高速公路全景三维图应用系统的设计与实现
摘要在分析国内外高速公路信息系统研究现状的基础上，本文提出了一种基于全景地图的高速公路三维地理信息系统架构。

然后对系统中软件设计、数据采集加工建库以及用到的关键技术进行详细论述。

最后对系统的应用成果进行了描述。

关键词全景地图；全景三维图；三维地理信息系统；高速公路地理信息系统
Design and Realization of Highway Panorama 3D Map Application System
QUAN Bing
Fuzhou Investigation and Surveying Institute，Fuzhou 350003，P. R. China AbstractA highway three-dimensional geographic information system architecture based on panorama map is presented on the basis of highway information system research. Then the system software design，data collection and processing as well as key technology used are discussed in detail. Finally the application results of the system are described.
Key words panoramamap; Panorama 3D Map; 3D geographic information system;highway geographic information system
0 引言
近年来，我国高速公路建设飞跃发展，高速公路地理信息系统的研究开发也取得了一定的发展。

现有系统着重于二维地图展示及分析，不能全方位展示高速公路及周边交通景观设施情况，无法实现多角度多空间的分析决策，无法满足高速公路运营管理信息化、智能化、立体化的需求。

全景地图（Digital Panorama Map，DPM），又称实景地图，是一套可量测的立体影像系统。

使用强大的的成像技术、高精度导航系统，组成一个移动测绘系统，移动捕捉所有道路详细数据。

系统配备一个全球定位系统接收器来检测的位置和一个全景相机拍摄来采集周边的影像数据，同时整合惯性导航系统和倾斜感应器，可以用来确定图像的位置点和垂直信息。

相对于传统的三维建模，全景地
图制作周期短，成本低，是获取高清晰三维地图数据的快捷方法。

全景三维图集全景地图、三维模型数据为一体，全景影像和三维场景同步，具有全景图的真实感和三维模型的精确、大场景等优点。

本文基于真实地理数据，结合GIS、三维虚拟现实技术建立高速公路全景三维图应用系统，使用三维大场景直观展示高速公路整体的运行状况、设施分布，同时对接高速公路养护系统等业务系统的数据，能为高速公路管理人员提供设施信息查询统计、辅助决策功能。

1系统框架
高速公路全景三维图应用系统是一项复杂的综合集成的计算机信息系统，涉及到软硬件环境、信息资源、技术、组织机构、标准规范等组成要素。

系统的总体框架可以划分为数据采集、数据管理、应用表现三个层次，如图1所示。

图1 系统总体框架
数据采集层是应用系统的基础，通过建立矢量空间地理数据、360o全景、三维影像场景3大数据库，为系统提供有组织、可管理、权威的数据来源。

数据管理层，主要是对各类数据进行组织、配置，通过三维影像与空间数据库引擎技术进行驱动，实现将各种海量、内容丰富的地理信息数据以分层的方式进行组织。

通过数据管理层，后台管理员可以定时进行三维地理数据的更新维护。

应用表现层主要通过软件系统界面实现三维数据的浏览、分析统计、辅助决策。

在上述三类分层结构之外，还必须严格遵循相关标准规范体系和安全管理保障制度，使信息化建设和运作有章可循、规范发展。

2软件系统设计
根据高速公路管理的业务需求，设计高速公路全景三维图应用系统的功能结构，见图2。

图2 系统功能结构
2.1三维高速交互浏览
系统可以通过鼠标、键盘方式来控制飞行的速度、高度视角，使得用户可以灵活、便捷的在三维场景中浏览漫游。

系统提供三维场景和全景地图的联动功能。

2.2高速快速定位导航
实现省、市、县、镇、村等行政区划在三维场景中的快速定位，可以在鸟瞰图（鹰眼图）显示三维场景的准确位置，提供了根据高速公路线路名称和桩号自动定位的功能。

2.3养护信息查询
系统可以通过名称、高速公路编号、里程方式进行查询，查询结果以卡片的方式显示路面、桥梁、涵洞、高边坡等养护信息。

2.4高速公路结构物查询
高速公路结构物查询包括设施专题查询、路段设施查询、结构物统计三个功能。

设施专题查询是针对各类设施，按照路线名称、桩号以及各自所特有的指标参数作为条件进行查询，查询结果支持单个设施地图定位和多个设施分布展示。

路段设施查询支持按路线名称、起止点桩号查询该段内所有设施列表和详细属性信息，同时可查看单个结构物的详细信息和地图位置。

2.5交通设施量测
提供各种辅助用户查看分析场景的工具，包括距离量测、面积量测、剖面分析等。

其中剖面分析又可分为两种：一是纵断面的剖面分析，例如沿道路中线进行剖面分析，主要用来分析道路的坡度等；二是横断面的剖面分析，可对道路及其两侧的边坡、护坡以及地形走势进行直观的表达。

2.6图层管理
系统可根据用户需要，进行专题数据定制与三维可视化控制。

系统提供各种高速公路管理专题图层如服务区、紧急电话、收费站，标志牌、出入口等的自动加载和显示控制功能，以便于进行数据的展示叠加、决策分析等。

2.7高速场景打印输出
系统提供三维窗口快速截图、尺寸设置、文件保存、打印输出的功能。

2.8系统安全及权限管理
系统安全与权限管理模块通过用户管理、权限管理、身份验证来进行系统使用的控制。

3数据采集加工建库
3.1基础数据加工建库
基础数据主要包括矢量数据和建设区域的基础影像数据。

矢量数据内容见下
表。

内容范围比例尺
行政区划省、市、县、乡镇1：5万
公共专题地图山名、
水系、
热点高速沿线重要节点区域不依
比例尺
路网全省
业务专题数据（如桥梁、边坡、隧道、加油站、服务区、收费站、标志牌）高速沿线
表1矢量数据内容
影像数据利用传统的航飞模式完成全路段高分辨率数码航拍，通过内业加密、正射制作、纠正拼接、匀色、镶嵌等工艺完成数据生产。

3.2全景数据加工建库
采用专用数据采集车搭载Ladybug视觉影像采集系统，拍摄高速公路沿线的360°连续全景影像，然后使用笔者研制的内业数据处理软件对采集的数据成果进行入库、转换、线路校正等工作，建立连续全景影像数据库。

3.3三维基础场景数据建库
三维场景数据库主要包括三个部分：基础场景构建、三维部件建模、三维工程文件配置。

基础场景构建是利用三维建模软件Skyline Terra Builder压制基础场景文件，数据源采用不同分辨率的正射影像数据及大比例尺数字高程模型（DEM）数据。

三维部件建模主要包括道路、桥梁、隧道、护栏、边坡、广告牌与交通标志、路灯等高速路部件的位置、尺寸、形态精细建模。

为了保证数据的准确性及真实性，部件的位置、尺寸及纹理数据可从全景影像数据中提取。

在Skyline Terra Pro中通过叠加各类基础数据（信息点、路网、行政区划等）、高速公路专题数据、三维精细建模数据构建三维场景文件，并将工程保存成fly格式文件，供软件系统调用。