輕便型移動測量系統(tǒng)在規(guī)劃竣工測量中的應(yīng)用

柯春安

(福州市勘測院 福建福州 350108)

輕便型移動測量系統(tǒng)在規(guī)劃竣工測量中的應(yīng)用

柯春安

(福州市勘測院 福建福州 350108)

輕便型移動測量系統(tǒng)是一種新興的快速、高效、無地面控制的測繪技術(shù)，能夠高效率、高精度獲取地理空間信息，為規(guī)劃竣工測量提供準(zhǔn)確、豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。文章針對福州市規(guī)劃竣工測量要求，研究了基于輕便型移動測量系統(tǒng)的規(guī)劃竣工測量技術(shù)方案，并通過實際生產(chǎn)驗證其實用性與有效性，結(jié)果表明成果精度滿足規(guī)劃竣工測量要求，并縮短工期、減少人員投入。

輕便型移動測量系統(tǒng)；規(guī)劃竣工測量；激光點云；全景影像

0 引言

竣工測量是規(guī)劃監(jiān)督測量的閉環(huán)，測量成果是建設(shè)工程驗收的重要依據(jù)[1]。隨著經(jīng)濟(jì)快速增長，城市建設(shè)加快及管理要求的提高，如何高效、及時地為規(guī)劃主管部門提供準(zhǔn)確、全面的竣工數(shù)據(jù)是目前測繪隊伍亟待解決的問題。

傳統(tǒng)的竣工測量一般是使用RTK、全站儀等儀器，以單點測量的方式來獲取觀測目標(biāo)的三維坐標(biāo)信息，外業(yè)周期長、勞動強(qiáng)度大、投入人員多、生產(chǎn)效率低。移動測量系統(tǒng)集成了多元傳感器，可同時獲取目標(biāo)物的三維激光點云數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)，具有速度快、遙測精度高、外業(yè)時間窗口需求小等特點[2]，克服了傳統(tǒng)作業(yè)外業(yè)數(shù)據(jù)采集周期長、易受天氣影響等弊端。既提高了生產(chǎn)效率，又能提供更加豐富的數(shù)據(jù)成果，是目前規(guī)劃竣工測量最好的解決方案之一。

本文采用以摩托車為載體的輕便型移動測量系統(tǒng)VSurs-Q，以生產(chǎn)項目為研究對象，在深入研究該系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，將該技術(shù)應(yīng)用于規(guī)劃竣工測量。

1 輕便型移動測量系統(tǒng)簡介

VSurs-Q輕便型移動測量系統(tǒng)，如圖1所示，以摩托車為測量移動平臺，主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、同步控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備組成[3]，集成了三維激光掃描儀、全景數(shù)碼相機(jī)、IMU慣性導(dǎo)航裝置、GPS接收機(jī)、平板電腦等傳感器，在行進(jìn)過程中采集獲取三維地理空間數(shù)據(jù)。軟件主要有數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)、點云數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)字測圖系統(tǒng)等，在內(nèi)業(yè)進(jìn)行空間地理要素的坐標(biāo)采集加工，可按需要生成多元產(chǎn)品，數(shù)據(jù)成果實現(xiàn)了與CAD、CASS及以ARCGIS為基礎(chǔ)開發(fā)的諸多工程應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)融合及成果相互轉(zhuǎn)化和共享。在城鄉(xiāng)大比例尺地形測圖、建成區(qū)精細(xì)化建模、城市部件采集、不動產(chǎn)測量、地理要素更新、應(yīng)急測量等方面已有廣泛應(yīng)用。經(jīng)國家光電測距儀檢測中心測試該系統(tǒng)50m范圍內(nèi)平面精度與高程精度均優(yōu)于3cm。

圖1 VSurs-Q輕便型移動測量系統(tǒng)

2 規(guī)劃竣工測量主要內(nèi)容與技術(shù)指標(biāo)

福州市建設(shè)工程項目，根據(jù)管理要求在竣工后應(yīng)依據(jù)《福州市城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定》及《城市測量規(guī)范》進(jìn)行規(guī)劃竣工測量。參照批準(zhǔn)的建筑紅線圖、總平面圖、規(guī)劃用地紅線圖、建設(shè)工程規(guī)劃許可證等圖件，核驗建設(shè)工程規(guī)劃指標(biāo)并形成報告，提供審批部門驗收及后期管理使用。

2.1規(guī)劃竣工測量主要內(nèi)容

(1)測制建設(shè)工程1∶500數(shù)字地形圖；

(2)核查建筑平面布局、空間布局；

(3)核查項目主要規(guī)劃指標(biāo)；

(4)核查項目配套工程、建筑立面。

2.2技術(shù)指標(biāo)

1∶500竣工地形圖精度要求如表1所示，竣工要素測量精度要求如表2所示。

表1 地形圖精度要求

表2 竣工要素測量精度要求

3 應(yīng)用案例

以福州市登云山莊項目為應(yīng)用案例，測區(qū)面積約80 000m2，主要建筑為低層別墅，依地勢呈階梯狀分布。該項目同時采用輕便型移動測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)方式生產(chǎn)，以傳統(tǒng)測量為參考驗證移動測量結(jié)果。輕便型移動測量系統(tǒng)生產(chǎn)工序主要包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、竣工資料整理。

3.1數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場設(shè)置1個E級GNSS基準(zhǔn)站，滿足基準(zhǔn)站與移動測量車距離不大于10km的要求，以提高移動測量精度。按先沿主要道路采集、再各區(qū)塊內(nèi)部穿插采集思路，規(guī)劃移動測量線路。移動測量系統(tǒng)安裝就位后駕駛員啟動摩托車，對移動測量車進(jìn)行IMU校準(zhǔn)[3]，系統(tǒng)正常運(yùn)行后以20km/h～30km/h速度按規(guī)劃路線進(jìn)行移動掃描采集。本次移動測量由2人進(jìn)行，一人駕駛車輛進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，一人值守GNSS基準(zhǔn)站，外業(yè)采集歷時1d。移動測量軌跡如圖2所示。

圖2 移動測量軌跡(圖中點線)

3.2數(shù)據(jù)處理

移動測量采集的數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)處理主要包括以下3個步驟：數(shù)據(jù)預(yù)處理→數(shù)據(jù)加工整理→地形成圖。

3.2.1數(shù)據(jù)預(yù)處理

從存儲設(shè)備中下載各傳感器獲取的移動測量數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性、正確性檢查及文件的格式轉(zhuǎn)換。利用FZcors及福州市相似大地水準(zhǔn)面精化模型解算GNSS基準(zhǔn)站，將基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)、IMU數(shù)據(jù)、車載GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)導(dǎo)入組合導(dǎo)航解算軟件。采用緊耦合技術(shù)解算數(shù)據(jù)，解算后對數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，獲得最佳平滑行車軌跡[4],軌跡數(shù)據(jù)包含采集車的位置、姿態(tài)、加速度、角速度等信息。

在 VsursProcess軟件中，導(dǎo)入原始點云數(shù)據(jù)、全景影像數(shù)據(jù)與解算獲得的軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行融合解析，以車載GNSS接收機(jī)的時鐘、坐標(biāo)系為參照進(jìn)行時間同步與空間同步。將基于傳感器坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到工程應(yīng)用坐標(biāo)系，生成可量測的點云數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)，點云數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波除噪與影像數(shù)據(jù)融合著色生成真彩點云。輸出成果包括原始激光點云、全景照片、真彩激光點云等，如圖3所示。

(a) 原始激光點云 (b)全景照片 (c)真彩激光點云圖3 輸出成果

3.2.2數(shù)據(jù)加工整理

預(yù)處理生成的海量點云數(shù)據(jù)通過刪除冗余、創(chuàng)建以掃描時間為參考的數(shù)據(jù)索引、地物分類，提高應(yīng)用效率。利用點云數(shù)據(jù)借助VsurPointCloud軟件自動提取路燈、樹木等桿狀地物。在VsurMap測圖軟件中，配置工程路徑、設(shè)置捕捉及連接各容差參數(shù)值，基于點云數(shù)據(jù)以影像數(shù)據(jù)為輔助，在三維點云視圖中量測建筑高度、采集地形要素特征點。采集過程中，利用軟件的掩膜功能分塊加載點云數(shù)據(jù)提高采集效率，利用點云數(shù)據(jù)高程分層顯示功能區(qū)分上部樓層邊界。個別點云缺少或稀疏的特征點利用全景照片補(bǔ)充采集，將自動提取的數(shù)據(jù)與人工采集的數(shù)據(jù)合并生成初步地形圖。三維點云視圖測量如圖4所示。

3.2.3地形成圖

初步地形圖數(shù)據(jù)輸出轉(zhuǎn)換為.dxf文件，在CASS中按1∶500地形圖要求進(jìn)行圖層與屬性配準(zhǔn)，要素符號化，面狀地物構(gòu)面等標(biāo)準(zhǔn)化加工，編繪生成竣工地形圖如圖5所示。

圖5 竣工地形圖

3.3竣工資料整理

基于以上成果，編繪建筑平面位置關(guān)系圖、建筑高度圖、綠地專題圖、建筑分層圖，量算建筑占地面積、綠地面積、建筑面積，計算建筑密度、綠地率、容積率，核查物業(yè)用房、消控安防用房、停車泊位等配套工程建設(shè)情況，提取建筑外立面照片，最后形成建設(shè)工程規(guī)劃竣工測量報告。

4 結(jié)果分析

4.1精度分析

規(guī)劃竣工測量要求建設(shè)工程完成土建工程、交通與綠化等配套建設(shè)，此時施工腳手架、臨時用房等已拆除，剛移植的樹木枝椏稀疏，為移動測量提供了良好的工況條件，減少了數(shù)據(jù)噪聲與漏洞。移動測量采集路線設(shè)計的靈活性，使得數(shù)據(jù)采集可以從外圍到內(nèi)部進(jìn)行覆蓋穿插，可以有效地控制掃描半徑并提供多余檢核條件，保證了數(shù)據(jù)的可靠性。平整的內(nèi)部交通保證了移動測量車運(yùn)行平穩(wěn)，提高了數(shù)據(jù)精度。輕便型移動測量系統(tǒng)的通達(dá)性及現(xiàn)場建筑高度低的特點，保證了數(shù)據(jù)的完整性。

采用傳統(tǒng)RTK+全站儀方法測量數(shù)據(jù)與移動測量結(jié)果進(jìn)行對比分析，評定移動測量成果精度。經(jīng)檢測：主要地物點最大點位誤差為6.1cm，次要地物點最大點位誤差為7.2cm；主要地物點最大間距誤差為7.6cm，次要地物點最大間距誤差為10.8cm；地物點高程最大誤差為11.0cm，建筑高度最大誤差為11.3cm，相鄰建筑間距最大誤差為8.4cm。精度統(tǒng)計結(jié)果如下：

地形圖精度檢測統(tǒng)計如表3所示?？⒐ひ販y量精度檢測統(tǒng)計如表4所示。

表3 地形圖精度統(tǒng)計表

表4 竣工要素測量精度統(tǒng)計表

以上檢測結(jié)果表明，利用輕便型移動測量系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃竣工測量，成果精度符合技術(shù)要求。

4.2工效對比

輕便型移動測量系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)外業(yè)與內(nèi)業(yè)作業(yè)模式，帶來了內(nèi)業(yè)與外業(yè)時間配比及整體工效的變化。該項目傳統(tǒng)測量方式與移動測量方式生產(chǎn)效率對比如表5所示。

表5 生產(chǎn)效率對比表

從表5可以看出，采用輕便型移動測量系統(tǒng)可以縮短生產(chǎn)周期、減少人員投入，其中外業(yè)時間節(jié)省尤為明顯，不僅有效減少不良天氣對測繪工作的影響，同時將繁重的外業(yè)勞動轉(zhuǎn)化成內(nèi)業(yè)工作。

5 結(jié)論

輕便型移動測量系統(tǒng)具有作業(yè)機(jī)動靈活、外業(yè)組織簡單、數(shù)據(jù)獲取快速、精度高等特點，為規(guī)劃竣工測量帶來作業(yè)方式的突破。本文研究了基于該系統(tǒng)的規(guī)劃竣工測量技術(shù)方案，以實際生產(chǎn)項目為案例，通過移動測量方式與傳統(tǒng)測量方式對比分析，輕便型移動測量系統(tǒng)用于規(guī)劃竣工測量有以下優(yōu)勢可供參考借鑒：

(1)成果精度可靠，完全滿足規(guī)劃竣工測量要求；

(2)可以快速采集建設(shè)工程的空間三維信息，豐富的點云數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)，真實、全面地記載了竣工現(xiàn)況，為工程驗收及后續(xù)的三維建模等應(yīng)用提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(3)可以極大地縮短外業(yè)時間、減少人員投入，提高生產(chǎn)效率、降低成本，項目規(guī)模越大效果越顯著。

但也存在著不足：①地形特征點提取自動化程度還不高，內(nèi)業(yè)處理工作量較大，有待于內(nèi)業(yè)處理軟件的優(yōu)化提升；②受高度角限制高層建筑上部難免出現(xiàn)掃描盲區(qū)，今后應(yīng)用中針對高層建筑有待探討與低空無人機(jī)相結(jié)合的作業(yè)方法。

[1] 邢漢發(fā)，高志國，呂磊．三維激光掃描技術(shù)在城市竣工測量中的應(yīng)用[J]．工程勘察，2014(5)：52-57．

[2] 汪志飛,姚連璧,周冰.移動測量系統(tǒng)設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)研究[J].測繪通報,2015(S1).

[3] 高航,孫志陽,曹岳飛.基于輕便型移動測量系統(tǒng)的城市三維建模技術(shù)研究[J].測繪與空間地理信息,2017(5):65-67,70.

[4] 盧秀山，謝欣鵬，劉如飛．輕便型移動測量系統(tǒng)在鄉(xiāng)村地形測量中的應(yīng)用[J]．測繪科學(xué)，2016,41(10)：149-152．

TheApplicationofPortableMobileMeasurementSysteminPlanningCompletionSurvey

KEChunan

(Fuzhou Investigation and Surveying Institute，F(xiàn)uzhou 350108)

Portable mobile measurement system is a new kind of fast,efficient,no ground control surveying technology,high efficiency and high precision can acquire information of geographical space,and provide basic data for accurate and abundant planning completion measurement.According to the Fuzhou municipal planning completion measurement requirements,the article researched the technical scheme for the planning completion measurement based on portable mobile measurement system,and verified its practicality and effectiveness through the actual production.The results show that the accuracy of the results meet the measurement requirements of the completion of planning,and shorten the construction period,reduce staff input industry.

Portable mobile measurement system; Planning completion measurement; Laser point cloud; Panchromatic image

TU198

A

1004-6135(2017)11-0096-04

柯春安(1974- )，男，工程師。

E-mail:593832302@qq.com

2017-07-24