王 研 ，白振軍，范文超

(1.長慶工程設(shè)計有限公司，陜西西安 710018；2.陜西天度云激光科技有限公司，陜西西安 710021)

1 引 言

隨著5G技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字城市建設(shè)成為未來發(fā)展的必然趨勢。在精確導(dǎo)航的基礎(chǔ)上配合數(shù)字化停車場地圖，可實現(xiàn)停車場的智能導(dǎo)航。因此，停車場及其附屬設(shè)施的數(shù)字化也是今后測量領(lǐng)域的熱點。

停車場數(shù)字化的附屬信息多，不僅要求測繪車道線、出入口標(biāo)志、閘機、轉(zhuǎn)向箭頭、導(dǎo)流線、減速帶等信息，而且測量要求也更加精細(如車道線寬5 cm)。地理要素測量如此龐雜且高精度，傳統(tǒng)的測量精度一般為3～5 cm，不能滿足測量精度要求，并且信息記錄和表述困難。

地面三維激光掃描技術(shù)在采集速度、測量精度、信息多元化等方面都具有強大的優(yōu)勢，配合其自帶像機可實現(xiàn)地面建筑物點云和影像的全獲取[1]，測量精度可控制在2 cm以內(nèi)。

因此，地面三維激光掃描是解決上述問題的一個很好的方案。但是當(dāng)?shù)孛娼ㄖ锝Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、遮擋較多時，掃描和拍照時總存在缺漏的地方，影響后期地面信息的判讀。如果飛行條件容許，結(jié)合無人機正射影像，將解決三維激光掃描儀點云和影像獲取不足的問題，直觀且清晰地實現(xiàn)后期的信息解讀和成果制作[2-3]。

2 地面停車場三維激光掃描

2.1 工程要求

測圖要求：詳細表述停車場各單元信息、附屬物及周邊建筑，如圖1-3所示。測圖比例尺為1∶100，平面位置精度≤5 cm，高程精度≤10 cm，成果形式為二維CAD圖紙。

2.2 選擇儀器

本次采用的儀器為徠卡P40，儀器的參數(shù)如表1所示。

圖1 道路邊線Fig.1 Theroadsideline圖2 車位線Fig.2 Parkingspaceline圖3 減速帶Fig.3 Speedbumps

表1 徠卡P40參數(shù)Tab.1 ParametersofLeicaP40名 稱參 數(shù)掃描距離/m270掃描速度/(點/s)1000000點位精度/mm3,506,100距離精度/mm1.2mm+D×10-6視場角/(°)水平360垂直270

2.3 數(shù)據(jù)獲取及處理

外業(yè)掃描時先對場地進行踏勘，依據(jù)地形布設(shè)控制點，控制點布設(shè)時應(yīng)兼顧無人機像控點布設(shè)的要求，掃描作業(yè)時將地面控制點同時掃描[4]。圖4、圖5分別為掃描作業(yè)和布設(shè)控制點照片。

圖4 掃描作業(yè)Fig.4 Scanning operation

圖5 布設(shè)控制點Fig.5 Layout of control points

掃描完成后，將各站的掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)出。首先，對各站進行數(shù)據(jù)降噪[5]，如某單站掃描的點云數(shù)據(jù)中包含控制點，需將控制點信息添加到點云中，以便后期的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；其次，依據(jù)公共標(biāo)靶點進行數(shù)據(jù)拼接，并結(jié)合工程需要按照地面控制點信息進行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換；最后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD中進行平面和立體圖制作。圖6為整體作業(yè)流程[6]。

圖6 三維掃描作業(yè)流程Fig.6 3D scanning process

3 地面停車場無人機作業(yè)

3.1 選擇儀器

本次選用大疆PHANTOM 4 RTK無人機進行作業(yè)，飛行高度約100 m，地面平均分辨率達到5 cm。相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表2所示。

3.2 作業(yè)流程及數(shù)據(jù)處理

無人機地面像控點可選擇三維激光掃描時布設(shè)的控制點，在控制點上可覆蓋十字絲光標(biāo)，飛行完成后通過軟件進行數(shù)據(jù)處理，進行正射影像的制作。其作業(yè)流程如圖7所示。

表2 大疆PHANTOM4RTK參數(shù)Tab.2 ParametersofDajiangPHANTOM4RTK有效像素/個懸停精度/m飛行速度/(m/s)2000萬±0.116

圖7 正射影像圖制作流程Fig.7 Production process of orthophoto map

4 點云和正射影像融合

處理后的點云數(shù)據(jù)和制作完成的停車場正射影像圖分別如圖8和圖9所示。

圖8 停車場點云數(shù)據(jù)Fig.8 Point cloud data of parking lot

圖9 停車場正射影像Fig.9 Orthophoto of parking lot

將點云和正射影像導(dǎo)入CAD中，按照坐標(biāo)進行疊加，并依據(jù)點云和影像進行制圖。

圖10為融入影像的點云，圖11為制作的停車場CAD成果。

圖10 點云及正射影像Fig.10 Point clouds and orthophoto maps

圖11 停車場CAD圖Fig.11 CAD drawing of parking lot

5 精度統(tǒng)計

為了檢驗成果精度，現(xiàn)場使用徠卡全站儀TS09進行測量，儀器測角精度1″、測距精度2 mm+2D×10-6架設(shè)于控制點上隨機對幾處線狀地物進行測量，并與CAD圖紙坐標(biāo)進行對比。表3為坐標(biāo)精度對比。

表3 精度對比Tab.3 Precisioncomparison序號ΔX/cmΔY/cmΔZ/cmΔS/cm11.70.50.61.8721.01.31.42.1630.71.11.72.1440.71.71.62.4451.11.01.92.4161.31.01.52.2270.81.22.03.2482.11.00.72.4390.91.51.72.44101.00.82.22.55中誤差mx=1.21my=1.16mz=1.74m=2.41

6 結(jié)束語

通過點云疊加正射影像采集的停車場車位線和導(dǎo)向標(biāo)識，經(jīng)過GNSS-RTK抽樣檢測，中誤差為2.41 cm，滿足工程精度要求。本文得出的結(jié)論如下：

1)諸如停車場、機場等建筑數(shù)字化采集時，地面標(biāo)志、導(dǎo)向箭頭等要素采用全站儀測量時，數(shù)據(jù)采集量太大且不易描述記錄；采用GNSS-RTK方式時采集點精度不易控制且易受到建筑物、樹木等遮擋，衛(wèi)星數(shù)量少，解算慢，影響作業(yè)效率。通過實踐，采用手持激光掃描儀無需后期數(shù)據(jù)拼接，其成果精度經(jīng)過測試，滿足工程要求，今后可作為此類項目作業(yè)的優(yōu)先技術(shù)手段。

2)城鎮(zhèn)區(qū)域地面停車場數(shù)字化測量時適合采用地面三維激光掃描的方式進行數(shù)據(jù)采集和成果制作，作業(yè)時應(yīng)盡量選用自帶拍照功能的掃描儀，這樣采集的點云附著影像，有利于后期物體的識別和繪制。

3)城鎮(zhèn)周邊有條件進行無人機拍攝時，可采用無人機進行正射影像的制作，無人機生成的正射影像具有整體性強、直觀且清晰的特點，彌補了三維激光掃描儀采集像片中的不足，有利于作業(yè)人員進行后期影像的判別和繪制。