基于MMS移動測量系統(tǒng)的交通安全設(shè)施地理信息采集

晏曉紅*

(1.武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北武漢 430079;2.深圳市勘察測繪院有限公司，廣東深圳 518000)

1 引言

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)生著日新月異的變化，城市道路交通安全設(shè)施管理部門迫切需要了解轄區(qū)內(nèi)所有道路的交通安全設(shè)施現(xiàn)狀，建立現(xiàn)狀交通安全設(shè)施資料庫，便于對轄區(qū)內(nèi)交通安全設(shè)施實施統(tǒng)一的查詢、規(guī)劃、建設(shè)、管理及維護工作。城市道路交通安全設(shè)施每年需要及時更新、維護和管理，MMS移動測量系統(tǒng)具有高效率、高精度、低成本、可量測，實景影像數(shù)據(jù)處理靈活多樣等特點，特別適用于城市道路交通安全設(shè)施實時的按需測量，MMS在交通安全設(shè)施地理信息采集及建庫中得到了很好的應用。

2 MMS移動道路測量系統(tǒng)

MMS移動道路測量系統(tǒng)是在機動車上裝配GPS(全球定位系統(tǒng))、CCD(成像系統(tǒng))、INS/DR(慣性導航系統(tǒng)或航位推算系統(tǒng))等傳感器和設(shè)備，在車輛行進過程之中，快速采集道路及兩旁地物的可量測立體影像序列(Digital Measurable Image，DMI)，這些 DMI均具有攝影測量解析所需要的外方位位置元素和姿態(tài)元素，配合精準的時刻參數(shù)，在嚴密的攝影測量檢校參數(shù)支撐下，實現(xiàn)任意空間、時間序列上的DMI構(gòu)成立體像對，實現(xiàn)多層次的測量和數(shù)據(jù)庫無縫融合和任意任時的按需測量［1］。

MMS將多種測量傳感器集于一體，獲取的DMI可量測實景影像具有絕對方位元素，無需傳統(tǒng)測量的野外控制測量，能快速高效地采集野外數(shù)據(jù)，對目標地物實現(xiàn)絕對測量和相對測量。同時，采集的道路近景立體影像包含豐富的屬性信息，能獲取道路及道路兩旁設(shè)施的紋理、道路寬度、車道數(shù)、交通標志標線完好性、可視性、牌面內(nèi)容等相關(guān)信息，為道路及道路交通設(shè)施專題圖制作、地形圖修測、數(shù)字三維城市的建立等提供地理空間信息數(shù)據(jù)，為道路及設(shè)施GIS數(shù)據(jù)的快速更新提供了一個有效的手段。同時，移動道路測量系統(tǒng)獲取的DMI是符合人眼視覺習慣的實景，通過組件化的DMI攝影測量服務(TrueMap Engine)，可方便地集成到現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫、各種GIS系統(tǒng)、網(wǎng)絡應用系統(tǒng)和企業(yè)資源管理系統(tǒng)中，為行業(yè)應用提供一個富信息、可視化、完全開放、易于集成的地理數(shù)據(jù)平臺，允許針對不同用戶的實際需求定制數(shù)據(jù)解決方案。

3 移動測量系統(tǒng)的誤差來源分析

移動道路測量系統(tǒng)是通過以GPS為主要定位系統(tǒng)的GPS/DR組合系統(tǒng)連續(xù)獲取測量車的行進位置，為測量系統(tǒng)所獲得的三維空間影像提供地理位置坐標，從而實現(xiàn)具有空間地理坐標的三維實景影像。一般移動道路測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)都包括GPS定位數(shù)據(jù)、DR數(shù)據(jù)、CCD影像數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等6種主要數(shù)據(jù)類型。因此，MMS測量中出現(xiàn)的各種誤差按其來源大致可分為以下幾種類型:

(1)GPS誤差

主要指GPS導航定位誤差，主要來源于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號的傳播過程和GPS地面接收設(shè)備，簡稱衛(wèi)星誤差、傳播誤差和接收誤差。其中衛(wèi)星誤差包括衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星時鐘誤差;傳播誤差包括電離層時延改正誤差，對流層時延改正誤差、多路徑誤差、相對論效應誤差及地球自轉(zhuǎn)效應誤差;接收誤差包括觀測噪聲誤差、內(nèi)時延誤差及天線相位中心誤差［2］。

MMS移動道路測量系統(tǒng)在城市道路測量應用中，由于城市環(huán)境復雜，隧道、立交橋、城市綠化行道樹等的影響，對GPS定位數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響的偶然因素主要包括多路徑效應、GPS信號的遮擋和失鎖以及GPS局域差分測量范圍限制性引起的誤差。

(2)DR誤差

當GPS失鎖時，系統(tǒng)只能靠DR輔助導航。DR單獨定位技術(shù)是利用位移傳感器(里程儀)和角度傳感器(陀螺儀)測量位移矢量及前進角度值，從而推算車輛的位置，因此DR是一個累積過程，只能在短時間內(nèi)保持較高的精度，時間越長其距離累計誤差越大，主要包括里程計誤差和角速度陀螺儀誤差。因此，為保證DR定位數(shù)據(jù)的精度，移動道路測量系統(tǒng)的載體車輛應保持穩(wěn)定的狀態(tài)以及行駛中穩(wěn)定的速度，避免疾馳、急轉(zhuǎn)彎等，定期進行系統(tǒng)精度檢校。

(3)CCD影像

CCD影像數(shù)據(jù)是MMS的可量測實景影像數(shù)據(jù)的基本組成部分，CCD影像質(zhì)量的好壞影響著MMS數(shù)據(jù)的可用性。在MMS數(shù)據(jù)采集過程中，由于外部環(huán)境的復雜性或人為原因?qū)е芦@取的CCD影像模糊、曝光過度或者曝光不足、有光暈等現(xiàn)象，影響CCD影像的清晰度、內(nèi)容完整性、冗余度及連續(xù)性，從而影響內(nèi)業(yè)測圖時點位的精度。

因此，我們應避免在日照強光下作業(yè)、避免逆光作業(yè)、避免高溫或過低溫度下作業(yè)，以免影響影像的清晰度;制定合理的行車路線及作業(yè)方案，如錯開交通高峰時段，避免數(shù)據(jù)采集時興趣點被樹木和車輛遮擋，防止興趣點過高過小時，采集遺漏。

4 龍崗區(qū)道路交通安全設(shè)施地理信息采集

4.1 項目概況

龍崗區(qū)道路交通安全設(shè)施地理信息采集項目是采用移動道路測量系統(tǒng)(MMS)，快速對道路及道路兩旁的交通安全設(shè)施進行采集并進行內(nèi)業(yè)處理，建立現(xiàn)狀交通安全設(shè)施資料庫，便于對轄區(qū)內(nèi)交通安全設(shè)施實施永久性的統(tǒng)一查詢、管理及維護工作。測區(qū)范圍包括龍崗全境13個街道辦面積約940.9 km2，通過MMS移動道路系統(tǒng)將近280種交通及交通安全設(shè)施等空間位置和屬性信息進行了全面的采集，并建立了龍崗道路交通安全設(shè)施數(shù)據(jù)庫和可量測實景影像庫。采集的成果有轄區(qū)現(xiàn)狀道路總長為1 284.3 km及道路名稱、長度、寬度、車道數(shù)、紅線寬度、路權(quán)單位、管養(yǎng)部門等屬性;采集有交通標志 19 364個、交通標線3 871.9 km、交通標線(點)12 776個、交通隔離設(shè)施603.6 km、交通減速裝置 9 354個、交通信控設(shè)施7 065個的地理位置及可視性、完好性、管理部門等相關(guān)屬性。外業(yè)采集花費時間為1臺MMS(3人)工作40天，內(nèi)業(yè)6人共計70天的時間，一起合計540個人工天，MMS的作業(yè)效率外業(yè)遠超過了傳統(tǒng)測繪作業(yè)模式，內(nèi)業(yè)也比傳統(tǒng)測繪快出許多。

移動道路測量系統(tǒng)，受遮擋和視野的限制，影響著該技術(shù)大面積用于生產(chǎn)。本項目利用已有的測繪成果，采用轄區(qū)內(nèi)的路網(wǎng)圖和地形圖作參照，進行交通GIS專題信息采集。對受視野限制，被樹木遮擋的興趣點采用傳統(tǒng)外業(yè)調(diào)繪的方式進行補調(diào)，以傳統(tǒng)測繪手段彌補移動道路測量技術(shù)的不足。

移動道路測量作業(yè)需要布設(shè)基站，并且基站范圍要求在25 km，使得移動道路測量作業(yè)組織復雜。本項目采用深圳CORS(連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng))系統(tǒng)基站數(shù)據(jù)作為移動道路測量作業(yè)的基站，設(shè)計并開發(fā)了基于CORS基站與移動道路測量流動站數(shù)據(jù)差分模式，CORS事后差分可達毫米級的定位精度，利用高精度的CORS數(shù)據(jù)提高移動道路測量數(shù)據(jù)采集的精度，同時提高移動道路測量系統(tǒng)作業(yè)組織的效率。

4.2 道路交通安全設(shè)施地理信息采集的作業(yè)流程和方法

主要為MMS外業(yè)采集流程、MMS內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理流程和外業(yè)調(diào)繪流程，如圖1～圖3所示。

4.3 MMS數(shù)據(jù)采集誤差

筆者前述影響MMS移動測量系統(tǒng)誤差來源主要有GPS誤差、DR誤差和CCD影像三種類型。在本項目實施時，預先制定合理的行車路線及作業(yè)時間，MMS采集的CCD影像數(shù)據(jù)清晰，質(zhì)量較高，不影響內(nèi)業(yè)測圖點位精度。而影響數(shù)據(jù)精度的主要原因是GPS信號失鎖時DR誤差。

圖1 MMS外業(yè)采集流程

圖2 MMS內(nèi)業(yè)流程

圖3 外業(yè)調(diào)繪流程

龍崗區(qū)大鵬、南澳、葵涌東部三鎮(zhèn)屬于山區(qū)，道路兩邊樹木茂盛。在項目實施時發(fā)現(xiàn)，部分道路行駛時存在GPS信號失鎖的情況，系統(tǒng)只能靠航位推算系統(tǒng)進行補充定位，但仍會影響系統(tǒng)的定位精度，航位推算系統(tǒng)的方向和距離傳感器的漂移偏差隨時間增減，時間越長其距離累計誤差越大，組合定位的精度誤差越大。圖4所示為大鵬某段道路GPS信號失鎖情況，黑色為1∶1 000地形圖道路邊線，灰色為MMS移動測量所測道路邊線，最大誤差為6.8 m。因此，GPS信號失鎖時，MMS道路測量會嚴重影響數(shù)據(jù)質(zhì)量，在這些路段時，需要加快車速，盡可能減少GPS信號失鎖時間。

圖4 GPS信號失鎖道路測量偏移情況

4.4 成果檢測

質(zhì)量檢查組實地對交通安全設(shè)施進行野外對照檢查，并對交通標志點位平面坐標進行野外設(shè)站檢查，主要檢查交通安全設(shè)施的平面精度及遺漏比率是否在可控范圍之內(nèi)。交通標志平面定位精度中誤差為±0.98 m，交通安全標志遺漏個數(shù)為總數(shù)的1.2%，總體精度和遺漏率滿足用戶需求，達到了預期的效果。

5 結(jié)語

城市道路等基礎(chǔ)建設(shè)日新月異，使得測繪成果必須快速更新，才能具備實時、準確、全面等實用特征。MMS移動道路測量系統(tǒng)可以實現(xiàn)城市交通設(shè)施的快速更新，保持數(shù)據(jù)的連續(xù)性，完整性。此次項目結(jié)合交通設(shè)施專題信息采集的特點、已有的測繪成果數(shù)據(jù)和移動道路測量的技術(shù)優(yōu)勢，以傳統(tǒng)測繪手段彌補移動道路測量技術(shù)的不足;同時充分利用深圳SZCORS系統(tǒng)，提高移動道路測量數(shù)據(jù)采集的精度和作業(yè)組織效率。建立的城市交通設(shè)施可量測實景影像庫，直接對交通管理的設(shè)施進行實景化可視管理，豐富數(shù)據(jù)成果，并為后續(xù)拓展應用奠定了基礎(chǔ)。

MMS移動道路測量系統(tǒng)具有高效率、高精度、低成本等優(yōu)點，為城市管理、市政等部門提供了有力的幫助，同時也為城市道路及附屬設(shè)施地理信息數(shù)據(jù)采集更新提供了一種極佳的手段。

［1］李德仁，郭晟，胡慶武.基于3S集成技術(shù)的LD2000系列移動道路測量系統(tǒng)及其應用［J］.測繪學報，2008，37(3)

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［5］張明.MMS外業(yè)測繪流程設(shè)計及DMI數(shù)據(jù)質(zhì)量評價研究［D］.北京建筑工程學院碩士學位論文，2008

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