基础空间信息的生产是建立“数字城市”的前提和制约因素之一。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，信息量非常庞大。可以针对城市的规模和条件的不同，采用不同的数据获取手段。
1.利用航测数据和卫星影像获取数据
对于城市规模较大或者有条件的城市，可以采用航测方法来获取基础数据。
航测方法有多种，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。在建立“数字城市”之初，最基本的工作是三维空间信息的生产和建库，而选择一个技术先进、功能完善的空间数据生产平台是十分重要的。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。数字摄影测量系统是获取基础空间信息的强大理想平台。
“数字城市”是以城市的基础空间信息为基础的。其基础空间信息包括数字高程模型（DEM）、全要素数字地形图、数字正射影像图以及各种三维地物模型（如建筑物）等。
1）DEM、DOM、DLG、DRG的生产
数字摄影测量系统有很多，其中VirtuoZo NT数字摄影测量系统，是一个全软件化设计、功能齐全、高度智能化的数字摄影测量的全方位解决方案。利用VirtuoZo NT可完成从自动空中三角测量到测绘数字线划地形图（DLG）、数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）、数字三维景观模型等数字产品的全套生产作业流程。其中突出的技术优势有快速的自动空中三角测量系统：与光束法平差软件PATB集成在一起，从而将自动定向、选点、转点、量测与区域平差计算全部集成一个整体，具有自动化程度高、编辑工作量小、粗差检测功能强，高效、实用的自动空中三角测量系统。
VirtuoZo NT系统具有以下几个特点：
（1）高度自动化——影像的内定向、相对定向，影像匹配，建立DEM，由DEM提取等高线，制作正射影像等，完全不需要人工干预，可以进行批处理自动完成。
（2）高效率——影像对的相对定向仅需要1～2分钟，影像匹配达到500点／秒以上。
（3）灵活性——系统提供“交互处理”与“自动化”两种作业方式，根据具体情况可以灵活选择，系统适应性强。
（4）通用性——系统适用于从1∶50 000至1∶500等各种比例尺4D产品（DLG、DEM、DOM、DRG）的生产，是GIS三维空间基础数据比较理想的采集平台。
VirtuoZo NT与其他数字摄影测量系统相比，最突出的特点是其超快速匹配算法和速度，在PC机上匹配速度高达800～1200点／秒。多种高效实用的测图模式，包括影像漫游和测标漫游，IGS人机交互式测图、编辑图形系统，以及MicroStation采编一体化测图模块。如图4-1和图4-2所示，线划要素半自动提取功能，包括建筑物、道路、湖泊等，可大大提高作业效率。
图4-1 数字线划地形图
图4-2 自动生成等高线和注记
数字地形模型（DEM），是建立“数字城市”的基础信息之一，是赖以构建城市三维景观和进行各种工程设计的基础信息。例如数字地形模型可以用来进行各种工程计算机辅助设计和土石方工程数量计算，进行坡度、流域汇水面积和洪水流量计算，绘制纵横断面、三维景观和透视图等。VirtuoZo NT的DEM模块具有如下功能：自动快速大规模高效提取DEM，适应于城区和平坦地区生成DEM，顾及地形特征线生成DEM，自动生成和全自动注记等高线，丰富实用的DEM编辑工具可以生成立体透视图，进行断面测量、量测体积和计算土石方工程数量，进行工程计算机辅助设计等。
DEM生成过程：①生成核线影像；②影像自动匹配；③匹配结果编辑；④生成模型的DEM／DTM；⑤DEM的拼接；⑥DEM按图幅切割。
数字正射影像图（DOM），是根据数字地形模型对中心投影的航摄影像进行纠正处理、消除了投影差的垂直投影的影像地图。数字正射影像图的信息量极其丰富，远远超过数字矢量地形图和数字地形模型的信息量。
DOM生成过程：①制作各模型的正射影像；②正射影像的镶嵌；③正射影像的修补；④正射影像分幅和图廓整饰。
数字正射影像图，由于包含地表的各种原始信息（如地貌、植被、道路、水系、地表纹理等），而且通过纠正处理，比例尺和相关位置是准确的，可用于城市规划、环境保护、资源调查、农业土地管理、灾害防治以及军事等多种领域。数字正射影像图在世界范围受到了广泛的重视，特别是随着1m分辨率卫星影像的投入使用，以及影像识别和单像特征提取技术的进展，将会得到越来越广泛的应用。VirtuoZo NT的正射影像模块的功能特点包括：可以根据DEM实现多影像的自动纠正和无缝镶嵌，系统提供多种灵活的操作模式和方便实用的影像修补工具，包括提高影像质量的影像自动匀光处理和提高配准成功率的Wales变换，任意影像（航空影像、卫星影像、非量测相机的近景摄影影像，黑白和彩色影像）的无缝镶嵌。
2）基于航片的城市建筑物的真实建模
城市真实三维景观模型，与通常的计算机动画制作和仿真模拟完全不同，它是根据建筑物的实际三维地理坐标（图4-3）构建的真实城市三维景观模型。在此三维景观模型中，建筑物之间的空间位置关系与实地是完全对应的，而且任意点的空间三维坐标是可以量测的，实现了真实三维景观的再现。同时还可以任意设定飞行路线，对城市真实三维景观模型进行动态飞行和旋转漫游，从不同的高度和角度进行可视化分析，令人如身临其境，产生无与伦比的真实立体景观效果。
真实景观的自动提取结果如图4-4所示。
此外，在真实的城市三维景观模型中，还可以进行参数化设计，例如将规划区中的旧房抹去，按给定的设计参数构建出新的规划楼群，实现可视真实现实与虚拟现实的结合。这一技术可广泛用于城市规划、城市改造、房地产开发、交通管理、消防调度、环境监测等各种领域。
城市真实三维结构模型的建立，是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真实纹理，从而生成整个城市的真实三维结构模型。
城市建模和三维景观可视化，由于可以实现城市真实三维景观的再现，实现真实现实与虚拟现实的结合，成为数字化测绘的新的技术亮点，并且已经成为建立“数字城市”的重要环节。这一技术产生的无与伦比的真实立体景观效果，以及在真实的城市三维景观模型中进行参数化设计，使得这一新技术具有广阔的应用前景，可广泛用于城市规划、城市改造、房地产开发、环境监测等各种领域。
图4-3 建筑物坐标提取
图4-4 所提取生成的真实三维景观
3）遥感影像配准与融合系统(www.xing528.com)
随着信息技术和传感器技术的飞速发展，卫星遥感影像分辨率有了很大提高，包括空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。特别是随着1m分辨率IKONOS卫星影像投入大规模商业应用，对于建立数字城市，将提供一个可供选择的丰富的数据源。
遥感信息的定量化的一个值得重视的发展方向，是利用高分辨率的经过纠正的影像（包括更高分辨率的航空影像）对低分辨率的影像进行配准、纠正及融合处理，即遥感影像的相互校正。
这里介绍一种高精度、高效的相互纠正的新方法，基于数字摄影测量影像匹配的独特算法，提供了一个进行多重遥感影像高精度配准、纠正、融合的自动化的高效实用功能。由于该方法影像纠正的精度高、处理过程自动化程度高、应用范围广和实用性强，引起了国内遥感应用领域和国外遥感图像处理软件厂商的极大关注和兴趣。该方法在遥感信息定量化中的应用，可以概括为如下几个方面：
（1）基于SPOT影像纠正融合多光谱影像。鉴于SPOT卫星影像具有较高的分辨率和几何精度，而Landsat TM卫星影像具有丰富的多光谱信息，在遥感信息定量化处理中，经常利用SPOT影像对TM影像进行纠正处理，然后将纠正后的TM影像的多光谱信息融合到SPOT影像中。然而，通常的遥感图像处理系统只能人工交互式选取少数的几个同名点，利用多项式曲面拟合进行概略的改正。由于这种方法精度低，其应用受到很大的限制。
这里所述的方法，可以在SPOT影像和TM影像之间，自动配准出数万个乃至数十万个同名点，利用小面元进行微分纠正，从而实现对TM影像的高精度几何校正，获取高质量的SPOT与TM的融合影像。这样既利用了SPOT影像地理分辨率精度高的优势，又充分发挥了TM影像光谱信息丰富的特点。
（2）基于航空正射影像纠正融合其他遥感影像。对于遥感影像（如TM多光谱影像）覆盖地区具有航空摄影资料情况，可以利用航摄资料比例尺大、分辨率高的特点，对多光谱影像进行纠正融合处理，获取更高精度的融合效果。
（3）自动化高效更新正射影像数据库。在一些先进的欧美国家，已经建立了大范围的正射影像数据库，例如法国和美国的大多数州都建立了SPOT正射影像数据库。目前，更高分辨率的IKONOS（1m分辨率）卫星影像已经投入商业化使用。据悉，美国将利用IKONOS影像全面更新SPOT正射影像数据库，这将是一项规模巨大的工程。
如果采用这里所述的高精度遥感影像配准、纠正、融合方法，将是一个最佳选择。该方法可以实现自动化、快速、高效的大规模处理；更重要的是，使用该方法可以免除任何外业控制和内业量测工作，将会产生巨大的经济效益和社会效益。
（4）任意影像之间的高精度配准融合。这里所述的方法实际上适于任何影像之间的配准、纠正、融合处理。其中包括航空影像、SPOT卫星影像、TM多光谱影像、雷达影像、近景摄影影像、非量测相机摄影影像、摄像机影像等。
在配准融合处理过程中，两个影像中一个为基准影像，即作为已纠正好的影像，而没有必要寻找任何控制点。影像之间的配准完全是相对的。从这一实质出发，可以将影像之间的高精度配准、纠正、融合，扩展到任何感兴趣的影像，应用到更广泛的领域，为“数字城市”提供又一种数据源。
2.基于数码相机或摄像机的数据获取
对于中小规模的城市，采用航片或卫片成本相对较高，而且不一定具备这种条件。在这种情况下，可以采取其他的数据获取方案。这里先介绍基于数码相机或摄像机来进行三维建模的方案。
MagiXity（基于摄像机的三维建模系统）是在三维建模领域中推出的又一个软件产品。众所周知，当前，国内外在城市三维建模中存在几个技术瓶颈：获取原始图像速度慢（一般都需要航片），需要对航摄图像进行扫描数字化，三维建模中人工操作的工作量过多，等等。MagiXity将一改使用航片进行三维建模的方法，能直接从摄像机所获得的视频图像中进行三维建模。由于使用了摄像机，用户不但能从不同的方位拍摄图像，而且利用视频图像的拼接和纹理编辑技术还能解决单张影像无法拍摄长型建筑物的问题，从而提高了三维建模的速度。同时，MagiXity还支持对数码相机照片的处理。
MagiXity的主要功能有：①二维矢量数据的绘制（或mif文件的导入）、编辑和地物类型管理，如图4-5所示；②视频影像的自动、快速三维建模；③视频影像的拼接；④视频影像的纹理编辑和纹理修复，如图4-6所示；⑤三维场景的快速漫游。
图4-5 二维矢量数据的管理
MagiXity是一个使用方便、低成本、界面友好、适合于大众用户的软件产品，最后创建的三维场景以VRML（虚拟现实建模语言）的形式输出以供网上浏览，如图4-7所示。因此MagiXity开拓了三维建模的应用领域，将在城市规划与管理、房地产开发和网上交易等领域中具有巨大的应用潜力。
图4-6 基于AVI的三维建模过程
3.支持3DMax、AutoCAD、VRML和MultiGen等建模工具的数据
目前，大部分城市都拥有自己的基础数据。这种情况下，就可以直接利用已有的数据。三维可视地理信息系统ImaGIS高度集成编辑（支持AutoCAD，3DMAX和MultiGen的数据）、管理（MIS）、查询、分析（GIS）、网上发布（Web GIS）、可视化（VRML）、飞行浏览以及二次开发功能，具有很宽的数据接口。为已有基础数据的城市提供直接读取数据的功能，并能在已有的数据基础上进行数据更新，将已有的数据和规划中的数据进行统一管理。ImaGIS提供强大的三维建模工具，能够完成异型建筑物（指不同于一般房屋的复杂建筑物，如立交桥、古建筑物等）的建模，如图4-8所示，由于规划中的建筑物不能直接从航片上获得，此功能可以用于规划中或虚拟的建筑物等的建模。
图4-7 基于三维景观漫游
图4-8 复杂模型建模过程
4.从图纸或工程扫描图上获取数据
对于没有基础数据的城市，我们也提供了解决方案。ImaGIS能提供图像矢量化、屏幕数字化、高程自动赋值、建筑物高度自动提取等功能，来快速从工程图纸上建立起城市的三维景观，如图4-9所示。
图4-9 矢量化建模过程
5.继承其他地理信息系统的数据
作为三维可视地理信息系统，ImaGIS继承了以往二维GIS系统的特点，完全支持平面GIS的数据，提供如下的接口：ArcInfo E00、ArcView Shapefile、MapInfoMif、MapGIS。
ImaGIS能够继承平面GIS数据中的矢量信息和属性信息，快速地将平面二维数据三维化，为已建立信息系统的城市提供三维可视地理信息系统平台。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
