移動測量系統(tǒng)在自動駕駛高精度測圖的工程實(shí)踐

翟成森

(山東省國土測繪院，山東 濟(jì)南 250013)

1 引 言

車載移動測量技術(shù)是當(dāng)今測繪界最為前沿的科技之一，通過GPS、慣導(dǎo)系統(tǒng)與激光掃描儀、全景相機(jī)等設(shè)備進(jìn)行整合，獲得有精確位置信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及全景影像數(shù)據(jù)。進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理后，激光點(diǎn)云與全景影像精確配準(zhǔn)，計(jì)算出點(diǎn)云所對應(yīng)全景圖上像點(diǎn)的像素坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)具備影像地理參考的可量測全景影像。基于可量測全景影像，可以準(zhǔn)確有效地提取高精度電子地圖項(xiàng)目中多需的各類地形地物要素，在高精度電子地圖的應(yīng)用中具有不可比擬的優(yōu)勢。

本文將移動測量系統(tǒng)應(yīng)用于高精度電子地圖工程實(shí)踐，對其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)和工作方法進(jìn)行探討和總結(jié)，并對實(shí)驗(yàn)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 移動測量系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)介紹

本文研究的車載移動測量系統(tǒng)采購自北京四維遠(yuǎn)見信息技術(shù)有限公司，該系統(tǒng)集成了激光掃描儀、組合導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星接收機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等傳感器，以改裝后全順客車為搭載平臺，改裝后的平臺免拆卸，人工操作自動升降，最大限度減小系統(tǒng)帶來的誤差影響。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

其系統(tǒng)主要傳感器技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

圖1 車載移動測量系統(tǒng)

系統(tǒng)傳感器技術(shù)指標(biāo) 表1

2.2 誤差來源

車載移動測量系統(tǒng)的系統(tǒng)測量誤差主要有：POS定姿定位誤差、激光掃描測距測角誤差和系統(tǒng)集成誤差，這三項(xiàng)誤差受限于系統(tǒng)硬件的工藝水平。在實(shí)際運(yùn)行中具體會有因拐彎、顛簸、建筑物遮擋、基站坐標(biāo)、與基站距離而產(chǎn)生的誤差，在作業(yè)中需著重注意。

3 工程實(shí)踐

3.1 測區(qū)概況

本文測區(qū)選擇山東省泰安市，此區(qū)域道路為雙向4車道，路況較好，沒有輔道，交通標(biāo)線清楚，路邊有路燈、交通標(biāo)志牌、斑馬線、行車線等，長度大約 20 km。為提高測量精度，此次車載移動測量采用設(shè)置基站的方式進(jìn)行，現(xiàn)場設(shè)置一個(gè)E級GNSS基準(zhǔn)站，整個(gè)數(shù)據(jù)采集過程中采用不大于 40 km/h速度進(jìn)行。其作業(yè)流程主要包括獲取組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)(基站和車載GPS數(shù)據(jù)，IMU數(shù)據(jù))和激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理以及激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的生成和提取等。具體作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程圖

3.2 數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)解算

為保證采集過程中達(dá)到最好的效果，在車載移動測量系統(tǒng)進(jìn)行采集之前，應(yīng)提前規(guī)劃采集線路，采集中盡量沿著采集規(guī)劃線路進(jìn)行采集。在采集之后，迅速收集基站數(shù)據(jù)、流動站數(shù)據(jù)、IMU數(shù)據(jù)、激光點(diǎn)云文件、多鏡頭相機(jī)文件、里程計(jì)文件等，在GPS、IMU組合導(dǎo)航計(jì)算的基礎(chǔ)上，生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)等成果。如圖3所示。

圖3 生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)

3.3 高精度電子地圖的快速繪制

本文主要利用北京思維遠(yuǎn)見信息技術(shù)有限公司研制的SSW系統(tǒng)SWDY軟件進(jìn)行道路邊線、交通標(biāo)識線的一鍵提取，然后對提取對象進(jìn)行人機(jī)交互矢量編輯，對提取錯(cuò)誤或者未提取的對象進(jìn)行修改和補(bǔ)充，對軟件無法自動提取的交通標(biāo)志、路燈等桿狀物進(jìn)行人工矢量編輯，最終完成高精度電子地圖的生產(chǎn)工作。處理完成高精地圖如圖4所示。

圖4 高精度電子地圖

3.4 精度分析

為評定基于車載移動測量系統(tǒng)采集的點(diǎn)云精度，本文中用RTK采集部分交通標(biāo)線特征點(diǎn)并導(dǎo)入點(diǎn)云數(shù)據(jù)，比較兩者坐標(biāo)的差值檢測點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度，精度檢測情況具體如表2所示。

激光采集數(shù)據(jù)精度檢測表 表2

續(xù)表2

從表2數(shù)據(jù)可以看出，車載移動測量系統(tǒng)獲得的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度較高，完全能夠滿足厘米級高精度地圖的使用，在實(shí)際應(yīng)用過程中，相比于傳統(tǒng)的測量設(shè)備，移動測量系統(tǒng)可以快速安全地完成線性要素的數(shù)據(jù)采集工作，將大量的外業(yè)工作進(jìn)行轉(zhuǎn)化為內(nèi)業(yè)工作，在高精度電子地圖中具有重要的應(yīng)用。

4 移動測量系統(tǒng)觀測成果分析與比較

4.1 基站與CORS方式對比

移動測量系統(tǒng)在進(jìn)行作業(yè)時(shí)除利用架設(shè)基站之外，還可以使用CORS來進(jìn)行測量，不同的是，CORS的采樣間隔為 1 s，且不需要專人看守基站，而架設(shè)基站可以根據(jù)需要進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)精度，縮短采樣間隔時(shí)間(本次實(shí)驗(yàn)采用采樣間隔為 0.1 s)，且需要專人值守。為進(jìn)一步比較對采用基站與CORS的作業(yè)方式，本次實(shí)驗(yàn)CORS網(wǎng)最鄰近基站方圓 15 km之內(nèi)，采用架設(shè)單基站方式作業(yè)區(qū)域?yàn)閱位痉綀A 15 km區(qū)域，進(jìn)行解算，并與RTK實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，分析兩者的平面、高程的差值，結(jié)果如表3所示。

基站與CORS數(shù)據(jù)的對比分析 表3

由表3可以看出，采用CORS方式采集數(shù)據(jù)精度比使用基站方式精度稍差，但是也能滿足厘米級別，基本符合高精地圖的需要。

4.2 移動測量與RTK實(shí)測工效方面的比較

在當(dāng)前大規(guī)模數(shù)據(jù)生產(chǎn)的壓力下，工效的對比是最直接的因素，在達(dá)到自動駕駛高精度電子地圖生產(chǎn)需要的基礎(chǔ)上，我們需要對車載移動測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)GPS-RTK測量的工作效率進(jìn)行對比，了解兩者在時(shí)間效率上的關(guān)系，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，GPS-RTK測量一個(gè)作業(yè)組一般兩個(gè)人，外加一部車和一位駕駛員。移動測量則主要實(shí)際看基站一人，數(shù)據(jù)采集兩人，一名駕駛員。兩者詳細(xì)對比情況如表4所示。

車載移動測量系統(tǒng)與GPSRTK工效對比關(guān)系(以20 km為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)) 表4

在實(shí)際工作中，移動測量車在外業(yè)工作中采集的數(shù)據(jù)量較多、較大，在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)計(jì)算方面耗費(fèi)的時(shí)間較長，但結(jié)合SWDY系統(tǒng)的道路附屬標(biāo)線的自動提取功能，再進(jìn)行矢量編輯的時(shí)候可以省一些時(shí)間，總體上內(nèi)業(yè)比RTK測量直接編輯要用的時(shí)間較少。通過表4我們也可以看出，在這種線狀高精度電子地圖的采集方面，移動測量系統(tǒng)比傳統(tǒng)RTK采集方式工效至少提高5倍以上。

5 結(jié) 語

車載移動系統(tǒng)具有高精度、高效率的特點(diǎn)，它所獲取的數(shù)據(jù)能夠適應(yīng)自動駕駛高精度導(dǎo)航高精度電子地圖的需要，本文通過工程實(shí)踐，詳細(xì)說明車載移動系統(tǒng)應(yīng)用于高精度電子地圖的生產(chǎn)的可能并進(jìn)行精度評定，同時(shí)針對傳統(tǒng)RTK測圖方式與移動測量系統(tǒng)測圖方式進(jìn)行對比，從人力、數(shù)據(jù)量、工效等方面進(jìn)行對比，事實(shí)證明，移動測量系統(tǒng)能夠滿足自動駕駛高精度地圖生產(chǎn)的需要且具有較高效率。