全景技術(shù)在環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中的應(yīng)用

胡健波，劉長(zhǎng)兵

(交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所， 水路交通環(huán)境保護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津300456)

摘要：通過(guò)介紹全景技術(shù)的概念和方法以及全景圖的瀏覽和漫游方式，深入分析了其在環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中的應(yīng)用潛力。全景技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了“先攝影后取景”的新攝影模式，降低了對(duì)環(huán)評(píng)人員攝影素養(yǎng)的要求；全景技術(shù)覆蓋360度的場(chǎng)景范圍，提供更真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)；全景技術(shù)配合GPS，使得基于圖像的建設(shè)前后比較具有可操作性。建議在建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)和竣工環(huán)保驗(yàn)收工作中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：環(huán)境影響評(píng)價(jià)；現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查；全景圖；全景漫游

作者簡(jiǎn)介：胡健波(1982—)，男，高級(jí)工程師，博士，主要研究遙感技術(shù)在交通環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用，E-mail：whogamble@qq.com健波(1982—)，男，高級(jí)工程師，博士，主要研究遙感技術(shù)在交通環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用，E-mail：whogamble@qq.com

中圖分類(lèi)號(hào)：X820.3

DOI: 10.14068/j.ceia.2015.04.016

環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查是環(huán)境影響評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，是環(huán)評(píng)人員獲得第一手自然和社會(huì)環(huán)境資料、直觀認(rèn)識(shí)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響的重要過(guò)程[1]。調(diào)查過(guò)程中通常會(huì)使用相機(jī)拍攝照片，以便在報(bào)告中或項(xiàng)目評(píng)審會(huì)上直觀地展示現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)情況；一些快速、大范圍調(diào)查技術(shù)在環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中的應(yīng)用，如衛(wèi)星遙感技術(shù)和無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)[2-3]，廣義上仍然可以歸為攝影技術(shù)。

照片能夠存儲(chǔ)并共享人的視覺(jué)信息，讓未親臨現(xiàn)場(chǎng)的人員獲得一定程度的現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)，然而這種體驗(yàn)并不充分，因?yàn)檎掌粌H定格了畫(huà)面，也定格了視角，難以涵蓋拍攝位置周?chē)娜烤跋蟆ｋm然可以采用拍攝多張不同角度照片或轉(zhuǎn)動(dòng)錄制視頻的方式來(lái)彌補(bǔ)，但是體驗(yàn)仍然有限。全景攝影技術(shù)是一種從更加寬廣的角度拍攝景物的新興攝影技術(shù)，解決了常規(guī)攝影技術(shù)視角受限的問(wèn)題，用戶(hù)在瀏覽全景圖時(shí)可以自行決定視角[4]。本文介紹了全景技術(shù)并分析了其在環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中的應(yīng)用潛力，以期促進(jìn)該技術(shù)在環(huán)境影響評(píng)價(jià)行業(yè)中的推廣應(yīng)用。

1全景技術(shù)簡(jiǎn)介

全景技術(shù)一般泛指兩類(lèi)，一類(lèi)是通過(guò)全景攝影技術(shù)獲得全景圖的過(guò)程，另一類(lèi)是組織管理海量的全景圖用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景漫游的過(guò)程。本文指的是前一類(lèi)，但是在生活中后一類(lèi)更為人所熟悉。

1.1　全景攝影與全景圖

全景(panorama)來(lái)源于希臘語(yǔ)，意思是“都能看見(jiàn)”。全景圖也被稱(chēng)為360度全景圖，是對(duì)場(chǎng)景的超大視角乃至360度完整場(chǎng)景范圍進(jìn)行展示的照片，可以帶來(lái)三維立體的視覺(jué)感。通常意義上的全景圖大致可以分為球形全景圖和柱形全景圖，前者涵蓋全方位的球形場(chǎng)景，后者涵蓋水平360度的環(huán)狀場(chǎng)景，如圖1所示。全景圖的獲取主要經(jīng)歷兩個(gè)步驟：第一步是多角度拍攝?？梢允褂脝闻_(tái)相機(jī)分多次拍攝，也可以使用多臺(tái)相機(jī)集成的全景攝影系統(tǒng)(如Ladybug等)一次成像獲得，前者成本低但僅適合拍攝靜態(tài)景物，后者成本高但可以拍攝動(dòng)態(tài)景物。第二步是照片拼接生成全景圖，市面上已有大量成熟全景圖拼合軟件，如PTGui、PhotoShop、PhotoStitch、Autopano Giga、造景師等。

全景圖和其他普通圖片一樣，在計(jì)算機(jī)中以二維數(shù)組存儲(chǔ)，因此全景圖在生成時(shí)存在三維到二維的投影變換過(guò)程。球形全景圖通過(guò)等距圓柱投影生成，是代表360度×180度球形空間的長(zhǎng)寬比例等于2∶1的圖像(圖1)；柱形全景圖是球形全景圖的中間部分，是代表360度×N度(N<180)環(huán)形空間的長(zhǎng)寬比大于2∶1的圖像。球形全景圖用普通的圖片瀏覽軟件觀看畸變比較嚴(yán)重，其程度與離上下邊界的距離成正比；無(wú)畸變觀看全景圖(如無(wú)特指，本文中的全景圖一詞代表球形全景圖)需要用專(zhuān)用的全景圖瀏覽軟件(如Panorado)或內(nèi)含全景瀏覽插件(類(lèi)似adobe flash player)的其他軟件，用戶(hù)可以通過(guò)鼠標(biāo)任意設(shè)定想看的視角。

圖1　球形全景圖和柱形全景圖(紅色邊框范圍內(nèi)部分)場(chǎng)景范圍及示例 Fig.1　Field of view and example photos of spherical panorama and cylindrical panorama (part within the red border)

1.2　全景漫游

全景漫游又叫“三維全景漫游”，以全景圖為組成單元，將多個(gè)全景圖整合構(gòu)建成一個(gè)展示系統(tǒng)[5]，最典型的就是2004年Google公司提出且目前已經(jīng)在各種在線(xiàn)地圖普及的地圖街景(圖2)[6]。全景漫游成本低、制作周期短、占有存儲(chǔ)空間小、對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求低，特別適合互聯(lián)網(wǎng)在線(xiàn)展示，已經(jīng)在旅游景點(diǎn)、建筑房地產(chǎn)、博物館、虛擬校園等的三維效果展示上獲得廣泛應(yīng)用[4]。

圖2　展現(xiàn)城市街道的全景漫游系統(tǒng) Fig.2　Panoramic roaming system to show city streetscape

2全景技術(shù)在環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查中的應(yīng)用潛力

在生活中，人們對(duì)全景的認(rèn)知僅僅停留在一張覆蓋360度全部場(chǎng)景范圍的超大圖片上。通過(guò)一個(gè)典型案例，可以深入分析其在環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中的應(yīng)用潛力。

2.1　先攝影后取景的新攝影模式

全景圖還是新興事物，人們最習(xí)慣的還是無(wú)畸變的普通照片。事實(shí)上，通過(guò)全景攝影設(shè)備不僅能夠獲得全景圖，而且也能夠獲得任意視角的普通照片。如圖3的5張非全景圖照片，就是其中一張全景圖在生成過(guò)程中(PTGui軟件)截取不同視角所得。全景攝影方式是先攝影，然后在全景圖生成軟件中任意“取景”，拍攝時(shí)無(wú)須考慮取景問(wèn)題，開(kāi)創(chuàng)了“先攝影后取景”的新攝影模式，大大降低了對(duì)拍攝者攝影素養(yǎng)的要求，杜絕了漏拍、取景較差的問(wèn)題。全景圖有助于減少環(huán)境影響評(píng)價(jià)項(xiàng)目中編寫(xiě)人員和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查人員之間的溝通障礙。

2.2　更真實(shí)全面的現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)

全景圖涵蓋的場(chǎng)景范圍遠(yuǎn)大于普通照片，瀏覽全景圖更有現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)感(信息越多越不容易造假)。圖3中，我們關(guān)心的是一個(gè)場(chǎng)地施工項(xiàng)目，局部圖片中該場(chǎng)地周邊只有一棟辦公樓和一座鋼構(gòu)廠房；而在全景圖中能夠看到，拍攝地點(diǎn)位于場(chǎng)地邊的一條道路上，背靠另一座鋼構(gòu)廠房，鋼構(gòu)廠房和道路之間有一排樹(shù)木，拍攝位置在一棵樹(shù)的樹(shù)蔭中。另外，拍攝時(shí)指定每次全景拍攝時(shí)的第一張照片朝正北拍攝(依靠指南針)，那么就可以事后在全景圖中推算任意一個(gè)景物相對(duì)拍攝位置的水平方位角(每個(gè)像素代表的角度度數(shù)等于360度除以圖像的長(zhǎng)邊像素個(gè)數(shù))。配合GPS定位，即可制作現(xiàn)場(chǎng)全景漫游系統(tǒng)，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)感。

2.3　基于圖像的建設(shè)前后環(huán)境變化分析

建設(shè)項(xiàng)目竣工環(huán)保驗(yàn)收同樣需要開(kāi)展環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作，而且需要與環(huán)評(píng)階段相比較，重點(diǎn)關(guān)注不一致的部分。如果全景攝影過(guò)程中使用GPS記錄拍攝位置，那么不同的人完全可以在同一個(gè)位置、不同時(shí)期拍攝多張全景圖，通過(guò)比較分析環(huán)境變化情況。如圖3中的兩張全景圖，分別是場(chǎng)地建設(shè)期和建設(shè)后拍攝；建設(shè)后場(chǎng)地一部分是綠地，其余是硬質(zhì)覆蓋，而且拍攝位置附近多了一輛車(chē)。全景圖中含有大量與建設(shè)項(xiàng)目無(wú)關(guān)但不會(huì)發(fā)生變化的景物，作為背景有助于佐證全景圖的真實(shí)性。

圖3　同一地點(diǎn)不同時(shí)期全景圖及全景圖中截取的5張局部圖片(無(wú)畸變) Fig.3　Two panoramas of the same place acquired at different time, and five extracted subsets (no distortion)

3結(jié)論

全景圖相比普通照片覆蓋了更廣的場(chǎng)景范圍，是普通數(shù)碼照片的發(fā)展和延伸。在環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中使用全景技術(shù)獲取全景圖，不但降低了對(duì)環(huán)評(píng)人員攝影素養(yǎng)的要求(先攝影后取景)，而且能夠給未曾去過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的人員帶來(lái)更真實(shí)、更全面的現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)，更使得基于圖像的建設(shè)前后環(huán)境變化分析具有可操作性，值得在建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)和竣工環(huán)保驗(yàn)收中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)(References)：

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[2]胡健波, 李皚菁, 李東昌，等. 遙感監(jiān)測(cè)公路建設(shè)項(xiàng)目臨時(shí)占地恢復(fù)狀況[C]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)，2013中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集. 北京：中國(guó)環(huán)境出版社，2013：2144-2150.

[3]朱京海, 王曉臣, 問(wèn)鼎，等. 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)竣工環(huán)保驗(yàn)收中的應(yīng)用[J]. 環(huán)境影響評(píng)價(jià), 2014(3): 41-44.

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[6]梁世文. 街景應(yīng)用的研究探討[J]. 科技傳播, 2013(21): 220.

Application of Panorama in Field Survey on Environment

HU Jian-bo, LIU Chang-bing

(Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering, Laboratory of Environmental Protection

in Water Transport Engineering, Ministry of Transport, Tianjin 300456, China)

Abstract:In this paper, we introduce the concept and method of panoramic photography, and the way to view and explore panorama. Through a typical case, we analyze the its potential application in field survey on environment. Panoramic photography creates a novel photography mode ‘finding view after shooting’, reducing photographic quality requirements of EIA practitioners. Panoramic photography covers 360-degree field of view, providing more live experience. Panoramic photography with GPS makes it operational to do before-and-after change analysis based on images. We recommend using panorama in Environmental Impact Assessment projects and Environmental Acceptance Check projects.

Key words: environmental impact assessment; field investigation; panorama; panoramic roaming system