吳 波,楊曉鋒,陳宏強(qiáng),李 俊,侯興澤

(國家測繪地理信息局第二地形測量隊(duì),陜西 西安 710054)

應(yīng)用車載移動測量技術(shù)進(jìn)行大比例尺測圖的方法

吳 波,楊曉鋒,陳宏強(qiáng),李 俊,侯興澤

(國家測繪地理信息局第二地形測量隊(duì),陜西 西安 710054)

結(jié)合車載移動測量技術(shù)特點(diǎn)和測區(qū)實(shí)際情況,對外業(yè)掃描和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過程進(jìn)行了研究，并詳細(xì)闡述了利用點(diǎn)云和影像數(shù)據(jù)進(jìn)行大比例尺地形圖制作與檢查的方法，最后與傳統(tǒng)測圖方法進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，車載移動測量技術(shù)可以滿足1∶1000地形圖測繪的精度要求，而且地形圖制作效率較傳統(tǒng)方法提高數(shù)倍。本文的研究可以為今后車載移動測量技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用提供參考。

車載移動測量；數(shù)據(jù)處理；大比例尺地形圖

大比例尺地形圖是城市和地區(qū)規(guī)劃建設(shè)時所需的重要資料，快速、高效、準(zhǔn)確地獲取大比例尺地形圖一直是測繪領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)問題。車載移動測量技術(shù)作為一種先進(jìn)的測量手段，國內(nèi)對其在大比例尺測量方面作了很多研究[1- 5]。本文以某地區(qū)1∶1000地形圖生產(chǎn)任務(wù)為背景，以北京四維遠(yuǎn)見公司SSW車載移動測量系統(tǒng)為數(shù)據(jù)采集工具，通過實(shí)際的生產(chǎn)項(xiàng)目，對利用車載移動測量技術(shù)制作大比例尺地形圖的方法進(jìn)行了研究并取得了一定成果，為今后利用移動測量技術(shù)進(jìn)行大比例尺地形圖測繪提供了相關(guān)依據(jù)。

1 車載移動測量數(shù)據(jù)獲取與處理

1.1 項(xiàng)目背景

因某市地下管網(wǎng)改建需要，需沿規(guī)劃管網(wǎng)路線進(jìn)行1∶1000地形圖測繪。該市規(guī)劃管網(wǎng)埋設(shè)線路長146 km，涵蓋的測區(qū)面積約10 km2，測區(qū)大部分位于市區(qū)中，測區(qū)包含學(xué)校、醫(yī)院、工廠、商場、居民區(qū)等人群密集區(qū)域，地面上需要進(jìn)行測量的地物有建筑物、紅綠燈、污水篦子、路燈、綠化帶、鐵路、限高桿、廣告牌、臺階、攝像頭等，根據(jù)生產(chǎn)建設(shè)的需要，需在兩周內(nèi)完成地形圖繪制，利用傳統(tǒng)測量方法無法滿足要求，故選用車載移動測量技術(shù)進(jìn)行測圖。

1.2 外業(yè)掃描方案設(shè)計

在外業(yè)數(shù)據(jù)采集之前，需設(shè)計好掃描方案，主要確定掃描路線、GPS基準(zhǔn)站架設(shè)位置及掃描時間3項(xiàng)內(nèi)容。首先，依據(jù)管網(wǎng)路線埋設(shè)要求和掃描車的測量距離設(shè)計行駛路線，要求行駛路線必須覆蓋全部測區(qū)，而且為了使測量結(jié)果滿足1∶1000地形圖的精度要求，根據(jù)本文使用的測量車所搭載的激光掃描儀性能，測量車的行駛路線需設(shè)計在目標(biāo)物體100 m范圍內(nèi)。其次，根據(jù)設(shè)計的行駛路線，確定GPS基準(zhǔn)站架設(shè)位置，因本次配套使用天寶NetR9型測量系統(tǒng)，需保證基站在測量車10 km范圍內(nèi)。最后，為了確保測量數(shù)據(jù)的完整性和任務(wù)順利進(jìn)行，盡量選擇道路上人員和車輛較少的時間進(jìn)行測量[6]。

1.3 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集時，按照外業(yè)掃描方案設(shè)計的路線和時間進(jìn)行掃描，獲取測區(qū)的點(diǎn)云和全景影像數(shù)據(jù)。測量過程中車速保持在30 km/h左右，車輛行駛的同時記錄下行駛的軌跡。掃描完成后，通過對照軌跡和規(guī)劃路線檢查車輛是否按設(shè)計的路線行駛以確保掃描數(shù)據(jù)的正確性[7]。

1.4 車載移動測量數(shù)據(jù)處理

車載移動測量數(shù)據(jù)處理需分為以下兩部分進(jìn)行。

1.4.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成

將GPS、IMU、DMI數(shù)據(jù)進(jìn)行組合導(dǎo)航，獲得精確的移動測量車行駛軌跡，再通過與激光掃描儀數(shù)據(jù)進(jìn)行整合[8]，獲得有精確位置信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)[9]。

1.4.2 合成全景影像

利用SSW影像數(shù)據(jù)處理軟件，將相機(jī)拍攝的照片進(jìn)行抽稀改正，然后利用相機(jī)標(biāo)定參數(shù)、影像姿態(tài)參數(shù)、行駛路徑將單個相機(jī)拍攝的照片合成為包含精確位置信息的測區(qū)影像[10]。

如圖1所示，利用車載移動測量技術(shù)可以獲取同一位置精確的三維點(diǎn)云和影像數(shù)據(jù)。

圖1 測區(qū)點(diǎn)云和對應(yīng)位置影像

1.5 精度檢驗(yàn)

在測量車獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)成果中，選取一部分房屋拐點(diǎn)作為驗(yàn)證精度的特征點(diǎn)[11]，與全站儀測量的結(jié)果進(jìn)行比較[12]。通過比較可以看出，利用車載移動測量系統(tǒng)獲取的成果與全站儀測量的成果相差不大，大部分點(diǎn)坐標(biāo)平面和高程差值符合實(shí)際要求，極少數(shù)差值較大的點(diǎn)利用控制點(diǎn)糾正后，精度也可以滿足1∶1000大比例尺測量的要求。

2 大比例尺地形圖成圖方法

制作地形圖時首先在SWDY點(diǎn)云工作站中對地物特征點(diǎn)和線進(jìn)行提取，然后通過轉(zhuǎn)換導(dǎo)入CASS7.0中完成地形的編制。主要過程敘述如下。

2.1 特征線和特征點(diǎn)提取

點(diǎn)云導(dǎo)入SWDY中后，利用軟件的點(diǎn)云篩選和視角切換功能對點(diǎn)云進(jìn)行過濾顯示，在過濾后的點(diǎn)云上完成特征線和點(diǎn)的采集[13]。例如，當(dāng)采集路邊線數(shù)據(jù)時，可將高于路面的點(diǎn)云暫時過濾掉，僅利用路面部分點(diǎn)云進(jìn)行特征線的采集。通過此種方法，可以較快地獲取建筑物、路邊線、綠化帶等特征地物的特征點(diǎn)和特征線，采集成果如圖2所示。

圖2 特征線采集效果

2.2 地形圖完整性檢查

在車載移動測量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，一些單獨(dú)地物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)混在海量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中不易識別，僅僅利用點(diǎn)云進(jìn)行識別和采集很容易造成遺漏。為了解決該問題，本文通過將影像和地物矢量疊加的方法來發(fā)現(xiàn)遺漏的特征地物，以確保地形圖繪制的正確性和完整性[14]。

圖3所示即為利用影像檢查路燈采集情況的效果，其中圓圈內(nèi)的短線表示利用點(diǎn)云采集的路燈矢量，通過對比影像和矢量，可以十分方便地發(fā)現(xiàn)缺失的特征點(diǎn)和特征線[15]。

圖3 全景影像和路燈矢量疊加效果

2.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及成圖

當(dāng)利用SWDY對所有地物的矢量信息采集完成后，每一種地物對應(yīng)存儲在圖層中。要完成地形圖的繪制，首先利用SWDY自帶的轉(zhuǎn)換功能將地物信息轉(zhuǎn)換成Shape格式導(dǎo)入ArcGIS10.1中，然后利用ArcGIS10.1的轉(zhuǎn)換工具將它們導(dǎo)出為DWG格式文件，最后導(dǎo)入CASS7.0進(jìn)行符號化等工作，最終生成的地形圖效果如圖4所示。

3 車載移動測量技術(shù)與傳統(tǒng)方法的對比分析

3.1 應(yīng)用車載移動測量技術(shù)測圖較傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢

全站儀測量是大比例尺地形圖生產(chǎn)中常用的方法，與該方法進(jìn)行對比車載移動測量技術(shù)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 測量所得點(diǎn)云數(shù)據(jù)為目標(biāo)物體的完整信息。車載移動測量系統(tǒng)可以對測量車150 m范圍內(nèi)的地物進(jìn)行掃描測量，在不存在遮擋的情況下，可完整地獲取掃描范圍內(nèi)地物的全部信息。與傳統(tǒng)方法相比，測量過程中不存在遺漏地物信息的情況，避免了因外業(yè)測量人員技術(shù)水平問題造成的地物信息缺失。

(2) 外業(yè)時間短，人力物力消耗較小。利用車載移動測量技術(shù)進(jìn)行大比例尺測圖時，可以充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)越性，將工作效率提高5～6倍，且減少外業(yè)人員的投入。以本項(xiàng)目為例，該測區(qū)涉及的管線埋設(shè)線路共長146 km，外業(yè)采集工作員工5人中包括司機(jī)一名、GPS基站操作員2名、測量車操作人員2名，數(shù)據(jù)采集時間5 d約40 h。

(3) 特殊地物位置表達(dá)準(zhǔn)確。移動測量車具有非接觸、主動式測量的特點(diǎn)，對于一些處在危險區(qū)域或人員不可到達(dá)地區(qū)的地物，只要在測量車的掃描范圍內(nèi)，就可以方便地進(jìn)行測量，確保地物的測量精度。如對于高壓鐵塔、配電箱等危險地物，利用傳統(tǒng)方法進(jìn)行測量時，很多時候人員不能到達(dá)其附近，造成地物位置表達(dá)不準(zhǔn)確，而利用移動測量車對其進(jìn)行測量時，在保證人員安全的同時，確保了特殊地物位置表達(dá)的準(zhǔn)確。

(4) 數(shù)據(jù)顯示更加直觀，地形圖繪制更加準(zhǔn)確。利用車載移動測量數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖時，因?yàn)閿?shù)據(jù)是三維數(shù)據(jù)，繪圖人員觀察點(diǎn)云的視角與身處實(shí)地觀察物體時看到的景象一樣，因此在采集特征信息時十分直觀；另外，利用點(diǎn)云疊加影像的功能，可以清晰地識別一些難以辨別的地物，確保地形圖繪制的正確性。

3.2 應(yīng)用車載移動測量技術(shù)測圖較傳統(tǒng)方法的不足

車載移動測量技術(shù)應(yīng)用在大比例尺測圖中，還有一些尚未解決的問題，主要體現(xiàn)在以下3個方面：

(1) 測區(qū)道路情況對移動測量車測圖影響較大。在本次測圖過程中，一些過于狹窄的路段移動測量車無法到達(dá)，造成數(shù)據(jù)采集的不完整；改用電動三輪車進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后發(fā)現(xiàn)，電動車的穩(wěn)定性較差，測量數(shù)據(jù)的精度較低。

(2) 由于受激光頻率的影響，采集井蓋等特征不明顯地物時容易遺漏。在城市中進(jìn)行地形圖測量時，移動測量車的車速一般保持在20～30 km/h，激光掃描儀點(diǎn)頻為200 kHz，因此測量車50 m范圍內(nèi)的點(diǎn)云間隔一般在5～10 cm內(nèi)，這樣的點(diǎn)云密度對于地形圖中大部分物體表達(dá)十分清晰。但對于一些較遠(yuǎn)部位的井蓋點(diǎn)云數(shù)據(jù)顯示并不明顯，繪圖時容易造成疏忽且不容易進(jìn)行檢查和補(bǔ)漏。

(3) 數(shù)據(jù)處理過程復(fù)雜且工作量大。在此次作業(yè)過程中，每天數(shù)據(jù)的采集量在100 GB左右，數(shù)據(jù)傳輸和處理過程時間較長。且目前沒有統(tǒng)一的移動測量數(shù)據(jù)處理和繪圖軟件，處理一次數(shù)據(jù)需要使用6到7種軟件，處理結(jié)果還需經(jīng)轉(zhuǎn)換才能成為可使用的最終數(shù)據(jù)，整個過程較為繁瑣。

4 結(jié) 語

本文以某地區(qū)1∶1000地形圖生產(chǎn)項(xiàng)目為背景，通過將實(shí)際生產(chǎn)與全站儀測量進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，在測區(qū)道路情況較好的情況下，利用車載移動測量系統(tǒng)可以進(jìn)行1∶1000地形圖的生產(chǎn)，并且在采集和繪圖速度上較傳統(tǒng)測量方法有較大優(yōu)勢，但單獨(dú)應(yīng)用車載移動測量技術(shù)進(jìn)行大比例尺地形圖測繪還有一定的局限性，未來還需作更進(jìn)一步的研究。

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Method Research of Vehicle- borne Mobile Surveying Technology in Large- scaleTopographic Mapping

WU Bo,YANG Xiaofeng,CHEN Hongqiang,LI Jun,HOU Xingze

(The Second Institute of Topographic Surveying, National Administration of Surveying, Mapping and Geoinformation, Xi’an 710054, China)

Combining the technology of vehicle- borne mobile surveying with surveying area’s practical situation, the process for filed scanning and data processing are researched. Then the method of inspection and producing of large- scale topographic map by using point cloud and image is expounded in detail. After that, this paper contrastes the vehicle- borne mobile surveying technology with the traditional ways. Result shows that the vehicle- borne mobile surveying technology can satisfy the accuracy of surveying and mapping of 1∶1000 topography map, and the topographic map production will be more efficient by using it. This paper will provide some reference for the application of vehicle- borne mobile surveying technology in large- scale topographic mapping.

vehicle- borne mobile surveying; data processing; large- scale topographic mapping

2016- 07- 15；

2017- 01- 24 作者簡介： 吳 波(1988—)，男，助理工程師，主要研究方向?yàn)辄c(diǎn)云數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用。E- mail：282862746@qq.com

吳波,楊曉鋒,陳宏強(qiáng),等.應(yīng)用車載移動測量技術(shù)進(jìn)行大比例尺測圖的方法[J].測繪通報，2017(3)：80- 82.

10.13474/j.cnki.11- 2246.2017.0089.

P237

A

0494- 0911(2017)03- 0080- 03