徐琳琳 丁雁鳴

（平陰縣環(huán)衛(wèi)綠化管護(hù)中心，山東濟(jì)南 250400）

0 引言

園林綠化在城市建設(shè)中具有一定的促進(jìn)作用，其需要遵循創(chuàng)新、綠色以及共享的發(fā)展理念，確保城市生態(tài)平衡，全面發(fā)揮出綠色生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施在強(qiáng)化城市功能及品質(zhì)方面的價(jià)值。高效的園林綠化調(diào)查工作可以為城市綠地規(guī)劃及統(tǒng)一管理提供參考依據(jù)，以往園林綠化調(diào)查通常都是借助地形圖數(shù)據(jù)，然后使用相應(yīng)的測(cè)量?jī)x器來(lái)獲取對(duì)象的平面位置，借助外業(yè)調(diào)繪及檢核來(lái)獲取綠化信息，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。車載移動(dòng)測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用相對(duì)廣泛，其點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度與效率都得到了全面提升，并且車載點(diǎn)云也已經(jīng)融入了城管部件的自動(dòng)提取及三維綠化數(shù)據(jù)測(cè)量的研究探索中，既可以減少野外作業(yè)量，也可以進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)信息的處理速度。

1 園林綠化數(shù)據(jù)采集內(nèi)容及準(zhǔn)確度要求

當(dāng)前，在諸多城市所開(kāi)展的園林綠化數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目中，都存在采集要素較多且采集屬性較雜以及對(duì)準(zhǔn)確度要求較高的特征。針對(duì)于園林綠化數(shù)據(jù)采集內(nèi)容來(lái)講，包含的內(nèi)容相對(duì)較多，如古樹(shù)名木、喬灌木、色塊、草坪、設(shè)施等，同時(shí)公園綠地還應(yīng)采集路、廣場(chǎng)、水體、建筑物名稱、位置以及范圍等數(shù)據(jù)信息。采集屬性主要為名稱、位置、樹(shù)莖、樹(shù)高、面積、生長(zhǎng)情況以及規(guī)格等[1]。另外，采集數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確度要求主要為以下幾點(diǎn)：其一為點(diǎn)狀要素位置，其誤差應(yīng)在0.5m 以內(nèi)；其二為面狀要素位置，其誤差應(yīng)在0.1m 以內(nèi)，對(duì)樹(shù)莖及樹(shù)高的采集準(zhǔn)確度要求也相對(duì)較高，都需要在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。

2 車載移動(dòng)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在園林綠化數(shù)據(jù)采集中的作用

其一，利用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行園林綠化數(shù)據(jù)采集質(zhì)檢，工作量較大且人員投入相對(duì)較多，會(huì)花費(fèi)諸多時(shí)間，同時(shí)也容易受到天氣及自然環(huán)境的影響。而車載移動(dòng)測(cè)量技術(shù)就可以解決這一問(wèn)題，可以進(jìn)行大規(guī)模采集，外業(yè)工作量相對(duì)較少，通過(guò)內(nèi)業(yè)中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理方式就可以完成工作，不會(huì)受到外部因素的影響與干擾，效率與質(zhì)量都極高；其二，車載移動(dòng)測(cè)量技術(shù)所采集到的影像都是高清的，可以準(zhǔn)確判斷出樹(shù)種、樹(shù)池覆蓋等信息，并且一些點(diǎn)云數(shù)據(jù)借助有效的處理還可以作為檢驗(yàn)植物質(zhì)量及屬性的主要依據(jù)；其三，運(yùn)用車載移動(dòng)測(cè)量技術(shù)對(duì)園林綠化樹(shù)木平面進(jìn)行檢驗(yàn)可以提升檢驗(yàn)的準(zhǔn)確度，既可以很好地滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，也可以進(jìn)一步為園林綠化數(shù)據(jù)采集質(zhì)量檢驗(yàn)提供參考，是一種園林綠化數(shù)據(jù)采集的新模式[2]。

3 車載移動(dòng)測(cè)量技術(shù)融入園林綠化數(shù)據(jù)采集質(zhì)量檢驗(yàn)中的對(duì)策

3.1 車載三維激光掃描

（1）全景移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

園林綠化工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)采集運(yùn)用全景移動(dòng)測(cè)量模式可以提升測(cè)量的精準(zhǔn)度，并且也有利于提升質(zhì)量檢驗(yàn)效率[3]。全景移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)主要是由三維激光掃描系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、全景相機(jī)以及高性能計(jì)算機(jī)組合而成的。這種測(cè)量系統(tǒng)的掃描里程則為100m～300m，激光發(fā)射頻率超出了100 萬(wàn)點(diǎn)/s，分辨率超出了5000 萬(wàn)像素，車載作業(yè)速度則為30km/h～40km/h。

（2）掃描線路勘探

園林綠化數(shù)據(jù)采集車載移動(dòng)測(cè)量的車型通常都是越野車，在掃描儀器安裝完成之后，其頂部與地面的高度差會(huì)達(dá)到2.8m 以上，為全面確保掃描作業(yè)的安全性、擴(kuò)大覆蓋率的擴(kuò)大，應(yīng)在掃描作業(yè)開(kāi)展之前對(duì)園林綠化采集區(qū)域進(jìn)行細(xì)致勘探，確定車載移動(dòng)掃描線路。另外，在勘探工作開(kāi)展之前，應(yīng)觀察帶道路兩側(cè)之間的寬度及彎角是否符合要求，同時(shí)也需要觀察道路上方樹(shù)冠底部與地面高度是否可以使車輛順利通行。在確保覆蓋區(qū)最大化的基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，以免線路出現(xiàn)重復(fù)。

（3）車載移動(dòng)掃描作業(yè)

1）在掃描作業(yè)開(kāi)展之前，相關(guān)工作人員需要合理規(guī)劃當(dāng)天所要掃描的線路，整個(gè)過(guò)程做好慣導(dǎo)系統(tǒng)的收斂工作；2）運(yùn)用當(dāng)?shù)谻URS 站網(wǎng)或在已知點(diǎn)上配備RTK 單基站，進(jìn)而有效獲取到差分?jǐn)?shù)據(jù)；3）掃描作業(yè)開(kāi)展階段，應(yīng)重視交通安全，同時(shí)還需要保證不會(huì)對(duì)園林綠化設(shè)施產(chǎn)生損傷，掃描行道的樹(shù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)確保樹(shù)冠的完整性；4）為確保掃描數(shù)據(jù)后續(xù)科學(xué)處理及有效應(yīng)用，應(yīng)在每5km左右就設(shè)置一個(gè)掃描文件；5）為使園林綠化數(shù)據(jù)采集平面位置更加精準(zhǔn)，應(yīng)在道路路口及園林中設(shè)置測(cè)設(shè)糾正點(diǎn)，然后在隨之拍攝糾正點(diǎn)圖片。糾正點(diǎn)位置可以為每500m 一個(gè)，確保糾正點(diǎn)清晰明確，這樣才不會(huì)出現(xiàn)混淆問(wèn)題。

3.2 數(shù)據(jù)信息的處理及運(yùn)用

（1）園林綠化工程數(shù)據(jù)采集可以利用ArcGIS 開(kāi)發(fā)的點(diǎn)云測(cè)圖軟件，這一軟件可以準(zhǔn)確測(cè)量園林樹(shù)木的點(diǎn)位、樹(shù)莖、樹(shù)高以及線面狀要素邊線，同時(shí)還能夠測(cè)量園林兩側(cè)道樹(shù)分支及規(guī)格。

（2）為有效觀察點(diǎn)云，工作人員可以直接調(diào)深圖層背景，色調(diào)可以為黑色，并且依照之后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來(lái)設(shè)置屬性參數(shù)。使行道樹(shù)與其他樹(shù)木的點(diǎn)符號(hào)可以區(qū)分，這樣才可以確保后續(xù)作業(yè)順利開(kāi)展和進(jìn)行。

（3）在獲取園林行道樹(shù)位置、樹(shù)徑、冠徑以及樹(shù)高等數(shù)據(jù)信息的過(guò)程中，可使用軟件自動(dòng)獲取及提取的方式。但需要注意的是，因?yàn)樽詣?dòng)獲取容易出現(xiàn)遺漏問(wèn)題，所以，就需要再次瀏覽云圖，使沒(méi)有識(shí)別到的園林樹(shù)木可以高效提取[4]。

（4）由于自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)信息有一定的錯(cuò)誤率，這時(shí)就可以使用手動(dòng)的方式來(lái)獲取到園林樹(shù)木的胸徑、冠徑以及高度，進(jìn)而存儲(chǔ)到屬性表中。在屬性表中細(xì)致分析是否存在異常數(shù)值，尤其是樹(shù)高數(shù)據(jù)信息是否科學(xué)。

（5）針對(duì)園林樹(shù)木位置獲取來(lái)講，在手動(dòng)方式難以有效獲取時(shí)，就可以使用ArcGIS 編輯工具來(lái)繪制樹(shù)木點(diǎn)位，樹(shù)木點(diǎn)位基本上都是高亮圓弧的內(nèi)側(cè)。

（6）球灌位置獲取階段，如果周圍植被相對(duì)雜亂，則可以運(yùn)用點(diǎn)云來(lái)選擇工具框，并且標(biāo)記目標(biāo)區(qū)域之內(nèi)的點(diǎn)云，這樣就可以獲取到球灌的輪廓。

（7）在一些點(diǎn)云模糊或園林樹(shù)木相對(duì)密集時(shí)，如果僅使用肉眼難以準(zhǔn)確判斷出樹(shù)木的準(zhǔn)確位置，同時(shí)程序自身也難以快速識(shí)別，這就需要融入三維視角來(lái)進(jìn)行判斷和數(shù)據(jù)獲取。

（8）在對(duì)點(diǎn)云測(cè)量出現(xiàn)疑問(wèn)時(shí)，可以運(yùn)用360°全景影像技術(shù)來(lái)對(duì)園林綠化的實(shí)際情況進(jìn)行識(shí)別。

（9）通過(guò)點(diǎn)云測(cè)圖軟件來(lái)提取園林綠化數(shù)據(jù)信息，不論是自動(dòng)還是手動(dòng)，如果樹(shù)木下方有障礙物或內(nèi)部有桿狀物，都容易使測(cè)量出現(xiàn)誤差。從這一層面分析，應(yīng)將其進(jìn)行三維視圖對(duì)比，然后在3D 正視角度下重新測(cè)量樹(shù)高。

（10）轉(zhuǎn)換以后的CAD 圖中會(huì)標(biāo)注園林綠化樹(shù)高與樹(shù)冠幅，這時(shí)可以直接套合點(diǎn)云、地形圖以及正射影像數(shù)據(jù)，然后打印數(shù)據(jù)采集工作底圖，外業(yè)也應(yīng)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)采集，通過(guò)獲取到的數(shù)據(jù)來(lái)核對(duì)樹(shù)高與冠徑的準(zhǔn)確性[5]。

另外，從技術(shù)路線層面分析，主要為以下兩點(diǎn)：其一為點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取。點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取需要先收集園林綠化區(qū)域內(nèi)的影像資料、道路交通資料以及周邊點(diǎn)位的資料等，通過(guò)勘察選擇非高峰時(shí)間段進(jìn)行作業(yè)，以免出現(xiàn)道路擁擠的情況，這樣也有利于掃描工作的有效開(kāi)展，并且無(wú)遮擋因素也會(huì)提高數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確度。針對(duì)較寬的道路來(lái)講，可以進(jìn)行來(lái)回兩側(cè)采集，以此來(lái)解決道路中間綠化帶的遮擋問(wèn)題。車載GPS、IMU、DMI、JSCORS 基站數(shù)據(jù)信息運(yùn)用了組合導(dǎo)航計(jì)算軟件來(lái)獲取結(jié)果，其系統(tǒng)自身設(shè)定了參數(shù)，在過(guò)程中可以計(jì)算得到三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)解算可以運(yùn)用SWDY 點(diǎn)云處理平臺(tái)，解算完成之后的全景影像數(shù)據(jù)具有精準(zhǔn)性，不僅位置精準(zhǔn)，并且姿態(tài)數(shù)據(jù)也十分精準(zhǔn)，融合點(diǎn)云數(shù)據(jù)之后可以得到反射強(qiáng)度等彩色的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，這樣就能夠清晰且準(zhǔn)確地體現(xiàn)出園林綠化道路兩側(cè)的樹(shù)木狀態(tài)。同時(shí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度較高，借助GPS也能夠?qū)c(diǎn)云實(shí)施全面評(píng)估[6]。其二為園林行道樹(shù)提取。SWDY 軟件中的自動(dòng)提取功能與車載系統(tǒng)參數(shù)及其獲取數(shù)據(jù)信息的能力具有一定的相關(guān)性，將數(shù)據(jù)量較大的點(diǎn)云轉(zhuǎn)變成為數(shù)量較少的多個(gè)個(gè)體，之后在依照多種特點(diǎn)來(lái)依次減少，整個(gè)過(guò)程都可以依照從下到上的順序進(jìn)行。在園林行道樹(shù)提取過(guò)程中，過(guò)濾掉欄桿與圍欄等單線體以后就可以探測(cè)雙線邊緣，運(yùn)用點(diǎn)云聚類生長(zhǎng)的算式獲取車輛上方的豎桿狀物體，然后依照其高度參數(shù)及點(diǎn)云投影密度值區(qū)分行道樹(shù)及路燈，這樣就可以有效擬合出園林行道樹(shù)木的中心位置。

3.3 準(zhǔn)確評(píng)估及效率分析

（1）準(zhǔn)確評(píng)估

其一，有效檢驗(yàn)車載移動(dòng)測(cè)量掃描數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度，可以開(kāi)展全站儀設(shè)站檢測(cè)工作。主要檢測(cè)內(nèi)容為地塊是否均勻分布在測(cè)量區(qū)域范圍內(nèi)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出，掃描采集園林行道樹(shù)平面位置的誤差優(yōu)于0.2m，其他樹(shù)木的平面位置誤差優(yōu)于0.4m，樹(shù)高誤差則優(yōu)于1.0m[7]；其二，借助對(duì)點(diǎn)云測(cè)量樹(shù)徑的檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，粗差率高達(dá)30%，這樣就難以滿足精準(zhǔn)度要求。而這一問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因是車載移動(dòng)測(cè)量技術(shù)在園林綠化數(shù)據(jù)采集中都是單側(cè)掃描，點(diǎn)云覆蓋了樹(shù)干的大部分，諸多樹(shù)木的樹(shù)干橫切面都不是圓形的，所以擬合的樹(shù)徑難以代表真實(shí)的數(shù)值。

（2）效率分析

其一，對(duì)園林綠化道路綠地來(lái)講，因?yàn)槠浠旧隙际菐罘植?，車載移動(dòng)測(cè)量技術(shù)在園林綠化數(shù)據(jù)采集中的優(yōu)勢(shì)較為明顯，這種作業(yè)模式與傳統(tǒng)測(cè)量模式相比，作業(yè)效率可以提升至少30%；其二，園林綠化的面狀分布情況下相對(duì)明顯，由于園林內(nèi)部符合掃描車輛通行的道路相對(duì)較少，甚至部分區(qū)域難以掃描到。因此，也需要配合傳統(tǒng)的測(cè)量方式進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)量，以此提高測(cè)量作業(yè)效率。

4 應(yīng)用實(shí)例分析

某城市園林綠化的普查范圍為城市主城區(qū)周邊，會(huì)涉及諸多區(qū)域的主要道路，共計(jì)498km。從設(shè)計(jì)層面分析，行道樹(shù)的平面精準(zhǔn)度要求為1m，車載移動(dòng)作業(yè)的平均車速為45km/h，所獲取到的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)大約為249GB，點(diǎn)云數(shù)據(jù)掃描線之間的間隔應(yīng)小于6.7cm、掃描線上間距則小于4cm，50m 范圍以內(nèi)的平均點(diǎn)數(shù)則需要大于400點(diǎn)/m2。因?yàn)椴杉A段的GPS 信號(hào)相對(duì)較好，數(shù)據(jù)解算可以使用周邊的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采樣頻率則為1Hz。在掃描作業(yè)完成之后，應(yīng)從沿線掃描路線檢查點(diǎn)云覆蓋率，確保沒(méi)有空白點(diǎn)。另外，為進(jìn)一步保障點(diǎn)云的精準(zhǔn)度及可用性，可以加設(shè)20 個(gè)左右的GPS 檢核點(diǎn)，以此來(lái)檢驗(yàn)解算之后點(diǎn)云數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，其中X-RTK、Y-RTK為實(shí)地測(cè)量值，X、Y為點(diǎn)云量測(cè)值，經(jīng)過(guò)計(jì)算中誤差M為0.097，很好滿足了設(shè)計(jì)要求。通過(guò)SWDY 軟件的自動(dòng)提取功能，可以得出園林測(cè)區(qū)范圍內(nèi)關(guān)鍵道路的平面位置數(shù)據(jù)信息，并且一些不規(guī)則且零散的位置數(shù)據(jù)也可以成功獲取，獲取率可以達(dá)到90%以上。園林綠化工程內(nèi)部綠地因受到多種因素的影響和限制，容易出現(xiàn)提取不到或不精準(zhǔn)的現(xiàn)象，因此，可以依照車載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)獲取全景照片，進(jìn)而判斷出園林綠化的行道樹(shù)種類。由于園林樹(shù)徑測(cè)量的準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到1cm，車載移動(dòng)測(cè)量技術(shù)應(yīng)全面發(fā)揮出自身優(yōu)勢(shì)，配合其他方式有效獲取園林綠化數(shù)據(jù)信息，提升數(shù)據(jù)信息采集質(zhì)量，以此實(shí)現(xiàn)城市園林綠化工程項(xiàng)目可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

從實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)將車載移動(dòng)測(cè)量技術(shù)融入園林綠化數(shù)據(jù)采集質(zhì)量檢驗(yàn)中能夠快速獲取園林綠化中植物及相關(guān)設(shè)施的平面位置，同時(shí)準(zhǔn)確記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，在過(guò)程中主要是運(yùn)用軟件自動(dòng)提取功能，這種方式既可以減少人工投入，還可以降低信息采集的錯(cuò)誤率。另外，在后續(xù)工作開(kāi)展階段，需要細(xì)致分析如何借助點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)自動(dòng)識(shí)別園林綠化中的樹(shù)木類型，然后運(yùn)用不同期的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)定期監(jiān)測(cè)園林綠化的變化情況，這樣才可以全面提升園林綠化管理的實(shí)效性。