余建偉 , 林偉恩

(1. 中山大學地理科學與規(guī)劃學院，廣東 廣州 511400； 2. 廣州中海達衛(wèi)星導航技術股份有限公司，廣東 廣州 511400； 3. 武漢海達數(shù)云技術有限公司，湖北 武漢 430023)

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中海達高精度移動測量系統(tǒng)在城市部件普查中的應用

余建偉1,2,3, 林偉恩3

(1. 中山大學地理科學與規(guī)劃學院，廣東 廣州 511400； 2. 廣州中海達衛(wèi)星導航技術股份有限公司，廣東 廣州 511400； 3. 武漢海達數(shù)云技術有限公司，湖北 武漢 430023)

HiScan-S高精度一體化移動三維測量系統(tǒng)是中海達自主研制的新型測繪裝備，該系統(tǒng)集成了高密度三維激光掃描系統(tǒng)、360°全景相機、高精度定位定姿系統(tǒng)等多個傳感器、總成控制系統(tǒng)和高性能計算機(如圖1所示)。將其搭載在汽車上，在車輛高速行進中，可快速采集道路及兩旁地物的高清影像及激光點云，并根據(jù)各種應用需要進行各種要素特別是道路兩旁要素的任意隨時的按需測量，包括道路中心線或邊線位置坐標、目標地物的位置坐標、路(車道)寬、橋(隧道)高、交通標志、道路設施等。

圖1　HiScan-S 高精度移動測量系統(tǒng)

一、中海達HiScan-S高精度移動測量系統(tǒng)及其配套的軟件

(1) 系統(tǒng)指標

1) 測程為100～1000 m(可根據(jù)掃描頭擴展)；

2) 掃描點頻>100萬點/s；

3) 掃描頻率為200 Hz ；

4) 測量精度為5 cm@100 m；

5) 高清影像>7200萬像素。

(2) 配套軟件

1) POS解算軟件：Inertial Explorer/PosPac(根據(jù)慣導類型選配)；

2) 數(shù)據(jù)融合軟件：HDCombine；

3) 全景拼接軟件：HDPano；

4) 測圖建庫軟件：HDVector。

二、HiScan-S部件普查技術流程

1. 外業(yè)數(shù)據(jù)采集流程

1) 路線規(guī)劃：以最短的行駛里程完成數(shù)據(jù)采集，避免漏采。

2) 參數(shù)設置：采集頻率200 Hz、影像采集間距10 m。

3) POS對準：開啟POS數(shù)據(jù)采集，約5 min。

4) 路線采集：開始按規(guī)劃路線采集點云和影像數(shù)據(jù)。

5) 結束采集：完成規(guī)劃路線采集，拷貝數(shù)據(jù)，關閉設備。

6) 控制點采集：在GNSS信號失鎖區(qū)域，按200 m采集一個控制點，精度要求在3 cm內。

2. 內業(yè)數(shù)據(jù)處理流程

1) 數(shù)據(jù)下載：根據(jù)外業(yè)數(shù)據(jù)采集時間，下載對應時間段的CORS基站靜態(tài)數(shù)據(jù)(包含*.o文件)。

2) POS數(shù)據(jù)解算：將POS數(shù)據(jù)和CORS靜態(tài)數(shù)據(jù)導入Inertial Explorer軟件中，經(jīng)過軟件解算得到移動測量系統(tǒng)在采集過程中的位置和姿態(tài)信息，輸出*.pos數(shù)據(jù)文件。

3) 數(shù)據(jù)融合解算：將移動測量系統(tǒng)采集的激光數(shù)據(jù)和*.pos數(shù)據(jù)文件導入HDCombine軟件中，經(jīng)過軟件解算后可以得到三維點云數(shù)據(jù)和軌跡數(shù)據(jù)(如圖2所示)。

圖2　高密度的點云數(shù)據(jù)

在GNSS信號較差的區(qū)域，添加控制點進行融合解算，提高測量精度。

4) 全景拼接：將移動測量系統(tǒng)在采集的影像數(shù)據(jù)導入HDPano軟件中，自動化批量生成360°全景影像(如圖3所示)。

圖3　高分辨率全景影像

5)將工程文件導入HDVector軟件中，進行點、線、面等部件要素的提取，同時基于高清全景影像進行屬性數(shù)據(jù)錄入。

6) 圖幅整飾、屬性檢查。

三、應用案例及優(yōu)勢分析

1. 測區(qū)情況

本項目測區(qū)位于西部某市，采集道路主要集中在城市中心，道路兩側多為高層建筑，并且有高架橋覆蓋，衛(wèi)星信號極差，采用RTK測量手段在該區(qū)域無法實施。

2. 作業(yè)標準

本項目根據(jù)《城市市政綜合監(jiān)管信息系統(tǒng)管理部件和事件分類、編碼及數(shù)據(jù)要求》(CJT 214—2007)中的要求，獲取30 km城市道路內部和兩側的7大類城市部件，完成部件采集、屬性調查和成圖入庫工作，成果精度要求見表1。

表1　成果精度要求

3. 技術優(yōu)勢

從本項目的實施過程和成果分析可得，中海達HiScan-S高精度移動測量系統(tǒng)在城市部件普查方面的主要優(yōu)勢有以下4點。

(1) 外業(yè)采集效率高

在本次城市部件普查項目中，考慮城市交通流暢性，中海達移動測量系統(tǒng)平均車速可達30 km/h。從數(shù)據(jù)成果分析，在城區(qū)每1 km道路兩側，地物個數(shù)將達到1500個以上，普查工作量巨大。特別在城市GNSS信號失鎖嚴重區(qū)域，RTK采集手段難以實施，移動測量技術采集效率的優(yōu)勢尤為突出。此外，在城市部件中有大量的井蓋(包括通信、電力、雨水等)位于道路中央，人工打點測量危險系數(shù)較大，移動測量系統(tǒng)能夠有效解決作業(yè)安全性問題。

(2) 基于MDB數(shù)據(jù)庫

本系統(tǒng)配套的HDVector測圖建庫軟件是基于ArcGIS平臺進行開發(fā)的，可以直接加載點云和全景影像數(shù)據(jù)，全面兼容ArcGIS工具包，提供行業(yè)標準模板，可以進行地物提取和屬性錄入，直接生成MDB部件普查數(shù)據(jù)庫，無需進行數(shù)據(jù)格式轉換。

(3) 半自動化提取工具

在系統(tǒng)配套的軟件中，提供了多種自動化、半自動化的部件提取工具，有效地提高了內業(yè)成圖效率。如基于行道樹自動化提取，一鍵式地完成道路兩側行道樹的快速提取,以及基于道路邊線、標示線的半自動提取。

(4) 影像掛接

移動測量系統(tǒng)采集點云數(shù)據(jù)，同時也可按設定距離獲取高清全景影像。在軟件中，利用高清全景影像，可以輔助判讀部件屬性信息；另外，可以基于高清全景截取部件影像，大大降低了外業(yè)部件拍照的工作量和數(shù)據(jù)關聯(lián)工作量。

四、結束語

隨著地級市的數(shù)字城市地理空間框架建設的全面開展，城市部件普查成為其工作的重要部分，借助移動測量系統(tǒng)采集效率明顯高于傳統(tǒng)測量方法，降低了外業(yè)人員采集難度和危險性。同時，內業(yè)數(shù)據(jù)處理中，高密度的點云數(shù)據(jù)有利于地物的快速提取和識別，借助(半)自動化工具可以提供作業(yè)效率。從本項目實施成果分析，中海達高精度移動測量在城市部件普查中的技術路線已經(jīng)成熟，在實際的工程項目中能夠起到積極的推動效應。

空間信息智能感知與服務深圳市重點實驗室(深圳大學)開放基金(42990007)

中海達·開啟智時代