应用车载移动测量技术进行大比例尺测图的方法

吴 波,杨晓锋,陈宏强,李 俊,侯兴泽

(国家测绘地理信息局第二地形测量队,陕西 西安 710054)

应用车载移动测量技术进行大比例尺测图的方法

吴 波,杨晓锋,陈宏强,李 俊,侯兴泽

(国家测绘地理信息局第二地形测量队,陕西 西安 710054)

结合车载移动测量技术特点和测区实际情况,对外业扫描和内业数据处理过程进行了研究，并详细阐述了利用点云和影像数据进行大比例尺地形图制作与检查的方法，最后与传统测图方法进行了比较。结果表明，车载移动测量技术可以满足1∶1000地形图测绘的精度要求，而且地形图制作效率较传统方法提高数倍。本文的研究可以为今后车载移动测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用提供参考。

车载移动测量；数据处理；大比例尺地形图

大比例尺地形图是城市和地区规划建设时所需的重要资料，快速、高效、准确地获取大比例尺地形图一直是测绘领域关注的重点问题。车载移动测量技术作为一种先进的测量手段，国内对其在大比例尺测量方面作了很多研究[1- 5]。本文以某地区1∶1000地形图生产任务为背景，以北京四维远见公司SSW车载移动测量系统为数据采集工具，通过实际的生产项目，对利用车载移动测量技术制作大比例尺地形图的方法进行了研究并取得了一定成果，为今后利用移动测量技术进行大比例尺地形图测绘提供了相关依据。

1 车载移动测量数据获取与处理

1.1 项目背景

因某市地下管网改建需要，需沿规划管网路线进行1∶1000地形图测绘。该市规划管网埋设线路长146 km，涵盖的测区面积约10 km2，测区大部分位于市区中，测区包含学校、医院、工厂、商场、居民区等人群密集区域，地面上需要进行测量的地物有建筑物、红绿灯、污水篦子、路灯、绿化带、铁路、限高杆、广告牌、台阶、摄像头等，根据生产建设的需要，需在两周内完成地形图绘制，利用传统测量方法无法满足要求，故选用车载移动测量技术进行测图。

1.2 外业扫描方案设计

在外业数据采集之前，需设计好扫描方案，主要确定扫描路线、GPS基准站架设位置及扫描时间3项内容。首先，依据管网路线埋设要求和扫描车的测量距离设计行驶路线，要求行驶路线必须覆盖全部测区，而且为了使测量结果满足1∶1000地形图的精度要求，根据本文使用的测量车所搭载的激光扫描仪性能，测量车的行驶路线需设计在目标物体100 m范围内。其次，根据设计的行驶路线，确定GPS基准站架设位置，因本次配套使用天宝NetR9型测量系统，需保证基站在测量车10 km范围内。最后，为了确保测量数据的完整性和任务顺利进行，尽量选择道路上人员和车辆较少的时间进行测量[6]。

1.3 外业数据采集

进行外业数据采集时，按照外业扫描方案设计的路线和时间进行扫描，获取测区的点云和全景影像数据。测量过程中车速保持在30 km/h左右，车辆行驶的同时记录下行驶的轨迹。扫描完成后，通过对照轨迹和规划路线检查车辆是否按设计的路线行驶以确保扫描数据的正确性[7]。

1.4 车载移动测量数据处理

车载移动测量数据处理需分为以下两部分进行。

1.4.1 点云数据生成

将GPS、IMU、DMI数据进行组合导航，获得精确的移动测量车行驶轨迹，再通过与激光扫描仪数据进行整合[8]，获得有精确位置信息的三维点云数据[9]。

1.4.2 合成全景影像

利用SSW影像数据处理软件，将相机拍摄的照片进行抽稀改正，然后利用相机标定参数、影像姿态参数、行驶路径将单个相机拍摄的照片合成为包含精确位置信息的测区影像[10]。

如图1所示，利用车载移动测量技术可以获取同一位置精确的三维点云和影像数据。

图1 测区点云和对应位置影像

1.5 精度检验

在测量车获取的点云数据成果中，选取一部分房屋拐点作为验证精度的特征点[11]，与全站仪测量的结果进行比较[12]。通过比较可以看出，利用车载移动测量系统获取的成果与全站仪测量的成果相差不大，大部分点坐标平面和高程差值符合实际要求，极少数差值较大的点利用控制点纠正后，精度也可以满足1∶1000大比例尺测量的要求。

2 大比例尺地形图成图方法

制作地形图时首先在SWDY点云工作站中对地物特征点和线进行提取，然后通过转换导入CASS7.0中完成地形的编制。主要过程叙述如下。

2.1 特征线和特征点提取

点云导入SWDY中后，利用软件的点云筛选和视角切换功能对点云进行过滤显示，在过滤后的点云上完成特征线和点的采集[13]。例如，当采集路边线数据时，可将高于路面的点云暂时过滤掉，仅利用路面部分点云进行特征线的采集。通过此种方法，可以较快地获取建筑物、路边线、绿化带等特征地物的特征点和特征线，采集成果如图2所示。

图2 特征线采集效果

2.2 地形图完整性检查

在车载移动测量的点云数据中，一些单独地物的点云数据混在海量的点云数据中不易识别，仅仅利用点云进行识别和采集很容易造成遗漏。为了解决该问题，本文通过将影像和地物矢量叠加的方法来发现遗漏的特征地物，以确保地形图绘制的正确性和完整性[14]。

图3所示即为利用影像检查路灯采集情况的效果，其中圆圈内的短线表示利用点云采集的路灯矢量，通过对比影像和矢量，可以十分方便地发现缺失的特征点和特征线[15]。

图3 全景影像和路灯矢量叠加效果

2.3 数据转换及成图

当利用SWDY对所有地物的矢量信息采集完成后，每一种地物对应存储在图层中。要完成地形图的绘制，首先利用SWDY自带的转换功能将地物信息转换成Shape格式导入ArcGIS10.1中，然后利用ArcGIS10.1的转换工具将它们导出为DWG格式文件，最后导入CASS7.0进行符号化等工作，最终生成的地形图效果如图4所示。

3 车载移动测量技术与传统方法的对比分析

3.1 应用车载移动测量技术测图较传统方法的优势

全站仪测量是大比例尺地形图生产中常用的方法，与该方法进行对比车载移动测量技术主要有以下优点：

(1) 测量所得点云数据为目标物体的完整信息。车载移动测量系统可以对测量车150 m范围内的地物进行扫描测量，在不存在遮挡的情况下，可完整地获取扫描范围内地物的全部信息。与传统方法相比，测量过程中不存在遗漏地物信息的情况，避免了因外业测量人员技术水平问题造成的地物信息缺失。

(2) 外业时间短，人力物力消耗较小。利用车载移动测量技术进行大比例尺测图时，可以充分发挥该技术的优越性，将工作效率提高5～6倍，且减少外业人员的投入。以本项目为例，该测区涉及的管线埋设线路共长146 km，外业采集工作员工5人中包括司机一名、GPS基站操作员2名、测量车操作人员2名，数据采集时间5 d约40 h。

(3) 特殊地物位置表达准确。移动测量车具有非接触、主动式测量的特点，对于一些处在危险区域或人员不可到达地区的地物，只要在测量车的扫描范围内，就可以方便地进行测量，确保地物的测量精度。如对于高压铁塔、配电箱等危险地物，利用传统方法进行测量时，很多时候人员不能到达其附近，造成地物位置表达不准确，而利用移动测量车对其进行测量时，在保证人员安全的同时，确保了特殊地物位置表达的准确。

(4) 数据显示更加直观，地形图绘制更加准确。利用车载移动测量数据进行绘图时，因为数据是三维数据，绘图人员观察点云的视角与身处实地观察物体时看到的景象一样，因此在采集特征信息时十分直观；另外，利用点云叠加影像的功能，可以清晰地识别一些难以辨别的地物，确保地形图绘制的正确性。

3.2 应用车载移动测量技术测图较传统方法的不足

车载移动测量技术应用在大比例尺测图中，还有一些尚未解决的问题，主要体现在以下3个方面：

(1) 测区道路情况对移动测量车测图影响较大。在本次测图过程中，一些过于狭窄的路段移动测量车无法到达，造成数据采集的不完整；改用电动三轮车进行数据采集后发现，电动车的稳定性较差，测量数据的精度较低。

(2) 由于受激光频率的影响，采集井盖等特征不明显地物时容易遗漏。在城市中进行地形图测量时，移动测量车的车速一般保持在20～30 km/h，激光扫描仪点频为200 kHz，因此测量车50 m范围内的点云间隔一般在5～10 cm内，这样的点云密度对于地形图中大部分物体表达十分清晰。但对于一些较远部位的井盖点云数据显示并不明显，绘图时容易造成疏忽且不容易进行检查和补漏。

(3) 数据处理过程复杂且工作量大。在此次作业过程中，每天数据的采集量在100 GB左右，数据传输和处理过程时间较长。且目前没有统一的移动测量数据处理和绘图软件，处理一次数据需要使用6到7种软件，处理结果还需经转换才能成为可使用的最终数据，整个过程较为繁琐。

4 结 语

本文以某地区1∶1000地形图生产项目为背景，通过将实际生产与全站仪测量进行对比发现，在测区道路情况较好的情况下，利用车载移动测量系统可以进行1∶1000地形图的生产，并且在采集和绘图速度上较传统测量方法有较大优势，但单独应用车载移动测量技术进行大比例尺地形图测绘还有一定的局限性，未来还需作更进一步的研究。

[1] 侯亚娟,葛中华.车载移动测量系统在大比例尺地形图质检工作中的应用研究[J].测绘通报,2015(11):60- 63.

[2] 杨伯钢,韩友美.车载移动激光扫描技术大比例尺测图技术分析[J]. 测绘科学，2013，37(1):106- 108.

[3] 张攀科,裴亮,王留召，等.车载激光扫描系统在地籍测量中的应用[J].测绘科学，2015，39(9):163- 166.

[4] 吴晓章,谢宏全,谷风云，等.利用激光点云数据进行大比例尺地形图测绘的方法[J].测绘通报，2015(8):90- 92.

[5] 韩尚.车载LiDAR用于轨道线带状图测量的高程精度分析[J].测绘通报，2016(3):70- 72.

[6] 龚健雅,崔婷婷,单杰,等.利用车载移动测量数据的建筑物立面建模方法[J].武汉大学学报(信息科学版)，2015,40(9):1137- 1143.

[7] 张攀科,张伟红,王留召.车载激光扫描系统在道路断面采集中的应用[J].测绘与空间地理信息，2014,37(11):60- 62.

[8] 李琴.车载移动测量系统的数据处理及应用[J].测绘通报，2014(S1)：129- 132.

[9] 邹晓亮.车载测量系统数据处理若干关键技术研究[D].郑州：信息工程大学，2011.

[10] 成功.IP- S2车载激光扫描系统对全景影像数据的采集与处理方法[J].经纬天地，2014(6)：86- 89.

[11] 徐工,程效军.移动测量系统点云精度评定及应用分析 [J].工程勘察，2013(9):42- 46.

[12] 鲁勇,王留召,郭姣,等.车载激光移动建模测量系统点云精度检核与误差来源分析[J].中州煤炭，2012(6):53- 57.

[13] 羌鑫林,李广伟,房井洋,等.移动测量技术在城市道路交通要素数据采集中的应用[J].现代测绘，2016(39):42- 44.

[14] 丁安民,陈芳,张合兵,等.车载移动测量系统在大比例尺测图中的应用[J].河南理工大学学报(自然科学版)，2011(30):160- 163.

[15] 张文超,张亮,杨建辉.移动测量车测绘线划图精度分析[J].科技风，2014(1)：132.

Method Research of Vehicle- borne Mobile Surveying Technology in Large- scaleTopographic Mapping

WU Bo,YANG Xiaofeng,CHEN Hongqiang,LI Jun,HOU Xingze

(The Second Institute of Topographic Surveying, National Administration of Surveying, Mapping and Geoinformation, Xi’an 710054, China)

Combining the technology of vehicle- borne mobile surveying with surveying area’s practical situation, the process for filed scanning and data processing are researched. Then the method of inspection and producing of large- scale topographic map by using point cloud and image is expounded in detail. After that, this paper contrastes the vehicle- borne mobile surveying technology with the traditional ways. Result shows that the vehicle- borne mobile surveying technology can satisfy the accuracy of surveying and mapping of 1∶1000 topography map, and the topographic map production will be more efficient by using it. This paper will provide some reference for the application of vehicle- borne mobile surveying technology in large- scale topographic mapping.

vehicle- borne mobile surveying; data processing; large- scale topographic mapping

2016- 07- 15；

2017- 01- 24 作者简介： 吴 波(1988—)，男，助理工程师，主要研究方向为点云数据处理与应用。E- mail：282862746@qq.com

吴波,杨晓锋,陈宏强,等.应用车载移动测量技术进行大比例尺测图的方法[J].测绘通报，2017(3)：80- 82.

10.13474/j.cnki.11- 2246.2017.0089.

P237

A

0494- 0911(2017)03- 0080- 03