基于車載激光測量的城市部件數(shù)據(jù)采集流程

汶宇龍 茍忠瑩

摘要：城市部件是城市經(jīng)濟及社會活動的基本栽體，為了更好地實現(xiàn)城市數(shù)字化，并建立城市基礎(chǔ)設(shè)施地理信息系統(tǒng)（GIS）空間數(shù)據(jù)庫，城市部件調(diào)查就變成了其中一個必不可少的環(huán)節(jié)。而車栽激光掃描系統(tǒng)，為城市部件調(diào)查提供了一種新型的定位手段。文章主要研究在城市部件調(diào)查要求與特點的基礎(chǔ)上，探討用車栽激光測量技術(shù)進行城市部件數(shù)據(jù)采集流程。

關(guān)鍵詞：城市部件;采集流程;車栽移動測量系統(tǒng);車栽激光測量技術(shù)

中圖分類號：TP274.2 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）12-0063-02

自“數(shù)字地球”的概念提出以來，伴隨著各種空間技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，在經(jīng)過歷時近十年的研究和探索中，城市的數(shù)字化建設(shè)也得到了巨大的進步。而建立城市基礎(chǔ)設(shè)施地理信息系統(tǒng)（GIS）空間數(shù)據(jù)庫和各種專業(yè)數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)城市數(shù)字化的基本前提。城市部件調(diào)查的方法有很多，傳統(tǒng)測量方法存在著很多問題，如丟漏率較大、屬性數(shù)據(jù)判斷較困難、定位困難大和工作量大等，因此在城市數(shù)字化建設(shè)的進程當(dāng)中，尋求一種高速、高效、高精度、高可靠性并且可以快速更新的技術(shù)手段來進行城市部件調(diào)查已成為當(dāng)務(wù)之急。本文主要針對城市部件的特點與部件調(diào)查要求，對車載激光測量系統(tǒng)進行城市部件調(diào)查的基本流程進行詳細闡述。

1外業(yè)數(shù)據(jù)采集基本論述

外業(yè)數(shù)據(jù)采集是部件調(diào)查的基礎(chǔ)，在外業(yè)數(shù)據(jù)采集上，將嚴格按照數(shù)據(jù)采集規(guī)范進行。外業(yè)采集主要是車載激光建模系統(tǒng)根據(jù)規(guī)劃的行車線路，進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，獲取原始數(shù)據(jù)：原始點云、全景影像、絕對坐標(biāo)和姿態(tài)數(shù)據(jù)。部件的外業(yè)數(shù)據(jù)采集操作分為六個階段，分別為前期準備階段、設(shè)備安裝階段、數(shù)據(jù)預(yù)采集階段、數(shù)據(jù)采集段、設(shè)備卸載階段以及數(shù)據(jù)整理階段。

2外業(yè)數(shù)據(jù)采集具體流程

2.1前期準備

前期準備階段需要做的工作包括線路勘查，線路規(guī)劃以及設(shè)備檢查。車載激光建模系統(tǒng)采集部件為分布在道路及其周邊的部件，如路燈、道路指示牌、消防栓等。根據(jù)要測量的部件類型以及部件屬性信息內(nèi)容，經(jīng)過現(xiàn)場路線勘查后，劃分好測量范圍，制定數(shù)據(jù)采集車的行駛路線。

（1）線路勘查。一般來說，在采集區(qū)域較大，或采集作業(yè)人員對路狀不熟悉時，應(yīng)該進行線路勘查工作。線路勘查工作最好在線路規(guī)劃之前進行，線路勘查主要解決以下幾個問題：a.哪些道路正在施工，不適合采集數(shù)據(jù)。b.哪些道路設(shè)定為單行線。c哪些地方存在限高，采集車無法通行。d.哪些地方新修了路，而地圖暫時還沒有更新。e.哪些地方道路還未正式通車，而地圖上存在此道路。f哪些區(qū)域定義為中心城區(qū)，相機拍照間隔小。g哪些地方定義為非中心城區(qū)，相機拍照間隔大。h.還存在哪些實際路狀與電子地圖不匹配的情況。（2）線路規(guī)劃。良好的線路規(guī)劃，可提高采集作業(yè)效率，提高作業(yè)有效覆蓋率（有效覆蓋率=采集線路長度/汽車行駛路程），同時避免因采集線路不合理，出現(xiàn)漏采、錯采的情況。（3）設(shè)備檢查。設(shè)備檢查分為設(shè)備完整性檢查和設(shè)備狀態(tài)檢查。設(shè)備完整性檢查主要檢查設(shè)備是否缺失，所有設(shè)備完整是正常進行數(shù)據(jù)采集的前提。在每次進行數(shù)據(jù)采集前，直該對設(shè)備狀態(tài)進行檢查，在每次采集作業(yè)時，只有確保每個階段，每個設(shè)備的每個狀態(tài)均正常后，才可繼續(xù)進行采集工作。

2.2設(shè)備安裝

基站架設(shè)與其他設(shè)備安裝獨立進行，沒有嚴格的先后順序要求。但是一般來說，SSW系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集前（包括POS采集），基站必須架設(shè)完成，并開始正常工作。車載設(shè)備安裝時，應(yīng)該先安裝SSW，再安裝全景相機與車輪編碼器。

2.3數(shù)據(jù)預(yù)采集

在進行正式數(shù)據(jù)采集前，必須進行一次數(shù)據(jù)預(yù)采集。通過數(shù)據(jù)預(yù)采集，確保所有設(shè)備能夠正常工作，采集的點云數(shù)據(jù)正常，相機曝光參數(shù)正確。數(shù)據(jù)預(yù)采集的操作流程圖如圖1。

2.4數(shù)據(jù)采集

在數(shù)據(jù)預(yù)采集完成，確保采集到的數(shù)據(jù)沒有問題之后，可開始進行數(shù)據(jù)采集作業(yè)。根據(jù)預(yù)先規(guī)劃好的采集線路及采集順序，進行數(shù)據(jù)采集。

2.5設(shè)備卸載

在設(shè)備電源全部關(guān)閉后，可卸載設(shè)備。與設(shè)備安裝相同，設(shè)備卸載也分為基站拆除、SSW拆除、全景相機拆除以及車輪編碼器拆除四個部分。

2.6數(shù)據(jù)整理

在設(shè)備拆除之后，數(shù)據(jù)要從不同的設(shè)備拷貝到數(shù)據(jù)存儲磁盤中。此時的數(shù)據(jù)主要分布在三臺設(shè)備上。操控電腦匕存儲了SSW所采集的點云數(shù)據(jù)以及相機同步信息，基站中存儲了基站觀測數(shù)據(jù)，全景相機的存儲卡中存儲了影像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)整理完畢后，將所有原始數(shù)據(jù)作為采集成果提交，提交原始數(shù)據(jù)清單。

2.7外業(yè)采集注意問題

（1）避開車輛擁堵時段。盡量利用早晨、中午作業(yè)，早晚作業(yè)注意光線和車速，避免“拖影”現(xiàn)象。（2）輔路采集或靠路邊采集時，控制車速，減少超車現(xiàn)象，以免遮擋;對于有公交車等大型車輛遮擋等原因造成影像質(zhì)量低，要用語音做好紀錄，并在地圖上標(biāo)出，及時安排其它時間補采和調(diào)繪。（3）每天外業(yè)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，將車上的數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)業(yè)處理電腦，拷貝時檢查數(shù)據(jù)完整性。（4）為保證精度，所有的點狀部件均要求采集到底部中心點。（5）在無遮擋情況下，井蓋等采集的時候必需采集到中心點。（6）由于激光只能掃描到立桿的表面，只能采集到表面點，所以對于立桿類地物要求也必須是采集立桿底部的中心點。（7）較高的立桿類部件，在無遮擋的情況下應(yīng)盡量采集立桿地面根部處的點，防止立桿上部可能發(fā)生的傾斜或彎曲。（8）對于較粗對象，如果需要，則應(yīng)進行位置平移從而保證精度。

2.8補測方案

對于遮擋嚴重，或者分布離道路較遠而無法一次性采集到的部件點要及時進行補測，補測方案分為三種：（1）三輪車補掃：由于SSW系統(tǒng)集成度非常高，全系統(tǒng)采取雙箱結(jié)構(gòu)，很容易在三輪車上組裝起來，所以第一種補漏方案是使用三輪車補掃，這種以三輪車為載體的小型車載測量系統(tǒng)靈活實用，可以采集到樹木遮擋嚴重得如人行道匕的井蓋，廣告牌等小部件。（2）掃轉(zhuǎn)：對于完全沒有路的隱蔽地區(qū)采取地面轉(zhuǎn)掃補漏，如有需要，可采用具有10m高臺轉(zhuǎn)掃功能的SSW-2A型車進入測區(qū)作業(yè)。（3）手持GIS采集系統(tǒng)：如果在前兩種方案補掃得到的快速三維模型上還有無法采集到的范圍，將使用具有定位定姿照相功能的中海達多模GIS采集儀進行實地補拍，并補測到快速模型中去。

3質(zhì)量檢查

3.1定位定姿質(zhì)量檢查

通過兩次正反掃，點云疊加在一起，查套合精度，來發(fā)現(xiàn)GPS信號弱導(dǎo)致精度下降的區(qū)域，并補測反求點，修正組合導(dǎo)航結(jié)果之后，進行點云的精度檢查。

3.2自動分類提取及實體化的檢查

（1）依次對已自動提取成功的某—類部件實體，建模后進行單獨顯示，人工巡視檢查進行查錯（其它類的模型或點云以低亮度作為襯景，或者完全關(guān)閉，采用真三維觀察更為逼真）。（2）自動分類提取實體化全過程完成后，得到的剩余點云，巡視檢查，分別對各類實體進行查漏。（3）如發(fā)現(xiàn)有錯或有漏，應(yīng)當(dāng)即進行人機交互改正，使最終成果的正確率達到100%。

3_3入庫質(zhì)量檢查

在實時軟件的支持下，在計算機屏幕上打開兩個窗口，一是疊加了城市部件成果的快速模型，二是存有城市部件成果的GIS窗口，兩個窗口實時聯(lián)動，人工巡視，進行一次入庫檢查。

3.4屬性質(zhì)量檢查

在原始二值點云的顯示平臺下，疊加某一類部件實體模型，按一定比例點擊目標(biāo)體彈出屬性，與原始點云上的量測結(jié)果進行比較，內(nèi)業(yè)抽查屬性質(zhì)量。對一定比例的屬性成果在實地量測進行抽查比較。

4結(jié)束語

本章主要研究了利用車載激光測量系統(tǒng)進行城市部件調(diào)查的技術(shù)流程，設(shè)計了外業(yè)數(shù)據(jù)采集流程和質(zhì)量檢查具體方案，車載激光建模技術(shù)作為目前測繪界最先進的數(shù)據(jù)采集技術(shù)將會極大地解放傳統(tǒng)測繪工作者外業(yè)的工作量，并能快速、精確地服務(wù)于城市信息化建設(shè)中，代表著今后測繪行業(yè)的一個方向，從而更好地服務(wù)于公眾和社會。