李 真，時 斐

(江蘇省測繪研究所，江蘇 南京 210013)

0 引言

“移動道路測量”是在機動車上裝配GPS，CCD，INS或航位推算系統(tǒng)等先進的傳感器和設備，在車輛的高速行進之中，快速采集道路及道路兩旁地物的空間位置數據和屬性數據[1]。“移動測量系統(tǒng)”在移動載體平臺上集成多種傳感器，由傳感器自動采集載體的運動位置、姿態(tài)及周圍環(huán)境點云及影像等各種三維連續(xù)地理空間數據，而后按一定的數據轉換方法和融合算法，對生成各種空間信息應用系統(tǒng)所需的圖形和數據信息，最終可重建測區(qū)真實場景。

本文基于移動測量系統(tǒng)在精度上的優(yōu)勢，探索研究了車載移動測量技術。首先，利用采集車輛獲取道路的全景影像和高精度三維點云數據，通過疊加全景影像及三維點云，動態(tài)采集道路的三維空間場景，可以實現對道路空間線型的精確采集，準確計算其里程樁位置，從而對公路里程進行實地放樣。

1 研究方法

基于移動測量采集的三維點云數據，自動生成線路軌跡，經內業(yè)處理后，計算公里樁位置，最后根據位置信息進行公里樁的回放。

研究總體技術路線包括：

(1)道路實景三維采集：將移動采集設備架設到汽車上，經過線路勘察和規(guī)劃等前期準備，設置外業(yè)采集計劃，對全省的國省干線公路進行點云及全景照片的采集。

(2)內業(yè)處理路線數據：通過對采集的點云數據進行IE解算，得到移動采集設備的采集軌跡點集，根據甲方對路線處理的要求，經內業(yè)處理后即為國省道路線數據。

(3)計算公里樁位置：利用ArcGIS插件技術，實現路線公里樁及每段路線起止點里程樁的自動化計算。

(4)外業(yè)回放公里樁：將自動計算的公路里程樁數據平移至道路邊線位置，計算其經緯度坐標，根據對應的路線名稱、里程樁號、經緯度信息等進行路面的回放打點，采用GPS-RTK法進行公里樁施測。

2 道路實景三維采集

移動車載測量過程是將移動測量設備架設在汽車上，根據規(guī)劃的采集線路進行數據采集，最終獲得點云、全景影像、絕對坐標和定位定姿等原始數據。

道路實景三維采集主要分為前期準備、設備安裝、數據預采集、數據采集、設備卸載以及數據整理等6個階段。

(1)前期準備：首先對待測區(qū)域的大致情況進行了解，根據道路的分布情況、精度要求等做出初步的采集路線計劃。同時，對設備的完整性和設備狀態(tài)進行檢查確認。

(2)設備安裝：設備安裝包括基站的架設及車載測量設備的安裝等。在進行外業(yè)采集之前，確?；疽呀浖茉O完畢，并開始正常工作。

按照對中、整平、測高、采集的先后順序進行基站架設，對于基站的位置選擇，通常情況下移動站與基站之間的距離不能超過20 km，即每次架設好基站后，移動站的工作范圍限定在以基站為中心，半徑20 km的圓形區(qū)域內。在沒有停止基站數據采集的情況下，不能移動基站的位置。

基站架設完成后，對車載測量設備進行安裝，先安裝一體化結構平臺，再進行全景相機與車輪編碼器的安裝。

(3)數據預采集：數據預采集主要是通過移動采集設備進行一定的試拍，在確保所有設備能夠正常工作，采集的點云數據、全景照片等正常，且相機曝光參數正確后，方可進行正式的數據采集。

(4)數據采集：在采集開始前，需尋找衛(wèi)星信號較好地段，并驗證當前IMU收斂角度，保證測量精度。在完成POS采集、掃描儀采集后，開始進行外業(yè)采集作業(yè)。根據預先規(guī)劃好的采集線路及采集順序，進行數據采集。

(5)設備卸載：在設備電源全部關閉后，進行移動采集設備卸載。

(6)數據整理：在設備拆除之后，數據需要從不同的設備拷貝至數據存儲磁盤中。

3 道路實景三維采集精度驗證

使用一體化三維移動測量系統(tǒng)結合RTK的測量方式，通過特征點坐標值的對比來驗證道路數據采集精度。以RTK實測坐標為基準，與移動測量系統(tǒng)獲取的三維激光點云中提取的坐標比對，統(tǒng)計其精度。

3.1 試驗條件

(1)需要采集道路標線、標志標牌等特征點坐標，要求道路上行駛車輛要少，路邊不能停靠大量車輛，以防道路標線、標志標牌被嚴重遮擋，無法采集到有用數據。

(2)要求道路標線清晰，無嚴重磨損，與路面顏色反差較大，便于識別。標志標牌周圍無明顯干擾物體。

(3)要求GPS信號質量良好(有效衛(wèi)星5顆及以上)。

3.2 精度分析與對比

(1)外業(yè)作業(yè)精度評測：對測試路段進行點云采集，通過IE解算，得到POS的精度，作為評定點云精度的指標之一。此次試驗POS精度小于30 cm，精度良好。

(2)坐標提?。涸谌S激光點云處理軟件中，提取相應特征點的坐標，將RTK坐標和點云坐標錄入Excel對比分析xyz方向差值及三維距離，并分析均方差。

(3)結論：經測試，采用移動測量系統(tǒng)采集道路數據的精度滿足JT/T318—1997《公路定位規(guī)則》的精度要求，精度對比如表1所示。

表1 精度對比

4 路線數據內業(yè)處理

對于外業(yè)采集的數據進行一定的處理，獲取精確的道路路線數據。

(1)IE解算：IE解算處理操作分為4個階段，分別為數據模式轉換階段、添加數據階段、數據處理階段和數據導出階段。

首先對基站數據、移動站數據進行模式轉換，隨后對數據進行緊耦合解算，依次設置處理模式、IMU、對齊模式、桿壁值、IMU旋轉角等參數后，對數據進行處理。設置坐標軸及經緯度后，按1 m的長度間隔將數據導出。

(2)路線線性處理：由于IE解算后的POS文件中存放了每隔1 m的采集路線經緯度信息，根據這一信息對路線數據進行處理。根據經緯度信息將1 m間隔的路線點集轉換成線性路線，疊加正射影像，對路線的交叉口、線型、共線等進行處理，最終形成路線矢量數據。

5 里程樁位置計算

利用移動車載測量采集到的點云數據對路線進行制作，該路線數據中帶有高程信息，依據路線數據及道路起止點坐標，計算道路表面長度，從起點開始，在路線上每隔1 km打一個點，即為公里樁，公里樁樁號從0開始。

利用距離附屬設施最近的公里樁樁號，基于ArcGIS的里程樁反算技術，自動計算附屬設施與該公里樁沿道路上行方向的距離，從而計算附屬設施的樁號。

6 公里樁實地回放

采用GPS-RTK 法進行施測，將里程碑樁號及坐標數據導入GPS，根據每個點位坐標放點，每隔1km 測設一個點，實際施測點位必須位于公路邊上，標記采用紅色油漆噴涂，所做標記于路肩或路邊的路面上。

(1)準備工作：包括資料準備、技術設計、制定生產實施計劃、人員設備準備等。資料準備工作包括資料的收集與整理，根據收集的資料、任務書及相關技術規(guī)范的要求，編寫項目技術設計，制定確實可行的生產實施計劃。

(2)確定中央子午線：通過ARGIS建立經緯度格網，得到中央子午線分布圖。通過判別落在相應經緯度范圍內確定經緯度，精確到整數位。

(3)建立坐標系統(tǒng)：坐標系統(tǒng)橢球采用CGCS2000橢球，中央子午線設定為上述確定好的中央子午線。

(4)導入待放樣數據：放樣采用RTK法，放樣點提前導入手簿，點文件格式可采用“*.txt”格式，以逗號分隔，其他格式可根據手簿要求，進行配置。數據導入后，需檢查數據是否導入正確。

(5)RTK放樣：點放樣過程中，為了快速找點，首先利用非固定狀態(tài)的RTK找到放樣點概略位置，再由固定狀態(tài)的RTK精確放樣。

華測X10放樣步驟如下：如圖1所示，首先從【點管理】中選擇要放樣的點后，在【待放樣點】查看點放樣任務，有了具體放樣目標后，屏幕顯示當前點到目標點的方向線，同時會實時顯示當前平面坐標，點擊切換后可顯示當前點到放樣點的偏移量、距離、高差、俯仰角、方位角，隨著放樣操作者的移動，數值和視圖會發(fā)生變化。通過不斷減小與待放樣點的距離，最終可得到符合精度要求的放樣點。

圖1 放樣步驟

(6)標志噴涂：利用噴漆或油漆噴繪放樣點標志時，選擇平整、干燥的路面進行噴涂，保證標志清楚、明顯。同時，為了避免標志在埋樁前被破壞，在路面以外選擇另一明顯地物(如小樹、護欄等)進行輔助噴涂，每個點都作點之記，幫助后期埋樁時快速找點。

7 結語

傳統(tǒng)的道路里程樁數據是由外業(yè)利用全站儀、皮尺等工具實際測量而來，投入產出比較低。利用移動測量技術快速獲取道路三維點云，運用ArcGIS插件技術，對道路里程信息進行自動計算，在提高精度的同時，大大減少了外業(yè)作業(yè)工作量，縮短了外業(yè)采集時間，更在很大程度上解決了外業(yè)工作危險性的問題。