Trimble MX2在城市道路測量中的應(yīng)用

吳滿意，王占宏，田懷啟

(1.武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.國家測繪地理信息局第一地形測量隊，陜西 西安 710054)

天寶測繪解決方案專欄

Trimble MX2在城市道路測量中的應(yīng)用

吳滿意1，2，王占宏2，田懷啟2

(1.武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.國家測繪地理信息局第一地形測量隊，陜西 西安 710054)

一、引 言

車載移動測量技術(shù)是一種新興的測量技術(shù)，也是當今測繪界最為前沿的科技之一。它是在機動車上裝配全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、相機系統(tǒng)(CCD)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)等先進的傳感器和設(shè)備，在車輛高速行進中，快速采集道路及道路兩旁地物的空間位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，并同步存儲在車載計算機系統(tǒng)中，事后基于點云與數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進行空間地理信息的提取與分析，形成內(nèi)容豐富的空間信息數(shù)據(jù)庫。

二、Trimble MX2移動測繪系統(tǒng)

Trimble MX2是一套安裝在交通工具上的空間影像獲取系統(tǒng)，該系統(tǒng)將高分辨率的激光掃描儀與精確的定位定姿系統(tǒng)相集成，用于獲取具有地理參考信息的點云數(shù)據(jù)，滿足各種行業(yè)應(yīng)用。Trimble MX2系統(tǒng)適用于在各類型的陸上或水上交通工具上快速安裝與拆卸。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，在車輛高速行進過程中，能快速采集道路及道路兩旁地物的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 Trimble MX2系統(tǒng)組成

三、數(shù)據(jù)采集與處理

Trimble MX2作業(yè)的基本內(nèi)容包括：系統(tǒng)安裝、基站(或控制點)布設(shè)、外業(yè)數(shù)據(jù)采集(POS數(shù)據(jù)/視頻圖像/LiDAR點云數(shù)據(jù)采集)、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理(POS數(shù)據(jù)解算、視頻圖像/LiDAR點云數(shù)據(jù)地理參考重建、提取成果數(shù)據(jù))等內(nèi)容。具體作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 Trimble車載移動測繪系統(tǒng)作業(yè)流程

1.基準站設(shè)置

根據(jù)這次試驗測區(qū)范圍和大地控制點分布情況，架設(shè)靜態(tài)觀測基站。該站距離測區(qū)最遠端的距離約為5.38 km，確保了基站至MX2系統(tǒng)作業(yè)區(qū)的距離滿足小于20 km的作業(yè)要求(超出30 km的范圍則會影響采集精度)；基站的采樣頻率設(shè)為1 Hz。

2.數(shù)據(jù)采集

在完成基站架設(shè)并確定基站開始工作后，即可在試驗測區(qū)進行數(shù)據(jù)采集。在數(shù)據(jù)采集前，將移動測量車停靠在能鎖定至少6顆衛(wèi)星的空曠地方，原地靜態(tài)采集10 min POS數(shù)據(jù)；然后啟動移動測量車，進行POS系統(tǒng)初始化，使系統(tǒng)定位精度與姿態(tài)達到POS系統(tǒng)設(shè)定的精度要求；待初始化完畢后，移動測量車沿道路進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，采集時移動測量車的行駛速度保持在18 km/h左右，激光采集速率為40條掃描線/s，脈沖重復(fù)頻率PPR為7.2 kHz，圖像數(shù)據(jù)采樣間隔為2 m；數(shù)據(jù)采集完成后，將移動測量車?？吭陟o態(tài)觀測基站附近的位置，靜態(tài)采集10 min POS數(shù)據(jù)，完成靜態(tài)POS數(shù)據(jù)采集后，結(jié)束試驗測區(qū)數(shù)據(jù)采集作業(yè)。

3.數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采集完成后，將車載移動測繪系統(tǒng)獲取的POS數(shù)據(jù)、激光點云數(shù)據(jù)與視頻圖像數(shù)據(jù)備份到移動硬盤上，進行內(nèi)業(yè)解算處理。

(1)POS系統(tǒng)數(shù)據(jù)解算處理

將Trimble車載移動測繪系統(tǒng)MX2采集到的POS數(shù)據(jù)、基站記錄的GNSS觀測數(shù)據(jù)導(dǎo)入POSPac MMS軟件中進行組合解算處理，采用單基站緊組合卡爾曼濾波算法，獲得最佳平滑行車軌跡路線，也就是移動測量車載行進過程中的位置、姿態(tài)、加速度、角速率等信息。

(2)點云數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)的解算處理

(1)根據(jù)各斷點在8條時間剖面反映特征的相似性，認定這8條剖面的斷點應(yīng)為同一條斷層的反映，將其組合為F4正斷層。該斷層在QN-06V井區(qū)附近走向為N72°E，傾向為SSE，落差為205～315 m。在此基礎(chǔ)上對QN-06V井區(qū)附近3#煤層的底板等高線進行了修正。

Trimble車載移動測繪系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集時獲取的點云數(shù)據(jù)與視頻圖像數(shù)據(jù)需要進行外方位元素解算處理，獲取實際地理坐標。該處理過程是通過Trimble Trident軟件以POS數(shù)據(jù)解算得到平滑軌跡數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對激光點云GPS數(shù)據(jù)與圖像GPS數(shù)據(jù)進行校正解算，獲取具有實際地理坐標的點云數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)。

得到具有實際地理坐標的點云數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)后，通過Trimble Trident軟件對圖像數(shù)據(jù)與點云數(shù)據(jù)進行測區(qū)點云數(shù)據(jù)真彩色渲染，并將渲染后的點云數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，將點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可用于創(chuàng)建線劃圖的點云數(shù)據(jù)格式(CSV或LAS)，將圖像轉(zhuǎn)換具有地理參考的圖片格式(JPG)。

4.制圖數(shù)據(jù)輸出

獲取的激光點云數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)，可根據(jù)實際項目的需求進行數(shù)據(jù)后處理，得到不同的成果數(shù)據(jù)，如數(shù)字線劃圖(DLG)、GIS數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)等。

(1)測區(qū)線劃圖與GIS數(shù)據(jù)

利用目標物矢量提取與GIS建庫軟件Trimble Trident提取點狀物(燈桿、電線桿等)、線狀地物(道路邊線)及面狀地物(居民地等)，生成通用的GIS數(shù)據(jù)格式(SHP、MIF、DBF、DXF)。

(2)測區(qū)三維模型數(shù)據(jù)

在道路點云數(shù)據(jù)(目標物數(shù)字表面模型DSM)的基礎(chǔ)上，通過三維建模軟件Trimble Sketchup建立測區(qū)中道路及周邊地物的三維模型。

(3)測區(qū)三維空間分析

Trident系統(tǒng)中提供基于點云或圖像的自動或人工三維空間量測功能，如道路橫向坡度測量、水平/垂直凈距測量、視距測量等。

四、成果精度檢測

對于車載移動測繪系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)精度，可通過將在點云數(shù)據(jù)中提取的地物點與RTK方式采集的控制點數(shù)據(jù)比對，進行精度驗證。

采用GPS RTK采集控制點時，選擇道路兩側(cè)或路面不同位置的地物點，如燈桿、斑馬線與車道線的端角、路緣石端角等。通過Trimble Trident后處理平臺中基于點云數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)提取同名地物點，進行平面誤差與高程誤差量測統(tǒng)計，見表1。

表1 車載移動測繪系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)誤差統(tǒng)計表

五、結(jié)束語

Trimble MX2車載移動測繪系統(tǒng)可以實現(xiàn)城市道路及道路兩側(cè)一定范圍內(nèi)目標物的快速采集，有效降低了外業(yè)數(shù)據(jù)采集的時間與勞動強度。隨著基礎(chǔ)測繪、地理國情普查、應(yīng)急測繪保障，以及數(shù)字城市、智慧城市的不斷推進與發(fā)展，數(shù)據(jù)的快速獲取與快速處理成為測繪信息化生產(chǎn)的主要目標，同時街道景觀的三維可視化已經(jīng)成為數(shù)字城市、智慧城市的一項重要工作。車載移動測繪系統(tǒng)作為一種全新的地理空間數(shù)據(jù)采集方式，在地理空間數(shù)據(jù)采集與更新中必將發(fā)揮越來越大的作用。

(本專欄由天寶測量部和本刊編輯部共同主辦)