房屋的结构，布局，室内设计，置于网络终端，购房者在家中通过网络即可仔细查看房屋的各个方面，提高潜在客户购买欲望。可以将虚拟全景制作成多媒体光盘赠送给看房者，带回家与更多的人分享，增加客户忠诚度，做更精准有效的传播；可以制作成触摸屏或者大屏幕现场演示，给购房者提供方便，节省交易时间和成本；在房交会现场用全景展示更能技高一筹先声夺人；如图6
如果是多期开发，将已有的成品小区做成全景漫游，对于开发者而言是对已有产品一种数字化整理归档，对于消费者而言，可以增加信任感，促进后期购买欲望。——高性价比的房产广告宣传新选择！
实现线上全景看房，适合房产媒介和网站，为其提供全景三维地图数据服务。
3.5空地一体化企业展示宣传
公司企业招商引资、业务洽谈、人才交流等时机场合采用全景展示能宣传企业公司的环境和规模；洽谈对象、客户不是简单地通过零碎照片或效果图做出决定，也不需要逐行逐字地研究企业公司的宣传文字，新奇的全景展示更加彰显公司的实力和魅力。如图7
4、 未来展望
随着空地一体化全景三维系统的发展和普遍应用，该系统将不再局限于用户拖动鼠标，观看旅游景区、校园、房地产、商铺、企业等的展示，而是达到虚拟漫游场景的效果，即在多维信息空间创建一个虚拟信息环境，用户可以通过特殊的漫游媒介，虚拟置身于全景三维系统中，听觉、视觉上都能够感受三维环境的变化，能使用户具有身临其境、漫游其中的沉浸感。
参考文献
[1] 朱庆.三维地理信息系统技术综述[J].地理信息世界，2004，3（3）：8-12.
[2] 李德仁，邵振峰.信息化测绘的本质是服务[J]. 测绘通报， 2008，（05）：1-4.
[3] 张欣，武志强，刘嵩.虚拟全景图系统关键技术研究与实现[J].系统仿真技术及其应用，2010，12：64—67.
[4] 李青元，林宗坚，李成名. 真三维GIS技术研究的现状与发展[J]. 2000， 25（2）：47-52.
[5] 王少华，郎富平.移动GIS相关技术在旅游业中的应用前景[J] .云南师范大学学报，2005（4）
[6] 李德仁，胡庆武.基于可量测实景影像的空问信息服务[J].武汉大学学报（信息科学版），2007， 32（5）： 377-380.
**中南民族大学大学生创新创业训练计划基金支持，项目名称：空地一体化全景三维系统研究与应用，项目编号：XCYSJ1501
[关键词]空地一体化 全景三维 全景展示
中图分类号：X830 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0347-02
1、 引言
全景三维技术能全面展示360度环形范围内所有真实景致。浏览者可用鼠标拖动观看场景各个方向，犹如身在其中。近年来国内外全景三维发展迅猛：谷歌、百度，腾讯、立得空间等提供基于公众版本的街景三维地图，街景三维技术开始被企业事业单位及公众所接纳。
在地面，全景三维测图系统可获取详细的道路级的实景三维环境信息。通过自主研发的数据处理与发布平台，不仅为政府、企业和社会公众提供真正需要的实景三维地理信息，更将城市管理业务和位置服务需求与实景三维相结合，建立实景三维可视化的应用环境，提供基于实景三维GIS应用的完整解决方案。
在空中，国内外民用小型无人机公司也如雨后春笋般出现，空中无人航拍系统也不断发展，它以旋翼无人机为平台，一体化集成高清微型单反相机、云台等设备，获取高清影像数据，快速形成空中全景影像。在应急、现场取证、农业植保等具有很强的实际应用。
差异化竞争策略是未来在全景三维技术安身之本，只有不断推出创新的展示方式才能满足时代的发展。本文提出的天地一体化全景三维，就是地面实景三维和空中无人机全景三维影像结合后的呈现方式。使系统包含的信息量不再局限于地面采集点，有力补充了通过高空获得的地理信息。生成天地一体化全景漫游系统。为用户提供包括查询、位置服务、环境导航、生活信息、深度POI。标注等一系列扩展应用的创新型服务模式。
2、 研究内容
2.1 空地一体化全景三维采集设备
空中无人机全景系统将伺服稳定平台、高清单反相机、存储控制组件集成，具有可靠性高、操作使用简单、起飞和着陆场地要求低、影像分辨率高等特点，安全且成本低廉。
地面全景三维采集系统采用单人背包连续全景采集设备，由4台相机组成，数据存储到SD卡中，相机同步控制器通过快门线和曝光信号反馈来实现多相机同步拍摄和影像时间同步。数据采集完成后，通过数据线将相机同步控制器中的时间标签和相机中的影像拷出用于数据处理。
该设备可用于单人背负进行连续全景影像采集，可集成GPS与电子罗盘，进行定位定向。采集到的全景影像带位置信息。
2.2 空地一体化全景三维技术
2.2.1. 多传感器集成技术
全景采集设备需要集成控制GNSS、惯性陀螺、全景相机等多种传感器，以高频率地完成位置、姿态及速度的测量和同步组合导航解算，多传感器集成技术是其中的一项关键技术。
多传感器集成首先需要解决高精度的时间同步问题。惯性陀螺与GNSS信号之间精密时间同步需要达到“微秒”级的精度，以便使得精密空间同步估计和补偿达到“亚厘米”级。要想保证每台传感器的计算机上的晶体以完全相同的频率振荡是不可能的，并且每个传感器的内部时钟精度都不相同，即使各个传感器初始时刻统一，随着时间增长，内部时钟的漂移会导致各个单机时钟逐渐不同步，即产生时钟偏移。必须通过精确、稳定和可靠的时间同步技术来解决这一问题，另外GNSS与全景影像同步匹配，需要获取影像采集点瞬时的GNNS位置，也需要被记录下来。
2.2.2. 全景可视化加工处理技术
空地一体化数据采编软件是一款全景生产软件，可高效完成针对空地全景采集系统所采集的地面近景影像数据、GNSS轨迹、属性赋值、编辑、成图、入库及质检工作，该软件将支持影像选取、调色、模糊化、拼接、保密处理的流水线作业。
2.2.3. 全景三维数据管理与展示技术
全景三維数据应用平台需支撑各类全景三维数据管理及应用的服务式实景三维数据应用开发平台。它具备开放的支持多样二次开发手段，通过Flex开发的三维展示软件可以与所有安装过Flash插件的浏览器进行无缝兼容，实现三维浏览、漫游、放大、缩小、导航、标注、点评、及其他交互性功能，兼容各类GIS平台软件和行业应用系统，可方便地为景区展示、商铺展示、房地产展示、企业展示、全景广告、全景校园提供接口。
3、 系统应用
3.1 实景旅游服务
所谓眼见为实，通常游客决定到某地旅游前，会通过网络对旅游目的地进行全方位的了解，由于传统的二维地图只能提供旅游目的地抽象信息，无法提供详尽的现场环境信息，故二维地图对旅游网站的支撑作用极其有限。而今年来，以“全景影像”为基础的全景影像地图技术迅速发展，尤其在互联网应用上有独特的优势和巨大的发展空间。传统的全景三维网站与抽象的二维地图网站不同，是以 航测遥感影像和街景影像为基础，直观真实地目标环境进行全景展现，而高空全景影像是地面街景的有力补充。
天地一体化全景影像服务能给旅游者带来更好的用户体验。如图1、图2
用户可查询各个旅游景点的全景影像，并可在景区模拟导航，从地面切入到天空系统可模拟驾驶或者步行的方式沿着道路前进、后退，从上到下在旅游景区自动出现前进方向的提示。
3.2 空地一体化全景校园
空地一体化全景校园是最新的三维全景技术在高校中的一种应用，通过空中三维全景技术展示高校的校园风貌，用户操作方便快速，可以用鼠标任意拖动、放大或者缩小。用户可以比较直观的了解校园内各个区域，其中的教学楼、图书馆、实验楼、宿舍楼、食堂都栩栩如生的呈现在我们眼前，具有真实、感官、零距离的优势，对于远在千里之外的报考生和家长了解校园真实情况有很大帮助。教育部在一系列相关的文件中，曾多次涉及到了虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用，可见它对于实现学校的数字化校园意义非凡。 同时学校的教育环境，硬件条件、师资等都是考生报考学校的参考条件，通过校园三维全景展示可以更全面的展示学校的建设环境、学校状况、规划建设和成果展示，所以也非常有利于吸引学生、家长，吸收生源，扩大学校知名度。如图3、图4
3.3全景商铺展示
影像地图与二维地图不同，它提供城市的立面信息，包含城市沿街所有的店面影像和浅表POI信息，相较于普通的列表信息，此类生动的城市立面信息更为支持公众的多样化需求，活泼的表现形式让信息的获取更加的快速、精准。
影像地图支持影像标注功能，城市商家将自己的店铺信息标注到影像上，公众用户通过点击或搜索就可获得该店铺信息，于此同时可为全景店铺提供主推服务，即用户在浏览街景过程中，当影像浏览到有全景标注标记的店铺时，主动询问用户是否进入该店铺的详细信息。用户也可以在全景地图上进行用户体验点评，用户得到分享愉悦的同时，商户也因此丰富了自己的商户信息，得到最真实积极的广告宣传。商铺与用户的交互性极为突出。
商城、家居建材、公司产品陈列厅，专卖店，旗舰店等商铺相关空间的展示就不再有时间，地点的限制，全景三维使得参观变得更加方便，快捷，点击鼠标就像来到现场一样，大大节省成本，提高效率。
美容会所、健身会所、咖啡、酒吧、餐饮等环境的展示，借助全新的虛拟展示推广手法，把环境优势清晰的传达给顾客，营造超越竞争对手的有利条件。如图5
3.4空地一体化全景楼盘
产开发销售公司可以利用虚拟全景浏览技术，展示楼盘的外观，房屋的结构，布局，室内设计，置于网络终端，购房者在家中通过网络即可仔细查看房屋的各个方面，提高潜在客户购买欲望。可以将虚拟全景制作成多媒体光盘赠送给看房者，带回家与更多的人分享，增加客户忠诚度，做更精准有效的传播；可以制作成触摸屏或者大屏幕现场演示，给购房者提供方便，节省交易时间和成本；在房交会现场用全景展示更能技高一筹先声夺人；如图6
如果是多期开发，将已有的成品小区做成全景漫游，对于开发者而言是对已有产品一种数字化整理归档，对于消费者而言，可以增加信任感，促进后期购买欲望。——高性价比的房产广告宣传新选择！
实现线上全景看房，适合房产媒介和网站，为其提供全景三维地图数据服务。
3.5空地一体化企业展示宣传
公司企业招商引资、业务洽谈、人才交流等时机场合采用全景展示能宣传企业公司的环境和规模；洽谈对象、客户不是简单地通过零碎照片或效果图做出决定，也不需要逐行逐字地研究企业公司的宣传文字，新奇的全景展示更加彰显公司的实力和魅力。如图7
4、 未来展望
随着空地一体化全景三维系统的发展和普遍应用，该系统将不再局限于用户拖动鼠标，观看旅游景区、校园、房地产、商铺、企业等的展示，而是达到虚拟漫游场景的效果，即在多维信息空间创建一个虚拟信息环境，用户可以通过特殊的漫游媒介，虚拟置身于全景三维系统中，听觉、视觉上都能够感受三维环境的变化，能使用户具有身临其境、漫游其中的沉浸感。
参考文献
[1] 朱庆.三维地理信息系统技术综述[J].地理信息世界，2004，3（3）：8-12.
[2] 李德仁，邵振峰.信息化测绘的本质是服务[J]. 测绘通报， 2008，（05）：1-4.
[3] 张欣，武志强，刘嵩.虚拟全景图系统关键技术研究与实现[J].系统仿真技术及其应用，2010，12：64—67.
[4] 李青元，林宗坚，李成名. 真三维GIS技术研究的现状与发展[J]. 2000， 25（2）：47-52.
[5] 王少华，郎富平.移动GIS相关技术在旅游业中的应用前景[J] .云南师范大学学报，2005（4）
[6] 李德仁，胡庆武.基于可量测实景影像的空问信息服务[J].武汉大学学报（信息科学版），2007， 32（5）： 377-380.
**中南民族大学大学生创新创业训练计划基金支持，项目名称：空地一体化全景三维系统研究与应用，项目编号：XCYSJ1501