葉劍軍

（貴州省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站 貴州貴陽(yáng) 550001）

0 引言

隨著信息技術(shù)、遙感技術(shù)、無(wú)人機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)的高速發(fā)展，測(cè)繪地理信息技術(shù)的硬件和軟件也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，測(cè)繪地理信息產(chǎn)品的形式得到了豐富，生產(chǎn)效率越來(lái)越高，對(duì)產(chǎn)品的檢驗(yàn)周期、方法等提出了更高的要求，測(cè)繪產(chǎn)品檢驗(yàn)工作如何適應(yīng)用戶的需求，提高效率，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，這是當(dāng)前測(cè)繪產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)面臨的問(wèn)題。本文著重討論測(cè)繪產(chǎn)品檢驗(yàn)工作中外業(yè)檢查工作檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)采集問(wèn)題。

1 外業(yè)檢查采集數(shù)據(jù)的儀器設(shè)備

在檢查各類測(cè)繪地理信息產(chǎn)品中，數(shù)學(xué)精度是必不可少的一個(gè)參數(shù)，在正常情況下，數(shù)學(xué)精度都是通過(guò)外業(yè)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算和對(duì)比而獲得。目前，最常采用的儀器是全站儀、GNSS（或RTK）、數(shù)字水準(zhǔn)儀等。隨著國(guó)產(chǎn)儀器的發(fā)展和進(jìn)步，三維激光掃描儀也逐步成熟，而且介紹也逐步降低，為廣泛應(yīng)用成為可能。三維激光掃描系統(tǒng)主要由三維激光掃描儀、計(jì)算機(jī)、電源系統(tǒng)、支架及系統(tǒng)配套軟件構(gòu)成，此系統(tǒng)核心是三維激光掃描儀，它是由激光發(fā)射器、接收器、時(shí)間計(jì)數(shù)器、馬達(dá)控制可旋轉(zhuǎn)的濾光器、控制電路、微電腦、CCD機(jī)以及軟件組成，是測(cè)繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。它突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量方法，具有高效率、高精度的優(yōu)勢(shì)，能夠提供掃描物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，因此，可用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型，可以快速，大量的采集空間點(diǎn)位信息。由于具有快速性、不接觸性、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、主動(dòng)性、高密度、高精度、數(shù)字化、自動(dòng)化等特點(diǎn)，因此也被稱為從單點(diǎn)測(cè)量進(jìn)化到面測(cè)量的革命性技術(shù)突破，廣泛應(yīng)用于與位置有關(guān)的各行業(yè)。按照載體的不同，三維激光掃描儀又分為機(jī)載、車載、地面和手持型幾類，因此，用三維激光掃描儀進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集檢查測(cè)繪產(chǎn)品數(shù)字精度是可行的，也是本文討論的重點(diǎn)。

無(wú)人機(jī)傾斜攝影、機(jī)載三維激光掃描也可用于外業(yè)采集，但考慮到辦理空域等手續(xù)時(shí)間不可控，成本較高，所以本文不討論這個(gè)方案。

2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

在測(cè)繪地理信息產(chǎn)品批確定后，即按照檢驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行抽樣檢查。外業(yè)數(shù)學(xué)精度檢測(cè)一般采用全站儀、GNSS（或RTK）等設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，根據(jù)檢驗(yàn)規(guī)程要求，檢查點(diǎn)應(yīng)分布均勻合理，所以工作量是相當(dāng)大的。另外，我省以山區(qū)為主，各縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊內(nèi)部建筑密度高，高差大，樹(shù)木等均有遮擋，GNSS基準(zhǔn)網(wǎng)站雖然全省覆蓋，但還是有些地區(qū)有通訊死角、房檐死角、樹(shù)冠遮蓋等情況，給外業(yè)工作帶來(lái)了一定的困難，當(dāng)然，也能通過(guò)輔助措施，如在地勢(shì)較高，通訊信號(hào)較好的地點(diǎn)再布點(diǎn)，通過(guò)GNSS網(wǎng)絡(luò)測(cè)定點(diǎn)位坐標(biāo)，作為檢查已知點(diǎn)使用，但工作效率顯然受到影響，如果是大面積的項(xiàng)目，工作效率是難以提高的，因此，本文討論增加三維激光掃描儀采集數(shù)據(jù)，作為較大規(guī)模的項(xiàng)目外業(yè)采集手段，根據(jù)項(xiàng)目情況精度要求，可以選用車載和地面兩手方式。只要能提高外業(yè)采集的效率，就能整體提高檢測(cè)工作的效率，因此，外業(yè)工作的加快就可以縮短時(shí)間周期和外業(yè)資金成本，盡可能將外業(yè)時(shí)間縮短，將外業(yè)采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸?shù)絻?nèi)業(yè)，內(nèi)業(yè)進(jìn)行同步處理。

3 利用5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸

5G即第五代移動(dòng)電話通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱第五代移動(dòng)通信技術(shù)。據(jù)查，5G網(wǎng)絡(luò)理論下行峰值速率1.2Gbps，實(shí)際下行峰值速率500Mbps及以上，上行速率約為100Mbps。目前，最快的相位式掃描儀Surphaser三維激光掃描儀最高速度達(dá)到120萬(wàn)點(diǎn)/s，任意一個(gè)被測(cè)云點(diǎn)P的三維坐標(biāo)。

加上掃描點(diǎn)的反射強(qiáng)度I，每個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)不超過(guò)20個(gè)字節(jié)，因此，每秒的最快掃描的數(shù)據(jù)不超過(guò)：

120萬(wàn)×20個(gè)字節(jié)=2400萬(wàn)字節(jié)≈23Mbps。

利用5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是完全滿足需要的。

我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)正在加速建設(shè)，兩年后完全能夠覆蓋80%以上區(qū)域。首先覆蓋的主要是大中城市及城鎮(zhèn)，偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)可能會(huì)滯后一點(diǎn)，但開(kāi)展大規(guī)模測(cè)繪的區(qū)域一般都在城鎮(zhèn)，因此，可采用外業(yè)采集數(shù)據(jù)→實(shí)時(shí)傳輸→內(nèi)業(yè)實(shí)時(shí)處理→提取所需特征點(diǎn)→計(jì)算數(shù)學(xué)精度→存儲(chǔ)多余特征點(diǎn)→建立三維類云數(shù)據(jù)庫(kù)（檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)）的流程，外業(yè)只需要2~3人（一個(gè)駕駛員，1~2個(gè)專業(yè)技術(shù)人員）即可完成大面積的外業(yè)采集任務(wù)，提高外業(yè)采集效率，減少外業(yè)成本支出。

工作流程如下：

圖1 作業(yè)流程

建立一套快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅解決了大面積4D產(chǎn)品的外業(yè)數(shù)學(xué)精度檢查問(wèn)題。還可用于大壩形變、礦山監(jiān)測(cè)和地形復(fù)雜難到達(dá)的目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)測(cè)作業(yè)。

4 建立檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)

大家都知道現(xiàn)在最熱門(mén)的一個(gè)詞“大數(shù)據(jù)（bigdata）”，或稱巨量資料。數(shù)據(jù)也是一種資源，我們每一次在外業(yè)采集的數(shù)據(jù)都把它進(jìn)行篩選清洗，然后分類存儲(chǔ)，建立檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)今后的檢驗(yàn)工作將起到事半功倍的效果。

數(shù)據(jù)來(lái)源：外業(yè)采集數(shù)據(jù)，如利用全站儀施測(cè)的檢查點(diǎn)，GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)，水準(zhǔn)測(cè)量的成果，經(jīng)檢查合格的控制網(wǎng)點(diǎn)成果，被檢資料中經(jīng)認(rèn)定為合格的數(shù)據(jù)等等。

數(shù)據(jù)分類：對(duì)收集的數(shù)據(jù)按照獲取方式進(jìn)行分類，如全站儀施測(cè)點(diǎn)、GNSS采集的點(diǎn)、RTC方式采集的點(diǎn)、被檢驗(yàn)成果的控制網(wǎng)點(diǎn)、三維激光掃描儀的掃描點(diǎn)、內(nèi)業(yè)加密點(diǎn)等等。

數(shù)據(jù)分級(jí)：假設(shè)以當(dāng)前檢查頻率最高的四種比例尺為例（1：500、1：1000、1：2000、1：1萬(wàn)），將數(shù)據(jù)的等級(jí)分為1、2、3、4等4個(gè)級(jí)別，1級(jí)數(shù)據(jù)可適用于1：500-1：1萬(wàn)（及以下）所有比例尺成果的檢驗(yàn)，2級(jí)數(shù)據(jù)可用于1：1000-1：1萬(wàn)比例（及以下）成果的檢驗(yàn)，3級(jí)數(shù)據(jù)可用于1：2000-1：1萬(wàn)（及以下）比例尺成果檢驗(yàn)，4級(jí)數(shù)據(jù)可用于1：1萬(wàn)及以下比例尺成果的檢驗(yàn)?？筛鶕?jù)這個(gè)原則將數(shù)據(jù)的精度等級(jí)進(jìn)行分類入庫(kù)。

數(shù)據(jù)建庫(kù)和維護(hù)：對(duì)收集的各類數(shù)據(jù)按照等級(jí)、點(diǎn)的屬性、類別建庫(kù)。每一次檢查都會(huì)增加新的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)逐步豐富。在外業(yè)檢查或內(nèi)業(yè)檢查中對(duì)大范圍發(fā)生變化的區(qū)域作剔除處理，盡可能地保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的現(xiàn)勢(shì)性。被剔除的數(shù)據(jù)仍然保留在原始庫(kù)中，對(duì)以后作城市變遷調(diào)查分析可能會(huì)有它的價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

無(wú)論測(cè)繪地理信息成果的形式如何變化，但在檢驗(yàn)工作中，數(shù)學(xué)精度的檢驗(yàn)仍然是一個(gè)重要的檢驗(yàn)參數(shù)。利用三維激光掃描儀采集數(shù)據(jù)是一種高效的采集方式，值得嘗試，隨著數(shù)據(jù)的不斷增加，再加入地名、地物等其他要素則數(shù)據(jù)庫(kù)的價(jià)值將會(huì)更大。