吳滿意，王占宏，田懷啟

(1.武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.國家測(cè)繪地理信息局第一地形測(cè)量隊(duì)，陜西 西安 710054)

天寶測(cè)繪解決方案專欄

Trimble MX2在城市道路測(cè)量中的應(yīng)用

吳滿意1，2，王占宏2，田懷啟2

(1.武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.國家測(cè)繪地理信息局第一地形測(cè)量隊(duì)，陜西 西安 710054)

一、引 言

車載移動(dòng)測(cè)量技術(shù)是一種新興的測(cè)量技術(shù)，也是當(dāng)今測(cè)繪界最為前沿的科技之一。它是在機(jī)動(dòng)車上裝配全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、相機(jī)系統(tǒng)(CCD)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)等先進(jìn)的傳感器和設(shè)備，在車輛高速行進(jìn)中，快速采集道路及道路兩旁地物的空間位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，并同步存儲(chǔ)在車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，事后基于點(diǎn)云與數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行空間地理信息的提取與分析，形成內(nèi)容豐富的空間信息數(shù)據(jù)庫。

二、Trimble MX2移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)

Trimble MX2是一套安裝在交通工具上的空間影像獲取系統(tǒng)，該系統(tǒng)將高分辨率的激光掃描儀與精確的定位定姿系統(tǒng)相集成，用于獲取具有地理參考信息的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，滿足各種行業(yè)應(yīng)用。Trimble MX2系統(tǒng)適用于在各類型的陸上或水上交通工具上快速安裝與拆卸。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，在車輛高速行進(jìn)過程中，能快速采集道路及道路兩旁地物的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 Trimble MX2系統(tǒng)組成

三、數(shù)據(jù)采集與處理

Trimble MX2作業(yè)的基本內(nèi)容包括：系統(tǒng)安裝、基站(或控制點(diǎn))布設(shè)、外業(yè)數(shù)據(jù)采集(POS數(shù)據(jù)/視頻圖像/LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集)、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理(POS數(shù)據(jù)解算、視頻圖像/LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)地理參考重建、提取成果數(shù)據(jù))等內(nèi)容。具體作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 Trimble車載移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)作業(yè)流程

1.基準(zhǔn)站設(shè)置

根據(jù)這次試驗(yàn)測(cè)區(qū)范圍和大地控制點(diǎn)分布情況，架設(shè)靜態(tài)觀測(cè)基站。該站距離測(cè)區(qū)最遠(yuǎn)端的距離約為5.38 km，確保了基站至MX2系統(tǒng)作業(yè)區(qū)的距離滿足小于20 km的作業(yè)要求(超出30 km的范圍則會(huì)影響采集精度)；基站的采樣頻率設(shè)為1 Hz。

2.數(shù)據(jù)采集

在完成基站架設(shè)并確定基站開始工作后，即可在試驗(yàn)測(cè)區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在數(shù)據(jù)采集前，將移動(dòng)測(cè)量車停靠在能鎖定至少6顆衛(wèi)星的空曠地方，原地靜態(tài)采集10 min POS數(shù)據(jù)；然后啟動(dòng)移動(dòng)測(cè)量車，進(jìn)行POS系統(tǒng)初始化，使系統(tǒng)定位精度與姿態(tài)達(dá)到POS系統(tǒng)設(shè)定的精度要求；待初始化完畢后，移動(dòng)測(cè)量車沿道路進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，采集時(shí)移動(dòng)測(cè)量車的行駛速度保持在18 km/h左右，激光采集速率為40條掃描線/s，脈沖重復(fù)頻率PPR為7.2 kHz，圖像數(shù)據(jù)采樣間隔為2 m；數(shù)據(jù)采集完成后，將移動(dòng)測(cè)量車停靠在靜態(tài)觀測(cè)基站附近的位置，靜態(tài)采集10 min POS數(shù)據(jù)，完成靜態(tài)POS數(shù)據(jù)采集后，結(jié)束試驗(yàn)測(cè)區(qū)數(shù)據(jù)采集作業(yè)。

3.數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采集完成后，將車載移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)獲取的POS數(shù)據(jù)、激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與視頻圖像數(shù)據(jù)備份到移動(dòng)硬盤上，進(jìn)行內(nèi)業(yè)解算處理。

(1)POS系統(tǒng)數(shù)據(jù)解算處理

將Trimble車載移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)MX2采集到的POS數(shù)據(jù)、基站記錄的GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入POSPac MMS軟件中進(jìn)行組合解算處理，采用單基站緊組合卡爾曼濾波算法，獲得最佳平滑行車軌跡路線，也就是移動(dòng)測(cè)量車載行進(jìn)過程中的位置、姿態(tài)、加速度、角速率等信息。

(2)點(diǎn)云數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)的解算處理

(1)根據(jù)各斷點(diǎn)在8條時(shí)間剖面反映特征的相似性，認(rèn)定這8條剖面的斷點(diǎn)應(yīng)為同一條斷層的反映，將其組合為F4正斷層。該斷層在QN-06V井區(qū)附近走向?yàn)镹72°E，傾向?yàn)镾SE，落差為205～315 m。在此基礎(chǔ)上對(duì)QN-06V井區(qū)附近3#煤層的底板等高線進(jìn)行了修正。

Trimble車載移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集時(shí)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與視頻圖像數(shù)據(jù)需要進(jìn)行外方位元素解算處理，獲取實(shí)際地理坐標(biāo)。該處理過程是通過Trimble Trident軟件以POS數(shù)據(jù)解算得到平滑軌跡數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)激光點(diǎn)云GPS數(shù)據(jù)與圖像GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行校正解算，獲取具有實(shí)際地理坐標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)。

得到具有實(shí)際地理坐標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)后，通過Trimble Trident軟件對(duì)圖像數(shù)據(jù)與點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)區(qū)點(diǎn)云數(shù)據(jù)真彩色渲染，并將渲染后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可用于創(chuàng)建線劃圖的點(diǎn)云數(shù)據(jù)格式(CSV或LAS)，將圖像轉(zhuǎn)換具有地理參考的圖片格式(JPG)。

4.制圖數(shù)據(jù)輸出

獲取的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)，可根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的需求進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，得到不同的成果數(shù)據(jù)，如數(shù)字線劃圖(DLG)、GIS數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)等。

(1)測(cè)區(qū)線劃圖與GIS數(shù)據(jù)

利用目標(biāo)物矢量提取與GIS建庫軟件Trimble Trident提取點(diǎn)狀物(燈桿、電線桿等)、線狀地物(道路邊線)及面狀地物(居民地等)，生成通用的GIS數(shù)據(jù)格式(SHP、MIF、DBF、DXF)。

(2)測(cè)區(qū)三維模型數(shù)據(jù)

在道路點(diǎn)云數(shù)據(jù)(目標(biāo)物數(shù)字表面模型DSM)的基礎(chǔ)上，通過三維建模軟件Trimble Sketchup建立測(cè)區(qū)中道路及周邊地物的三維模型。

(3)測(cè)區(qū)三維空間分析

Trident系統(tǒng)中提供基于點(diǎn)云或圖像的自動(dòng)或人工三維空間量測(cè)功能，如道路橫向坡度測(cè)量、水平/垂直凈距測(cè)量、視距測(cè)量等。

四、成果精度檢測(cè)

對(duì)于車載移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)精度，可通過將在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取的地物點(diǎn)與RTK方式采集的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)比對(duì)，進(jìn)行精度驗(yàn)證。

采用GPS RTK采集控制點(diǎn)時(shí)，選擇道路兩側(cè)或路面不同位置的地物點(diǎn)，如燈桿、斑馬線與車道線的端角、路緣石端角等。通過Trimble Trident后處理平臺(tái)中基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)提取同名地物點(diǎn)，進(jìn)行平面誤差與高程誤差量測(cè)統(tǒng)計(jì)，見表1。

表1 車載移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)誤差統(tǒng)計(jì)表

五、結(jié)束語

Trimble MX2車載移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)城市道路及道路兩側(cè)一定范圍內(nèi)目標(biāo)物的快速采集，有效降低了外業(yè)數(shù)據(jù)采集的時(shí)間與勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著基礎(chǔ)測(cè)繪、地理國情普查、應(yīng)急測(cè)繪保障，以及數(shù)字城市、智慧城市的不斷推進(jìn)與發(fā)展，數(shù)據(jù)的快速獲取與快速處理成為測(cè)繪信息化生產(chǎn)的主要目標(biāo)，同時(shí)街道景觀的三維可視化已經(jīng)成為數(shù)字城市、智慧城市的一項(xiàng)重要工作。車載移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)作為一種全新的地理空間數(shù)據(jù)采集方式，在地理空間數(shù)據(jù)采集與更新中必將發(fā)揮越來越大的作用。

(本專欄由天寶測(cè)量部和本刊編輯部共同主辦)