移動道路測量技術(shù)在數(shù)字城管建設(shè)中的應(yīng)用

宋　楊，曾凡洋，高志國

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060)

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移動道路測量技術(shù)在數(shù)字城管建設(shè)中的應(yīng)用

宋楊，曾凡洋，高志國

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060)

隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市人口不斷增多，城市規(guī)模擴(kuò)大，城市管理范圍外延，城市公共部件數(shù)量跳躍式增長。由于管理手段跟不上，在城市綜合管理工作中出現(xiàn)諸如：管理范圍不清楚、責(zé)任不明確、無法監(jiān)管到位；基礎(chǔ)設(shè)施檔案資料不齊備，動態(tài)更新機(jī)制不健全；城市定位標(biāo)志不細(xì)致，市民投訴事發(fā)位置無法準(zhǔn)確描述，導(dǎo)致城管工作效率極低。

為推動城市管理現(xiàn)代化工作的進(jìn)行，解決上述城市綜合管理工作中存在的問題，強(qiáng)化對城市的監(jiān)管，廣州市城市管理委員會于2013年12月啟動“廣州市數(shù)字化城市管理平臺深化建設(shè)項(xiàng)目”。項(xiàng)目根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部數(shù)字化城市管理建設(shè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，采用移動道路和傳統(tǒng)測量相結(jié)合的方式，建立完整城市基礎(chǔ)設(shè)施部件數(shù)據(jù)，摸清城市管理“家底”，全面掌握廣州市各類城市公共部件的分布情況和運(yùn)行狀況，結(jié)合三維實(shí)景影像數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，構(gòu)建二、三維一體化的數(shù)字城管綜合管理及展示平臺，為廣州市數(shù)字化城市管理提供精確度高、可用性強(qiáng)、實(shí)景可視化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺。

1移動道路測量技術(shù)

移動道路測量系統(tǒng)(Mobile Mapping System,MMS)通常以車輛為移動載體，將全景相機(jī)、CCD相機(jī)、激光掃描儀、GPS、慣性導(dǎo)航裝置等多源傳感器安置在車頂，在車輛行進(jìn)過程中同步獲取多源傳感器數(shù)據(jù)，包括激光掃描數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、GPS/IMU數(shù)據(jù)等。多源數(shù)據(jù)經(jīng)融合處理后，可得到具有絕對方位信息的三維點(diǎn)云和可量測三維實(shí)景影像。其既可以成為城市部件采集的補(bǔ)充技術(shù)手段，同時也可與傳統(tǒng)的二維矢量或影像底圖形成聯(lián)動，在直觀的實(shí)景三維場景中展示具有空間坐標(biāo)信息的城市部件，真正實(shí)現(xiàn)“展示直觀，定位準(zhǔn)確，管理智能”的數(shù)字城管深化建設(shè)目標(biāo)。

目前移動道路測量系統(tǒng)向著“多傳感器、高精度、廣應(yīng)用”的方向發(fā)展，2012年廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院結(jié)合“廣州市數(shù)字化城市管理平臺深化建設(shè)項(xiàng)目”的任務(wù)需求及自身的技術(shù)設(shè)備優(yōu)勢，采取“疊加式組裝”的思路，集成本單位已有的RIEGL VZ-400長距離激光掃描儀及GPS設(shè)備，新近購置Ladybug3全景相機(jī)及慣導(dǎo)系統(tǒng)，研制華南地區(qū)首套作業(yè)距離長達(dá)400~600 m的移動道路測量系統(tǒng)，如圖1、圖2所示。

圖1　基于RIEGL VZ-400及Ladybug3全景相機(jī)移動道路測量系統(tǒng)

圖2　整體拆卸抽拉式滑軌安裝

2基于三維實(shí)景影像的城管部件數(shù)據(jù)獲取與管理

2.1城管部件數(shù)據(jù)采集

住建部《城市市政綜合監(jiān)管信息系統(tǒng)管理部件和事件分類、編碼及數(shù)據(jù)要求 CJT214-2007》，城市管理部件分為公用設(shè)施類、道路交通類、市容環(huán)境類、園林綠化類、房屋土地類和其它擴(kuò)展類等6大類85小類，根據(jù)廣州市城市管理日常工作需要，廣州市數(shù)字化城市管理平臺深化建設(shè)項(xiàng)目中需要普查、采集的部件擴(kuò)充為7大類95小類，將國防井蓋、園林井蓋、燃?xì)庹军c(diǎn)、燃?xì)夥?wù)網(wǎng)點(diǎn)、加油(氣)站等一批與市民生活息息相關(guān)的部件類型也納入其中。綜合考慮數(shù)據(jù)采集效率及采集完備性，部件數(shù)據(jù)采集采用“外業(yè)采點(diǎn)”與“移動道路測量技術(shù)”相結(jié)合的方式進(jìn)行：

1)水平特征為主的部件，如上水井蓋、污水井蓋、雨水井蓋等采用外業(yè)采點(diǎn)方式進(jìn)行，將測量的部件數(shù)據(jù)在地形圖上分層，以分類的符號進(jìn)行展點(diǎn)，并標(biāo)注出所需要檢查的屬性信息；以1∶500或1∶2 000地形圖底圖數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)(見圖3)，按1∶500比例尺出外業(yè)調(diào)繪底圖(部分密集地區(qū)可適當(dāng)放大比例尺出圖)。外業(yè)采點(diǎn)及屬性調(diào)查結(jié)束后，內(nèi)業(yè)經(jīng)ArcGIS軟件編輯入mdb庫；

圖3　外業(yè)調(diào)繪工作底圖

2)豎向特征明顯，在道路兩側(cè)不易遮擋的部件，如路燈、廣告牌匾、交通標(biāo)志牌等部件類，以移動道路測量系統(tǒng)為主要采集手段。在三維點(diǎn)云和可量測三維實(shí)景影像的基礎(chǔ)上，明確待采集的部件種類及權(quán)屬項(xiàng)，分類新建部件矢量圖層，采集特征點(diǎn)、線或面等部件的定位信息；結(jié)合調(diào)繪和調(diào)查錄入部件屬性項(xiàng)(見圖4)。

圖4　基于三維實(shí)景影像采集部件

2.2三維實(shí)景影像數(shù)據(jù)采集

1)選擇離測區(qū)最近的廣州CORS基準(zhǔn)站作為MMS采集的GPS地面基準(zhǔn)站；記錄天線型號、天線高、站心坐標(biāo)等信息；提前將基準(zhǔn)站在外業(yè)采集時段內(nèi)的采樣率設(shè)置為0.1 s。

2)按操作流程依次開啟硬件設(shè)備，并設(shè)置好設(shè)備參數(shù)：全景相機(jī)設(shè)為外脈沖觸發(fā)模式(每5 m由慣導(dǎo)觸發(fā)相機(jī)曝光一次),并根據(jù)實(shí)際的天氣情況和濕度調(diào)整相機(jī)曝光參數(shù)；激光掃描儀設(shè)置線掃描模式、掃描角度、掃描密度等；慣導(dǎo)系統(tǒng)啟動實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測。

3)設(shè)定工程起點(diǎn)和終點(diǎn)，相鄰工程之間應(yīng)設(shè)置重合區(qū)域；按照計(jì)劃路線和不高于60 km/h的時速進(jìn)行MMS外業(yè)數(shù)據(jù)采集,在外業(yè)采集規(guī)劃上，按照“先主后次”的原則分區(qū)域進(jìn)行采集。道路采集的內(nèi)容依次為：城市環(huán)路、主干道、立交橋、次干道、一般干道、其他街道。

4)在采集規(guī)劃時，先采集城市主次干道，組成一個個的軌跡格網(wǎng)，然后每個格網(wǎng)逐一進(jìn)行道路采集清查，避免軌跡遺漏。

5)外業(yè)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，進(jìn)行數(shù)據(jù)下載及拷貝，依次關(guān)閉硬件設(shè)備及系統(tǒng)總電源。

6)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理包括：全景影像數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、GPS/IMU集成處理、全景影像地理參考及與外業(yè)部件掛接處理等。GPS和IMU提供車輛在移動過程中的姿態(tài)和位置,與三維激光掃描儀、全景相機(jī)等設(shè)備在空間上被剛性固定在同一平臺上，在時間上由GPS時間統(tǒng)一；在經(jīng)過“空間同步”和“時間同步”的數(shù)據(jù)融合處理后，激光點(diǎn)云和全景影像精確配準(zhǔn)，計(jì)算出點(diǎn)云所對應(yīng)的全景圖上對應(yīng)處像點(diǎn)的像素坐標(biāo)，將像點(diǎn)的RGB顏色值賦給該點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)具備影像地理參考的可量測全景影像。三維實(shí)景影像數(shù)據(jù)采集及處理過程如圖5所示。

圖5　三維實(shí)景影像數(shù)據(jù)采集及處理

2.3基于三維實(shí)景影像的城管部件管理

為方便對普查范圍內(nèi)所采集的7大類95小類部件以及實(shí)景三維影像進(jìn)行瀏覽、查詢，研發(fā)“三維實(shí)景數(shù)字城管平臺”軟件(見圖6)，主要功能包括：

1) 三維實(shí)景影像的瀏覽、前進(jìn)、后退、跳轉(zhuǎn)、定點(diǎn)360瀏覽；

2) 部件數(shù)據(jù)顯示和查詢，實(shí)現(xiàn)部件數(shù)據(jù)在二維視圖的分圖層顯示管理及與對應(yīng)實(shí)景三維影像的同步顯示(見圖7)，屬性信息的快速查詢(見圖9)；

3) 部件數(shù)據(jù)與三維實(shí)景影像自動掛接，在任意三維實(shí)景影像下實(shí)現(xiàn)自動掛接顯示一定范圍內(nèi)的部件數(shù)據(jù)，便于用戶在三維實(shí)景中對城市部件進(jìn)行查詢與管理(見圖8)；

4) 二、三維聯(lián)動的部件數(shù)據(jù)顯示和查詢，點(diǎn)擊二維視圖中全景路線點(diǎn)，三維視圖可以自動跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)全景影像；點(diǎn)擊二維視圖中部件點(diǎn)，三維視圖可自動將視角面向該部件。突破常規(guī)數(shù)字城管系統(tǒng)中對部件的管理是基于二維底圖的技術(shù)瓶頸；

5) 全景量測功能，實(shí)現(xiàn)全景視圖下單片量測地面點(diǎn)坐標(biāo)、長度和高度(見圖10)。

圖6　軟件界面的功能分區(qū)

圖7　二、三維聯(lián)動的部件數(shù)據(jù)顯示和查詢

圖8　部分部件掛接顯示效果

圖9　部件屬性查詢

圖10　全景單片量測

3成果分析

項(xiàng)目采用高精度車載移動測量系統(tǒng)采集實(shí)景三維影像，完成廣州市花都、黃埔、南沙等區(qū)建成區(qū)和重點(diǎn)道路約240 km2范圍的實(shí)景三維影像數(shù)據(jù)的采集，采集有效里程數(shù)約3 023 km；采用人工現(xiàn)場測量與MMS結(jié)合的方式完成7大類95小類城市部件數(shù)據(jù)的普查及建庫，共計(jì)完成約816 485項(xiàng)；根據(jù)每個部件的三維坐標(biāo)索引，計(jì)算出該部件在實(shí)景三維影像上的位置，從而在對應(yīng)位置上自動繪制相應(yīng)的標(biāo)識，完成二、三維一體化的部件自動掛接；在“三維實(shí)景數(shù)字城管平臺”，實(shí)現(xiàn)部件數(shù)據(jù)與實(shí)景三維影像的綜合管理、展示。

對部件數(shù)據(jù)成果采用分3個批次隨機(jī)抽樣，實(shí)地核對并聯(lián)屬性信息調(diào)查的方式進(jìn)行質(zhì)量檢查，以部件位置錯誤率、遺漏率、屬性錯誤率為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)總錯漏率，共抽查253幅圖，檢查情況如表1所示。

抽查樣本總體錯漏率為1.84%，符合5%以下的技術(shù)要求。各分項(xiàng)指標(biāo)也均符合低于3%的技術(shù)要求。

實(shí)景三維影像按工程為單元在“三維實(shí)景數(shù)字城管平臺”中進(jìn)行100%的內(nèi)業(yè)自檢,檢查的主要內(nèi)容包括：

1)影像應(yīng)色調(diào)均勻，曝光適度，與實(shí)地情況相符。

2)影像*.jpg與其對應(yīng)的相機(jī)文件*.com應(yīng)放在同一目錄下。

表1　抽檢樣本錯漏情況統(tǒng)計(jì)表

3)結(jié)合MMS行車軌跡檢查影像采集的位置準(zhǔn)確度，確保其與部件普查數(shù)據(jù)能夠形成空間位置上的有效掛接。

本項(xiàng)目利用三維球面全景投影原理實(shí)現(xiàn)部件自動掛接，與前兩期項(xiàng)目采用大量人工進(jìn)行部件掛接的方式相比，一方面節(jié)省大量的人力、物力，保障數(shù)據(jù)從采集、存貯到展示的精度一致性；另一方面，創(chuàng)新性的依托三維實(shí)景影像自動標(biāo)注一定范圍內(nèi)所有的部件，查詢及展示的直觀性更好。

4結(jié)束語

利用移動道路測量技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)的數(shù)字化測量手段，不僅可降低城市部件普查外業(yè)測量的工作，提升工作效率，其提供的實(shí)景三維影像數(shù)據(jù)成果還可作為海量部件數(shù)據(jù)有序管理及直觀展示的載體；區(qū)別于常規(guī)在二維底圖上加載多類別的部件層信息，二、三維聯(lián)動的部件掛接展示方式更好的保護(hù)部件數(shù)據(jù)采集時的三維信息，提高數(shù)字城管案件定位派遣的準(zhǔn)確率；新穎的實(shí)景三維影像應(yīng)用推動公眾參與城市管理的參與度，也為部件數(shù)據(jù)的有序更新、維護(hù)奠定基礎(chǔ)。

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[責(zé)任編輯：張德福]

摘要：研究采用移動道路測量技術(shù)與傳統(tǒng)手段相結(jié)合，普查并建立完整的城市基礎(chǔ)設(shè)施部件數(shù)據(jù)庫?；谥庇^的城市實(shí)景影像成果，構(gòu)建二、三維一體化的數(shù)字城管綜合管理及展示平臺，全面掌握城市部件設(shè)施的分布和運(yùn)行狀況，為廣州市數(shù)字城管深化建設(shè)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)及平臺支撐。

關(guān)鍵詞：移動道路測量；數(shù)字城管；部件；實(shí)景影像；二、三維聯(lián)動

Application of MMS to deepening the construction of digital urban management SONG Yang,ZENG Fanyang,GAO Zhiguo

(Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Insitute,Guangzhou 510060,China)

Abstract：This paper presents the mobile road measurement technology with a combination of traditional methods:censusing and establishing a complete urban infrastructure components database.Based on the intuitive city panoramic image results,2D and 3D integration of digital urban management comprehensive management and platform display are proposed.Fully grasping the distribution of the urban parts facilities and operation condition,this paper deepens the construction of Guangzhou municipality on the administration of digital city and provides the scientific data and platform support.

Key words：MMS;digital urban management；component；panoramic image；two and three-dimensional linkage

作者簡介：宋楊(1979-)，女，高級工程師，博士.

基金項(xiàng)目：廣州市測繪與地理信息重點(diǎn)工程技術(shù)研究開發(fā)中心項(xiàng)目(11G0041)

收稿日期：2014-07-06；修回日期：2015-08-12

中圖分類號：F291.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-7949(2016)02-0042-05