車載移動(dòng)測量系統(tǒng)在市政管線地形圖測量中的精度分析

王永紅，陳宏強(qiáng)，楊曉鋒，李 俊，侯興澤

(國家測繪地理信息局第二地形測量隊(duì)，陜西 西安 710054)

車載移動(dòng)測量系統(tǒng)在市政管線地形圖測量中的精度分析

王永紅，陳宏強(qiáng)，楊曉鋒，李 俊，侯興澤

(國家測繪地理信息局第二地形測量隊(duì)，陜西 西安 710054)

市政管線建設(shè)中，相應(yīng)的地形圖對其規(guī)劃、設(shè)計(jì)等起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)方式在市政管線地形圖測量中有一定的局限性，特別是大城市的重要交通要道、快速路等。而車載移動(dòng)測量系統(tǒng)則有其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，快速、高效、安全。在測圖過程中，車載移動(dòng)測量系統(tǒng)精度受各方面的影響，如車速、地面遮擋、控制點(diǎn)布設(shè)等。本文對車速、控制點(diǎn)布設(shè)線路等方面進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，通過一定的質(zhì)量控制措施，車載移動(dòng)測量系統(tǒng)能夠很好地應(yīng)用于市政管線地形圖測量中。

車載移動(dòng)測量系統(tǒng)；精度分析；行駛速度；點(diǎn)云；控制點(diǎn)

市政管線地形圖作為市政管網(wǎng)普查、改擴(kuò)建等方面的專業(yè)用圖，其一般應(yīng)具備現(xiàn)勢性好、更新周期短、精度要求高等特點(diǎn)。傳統(tǒng)作業(yè)模式周期長，部分區(qū)域作業(yè)難度大，特別是在城市主干道、高速路等車流量大的區(qū)域。目前，車載移動(dòng)測量系統(tǒng)已成為一種快速獲取高精度測量數(shù)據(jù)的重要手段[1-4]。車載移動(dòng)測量系統(tǒng)具有快速、全天候的作業(yè)特點(diǎn)，成圖周期短，作業(yè)效率高，與傳統(tǒng)作業(yè)模式比較，具有明顯的優(yōu)勢。

車載移動(dòng)測量系統(tǒng)在實(shí)際工作中，由于操作環(huán)境、GPS信號、車速等對數(shù)據(jù)的整體精度產(chǎn)生了一定的影響[5-8]。為了提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，對影響其精度的因素進(jìn)行分析研究，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 車載移動(dòng)測量系統(tǒng)在市政管線地形圖測量中的應(yīng)用試驗(yàn)

借助于SSW車載移動(dòng)測量系統(tǒng)，對某市城區(qū)市政管線地形圖測量項(xiàng)目進(jìn)行了前期試驗(yàn)驗(yàn)證。市政管線用圖主要分布于市區(qū)各主要街道、城市主干道、快速路等。車載移動(dòng)測量系統(tǒng)可以全部到達(dá)施測區(qū)域。

1.1 系統(tǒng)簡介

SSW車載移動(dòng)測量系統(tǒng)由三維激光掃描儀、IMU、GPS、全景相機(jī)、里程計(jì)等幾大部分組成[9]。IMU與GPS組成POS系統(tǒng)，對系統(tǒng)姿態(tài)信息進(jìn)行采集記錄，三維激光掃描儀采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，全景相機(jī)進(jìn)行照片信息采集，里程計(jì)對整個(gè)車輛行進(jìn)情況進(jìn)行記錄。

1.2 市政管線地形圖數(shù)據(jù)介紹

市政管線地形圖作為勘察、設(shè)計(jì)、施工用圖，在大比例尺地形圖的基礎(chǔ)上，對高程精度和密度提出了新的要求。高程要求中誤差為5 cm，施工沿線每隔20 m布設(shè)一個(gè)高程點(diǎn)。

1.3 應(yīng)用簡介

由于GPS信號遮擋，會(huì)對數(shù)據(jù)采集精度產(chǎn)生很大影響，因此數(shù)據(jù)采集時(shí)要避開遮擋嚴(yán)重區(qū)域。同時(shí)，采取往返掃的模式，采用SSW車載移動(dòng)測量系統(tǒng)對規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。控制點(diǎn)平面采用區(qū)域平差后的GPS點(diǎn)作為圖根點(diǎn)進(jìn)行測量，高程采取四等水準(zhǔn)聯(lián)測的方式進(jìn)行。

2 精度分析

市區(qū)管線分布于不同區(qū)域，地物分布存在差異，根據(jù)不同情況，結(jié)合相關(guān)研究，主要從采集速度、控制點(diǎn)分布等方面進(jìn)行了相應(yīng)的分析驗(yàn)證。

2.1 不同車速下的精度分布

市區(qū)主干道車輛行駛不能過慢，為了驗(yàn)證不同車速對點(diǎn)云精度的影響，選取了市區(qū)GPS信號良好、路面通行暢通的路段作為試驗(yàn)路段。采用60、45、30 km/h 3種行駛速度，作為點(diǎn)云的采集速度。同時(shí)沿著路面每隔800 m設(shè)置一個(gè)控制點(diǎn)，進(jìn)行點(diǎn)云糾正。

通過對不同車速下同一點(diǎn)平面和高程坐標(biāo)與檢核點(diǎn)坐標(biāo)的比較得出，在GPS信號普遍良好的情況下，車速過大對數(shù)據(jù)整體精度具有較大影響。車速對平面與高程坐標(biāo)的影響是同時(shí)存在的，車速越高，影響越大。在車速較高的情況下，對平面坐標(biāo)影響的程度要高于高程坐標(biāo)。由于激光掃描頻率是一定的，速度過大，會(huì)造成掃描間隔過大，具體掃描間隔分布見表1。

表1 點(diǎn)云掃描線間隔分布

間距過大造成單位面積內(nèi)點(diǎn)云密度過低，數(shù)據(jù)采集時(shí)，特別是一些棱角狀地物，會(huì)造成采集錯(cuò)位，影響精度。因此，在城市道路數(shù)據(jù)采集時(shí)，要控制車速，在不影響道路通行的情況下，可以用較低速度行駛。

2.2 控制點(diǎn)分布不同對精度的影響

在GPS信號良好、行駛速度一定的情況下，為了提高數(shù)據(jù)精度，在實(shí)際測量中需增加控制點(diǎn)數(shù)目，對采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。實(shí)際工作中布設(shè)過多的控制點(diǎn)，會(huì)進(jìn)一步增加外業(yè)工作量。因此，選用合適的布點(diǎn)方式尤為重要。

為了分析控制點(diǎn)的不同分布對數(shù)據(jù)整體精度的影響，在相同路段采取控制點(diǎn)密度相同、布設(shè)網(wǎng)形存在差別的方式，對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和精度評定[10]。布設(shè)網(wǎng)形如圖1所示，(a)為沿著道路直線布設(shè)，(b)為沿著道路按折線進(jìn)行布設(shè)。

圖1 兩種不同的控制點(diǎn)布設(shè)方式

對于控制點(diǎn)布設(shè)采取800、400、200 m 3種密度進(jìn)行布設(shè)，同時(shí)對數(shù)據(jù)的平面與高程精度進(jìn)行檢核比較，如圖2—圖4所示。

圖2 控制點(diǎn)間隔800 m精度分布

圖3 控制點(diǎn)間隔400 m精度分布

圖4 控制點(diǎn)間隔200 m精度分布

通過對上述數(shù)據(jù)成果進(jìn)行分析可發(fā)現(xiàn)，折線分布的控制點(diǎn)對數(shù)據(jù)整體精度控制比直線強(qiáng)，控制點(diǎn)間隔越小，這種體現(xiàn)越明顯，即折線優(yōu)于單一的直線布設(shè)方式。

對3種不同間隔控制點(diǎn)進(jìn)行對比，控制點(diǎn)間隔越小，精度越高。尤其是從800 m提高到400 m間隔。在實(shí)際操作中，數(shù)據(jù)情況整體良好的情況下，可選用400 m間隔，以折線方式布設(shè)控制點(diǎn)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2.3 其他因素對數(shù)據(jù)精度的影響分析

通過試驗(yàn)驗(yàn)證，除了上述因素對點(diǎn)云的整體精度有一定影響外，以下幾個(gè)方面也會(huì)造成一定的影響：

(1) 行駛過程中車輛倒車及掉頭，會(huì)造成局部點(diǎn)云起伏。

(2) 基準(zhǔn)站與車載移動(dòng)測量系統(tǒng)距離的影響，距離過大會(huì)造成解算精度降低。

(3) 數(shù)據(jù)提取對精度的影響。地形圖要求成果為二維平面線畫圖，依據(jù)點(diǎn)云提取數(shù)據(jù)時(shí)，點(diǎn)云分布密度情況會(huì)對數(shù)據(jù)提取精度造成一影響，特別是房角等其他點(diǎn)狀設(shè)施。

2.4 精度控制分析

結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證，在市政管線地形圖測量中，通過以下方式進(jìn)行相應(yīng)的進(jìn)度控制措施，能夠保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。

(1) 在數(shù)據(jù)采集時(shí)，嚴(yán)格控制采集區(qū)域，避免GPS信號遮擋嚴(yán)重區(qū)域。

(2) 根據(jù)實(shí)際情況，需控制車速。

(3) 控制點(diǎn)布設(shè)采用折線方式，400 m左右間隔布設(shè)。

(4) 數(shù)據(jù)提取、成圖需選擇合適方式，特別是針對各類拐角部位、點(diǎn)狀地物等。

3 結(jié)論與應(yīng)用

經(jīng)過前期的試驗(yàn)驗(yàn)證，通過一定的精度控制措施，車載移動(dòng)測量系統(tǒng)能夠進(jìn)行市政管線地形圖的實(shí)際施測，其數(shù)據(jù)成果能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

在此試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，對北方某市區(qū)140 km左右的市政管線地形圖進(jìn)行了實(shí)際測量。依照上述精度控制方案，成果滿足要求。不僅縮短了外業(yè)時(shí)間，減少了人員投入，節(jié)省了成本，提高了效率，同時(shí)也保證了市區(qū)道路了施測的安全。將車載移動(dòng)測量系統(tǒng)應(yīng)用到市政管線地形圖測量中，能夠大大提高生產(chǎn)效率。

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Accuracy Analysis of Vehicle-borne Mobile Surveying System in Municipal Pipeline Measurement

WANG Yonghong,CHEN Hongqiang,YANG Xiaofeng,LI Jun,HOU Xingze

(The Second Topographic Surveying Brigade of NASG, Xi’an 710054, China)

In the construction of municipal pipelines, topographic map plays a vital role in its planning and design. However, the traditional method has some limitations in topographic mapping of municipal pipeline, especially on important traffic arteries and fast road of cities. Vehicle mobile surveying system has unique advantages due to its fast, efficient and secure properties. The accuracy of the vehicle mobile surveying system is affected by various factors such as speed, ground occlusion, control point arrangement and so on. Experiments in this paper verified the vehicle speed, control points and other aspects. The results showed that the vehicle mobile surveying system can be applied to the topographic mapping about municipal pipeline through a certain quality control measurement.

vehicle-borne mobile surveying system； accuracy analysis； speed； point cloud； control point

王永紅，陳宏強(qiáng)，楊曉鋒，等.車載移動(dòng)測量系統(tǒng)在市政管線地形圖測量中的精度分析[J].測繪通報(bào)，2017(5)：82-84.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0160.

2016-07-29；

2017-01-06

王永紅(1971—)，男，高級工程師，主要從事航空攝影測量、數(shù)字城市和地理信息系統(tǒng)建設(shè)等方面的研究。E-mail:357888134@qq.com

P258

A

0494-0911(2017)05-0082-03