Trimble MX2在城市道路測量中的應用

吳滿意，王占宏，田懷啟

(1.武漢大學測繪學院，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用

吳滿意1，2，王占宏2，田懷啟2

(1.武漢大學測繪學院，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

車載移動測量技術是一種新興的測量技術，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導航衛星系統(GNSS)、相機系統(CCD)、慣性導航系統(INS)等先進的傳感器和設備，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據和屬性數據，并同步存儲在車載計算機系統中，事后基于點云與數字圖像數據進行空間地理信息的提取與分析，形成內容豐富的空間信息數據庫。

二、Trimble MX2移動測繪系統

Trimble MX2是一套安裝在交通工具上的空間影像獲取系統，該系統將高分辨率的激光掃描儀與精確的定位定姿系統相集成，用于獲取具有地理參考信息的點云數據，滿足各種行業應用。Trimble MX2系統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。該系統采用模塊化設計，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據和屬性數據。系統組成如圖1所示。

圖1 Trimble MX2系統組成

三、數據采集與處理

Trimble MX2作業的基本內容包括：系統安裝、基站(或控制點)布設、外業數據采集(POS數據/視頻圖像/LiDAR點云數據采集)、內業數據處理(POS數據解算、視頻圖像/LiDAR點云數據地理參考重建、提取成果數據)等內容。具體作業流程如圖2所示。

圖2 Trimble車載移動測繪系統作業流程

1.基準站設置

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

2.數據采集

在完成基站架設并確定基站開始工作后，即可在試驗測區進行數據采集。在數據采集前，將移動測量車停靠在能鎖定至少6顆衛星的空曠地方，原地靜態采集10 min POS數據；然后啟動移動測量車，進行POS系統初始化，使系統定位精度與姿態達到POS系統設定的精度要求；待初始化完畢后，移動測量車沿道路進行外業數據采集，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，脈沖重復頻率PPR為7.2 kHz，圖像數據采樣間隔為2 m；數據采集完成后，將移動測量車停靠在靜態觀測基站附近的位置，靜態采集10 min POS數據，完成靜態POS數據采集后，結束試驗測區數據采集作業。

3.數據處理

數據采集完成后，將車載移動測繪系統獲取的POS數據、激光點云數據與視頻圖像數據備份到移動硬盤上，進行內業解算處理。

(1)POS系統數據解算處理

將Trimble車載移動測繪系統MX2采集到的POS數據、基站記錄的GNSS觀測數據導入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、加速度、角速率等信息。

(2)點云數據與圖像數據的解算處理

(1)根據各斷點在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井區附近走向為N72°E，傾向為SSE，落差為205～315 m。在此基礎上對QN-06V井區附近3#煤層的底板等高線進行了修正。

Trimble車載移動測繪系統在數據采集時獲取的點云數據與視頻圖像數據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數據解算得到平滑軌跡數據為基礎，對激光點云GPS數據與圖像GPS數據進行校正解算，獲取具有實際地理坐標的點云數據與圖像數據。

得到具有實際地理坐標的點云數據與圖像數據后，通過Trimble Trident軟件對圖像數據與點云數據進行測區點云數據真彩色渲染，并將渲染后的點云數據與圖像數據進行格式轉換，將點云數據轉換成可用于創建線劃圖的點云數據格式(CSV或LAS)，將圖像轉換具有地理參考的圖片格式(JPG)。

4.制圖數據輸出

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

(1)測區線劃圖與GIS數據

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數據格式(SHP、MIF、DBF、DXF)。

(2)測區三維模型數據

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

(3)測區三維空間分析

Trident系統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采集的數據精度，可通過將在點云數據中提取的地物點與RTK方式采集的控制點數據比對，進行精度驗證。

采用GPS RTK采集控制點時，選擇道路兩側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據與圖像數據提取同名地物點，進行平面誤差與高程誤差量測統計，見表1。

表1 車載移動測繪系統采集數據誤差統計表

五、結束語

Trimble MX2車載移動測繪系統可以實現城市道路及道路兩側一定范圍內目標物的快速采集，有效降低了外業數據采集的時間與勞動強度。隨著基礎測繪、地理國情普查、應急測繪保障，以及數字城市、智慧城市的不斷推進與發展，數據的快速獲取與快速處理成為測繪信息化生產的主要目標，同時街道景觀的三維可視化已經成為數字城市、智慧城市的一項重要工作。車載移動測繪系統作為一種全新的地理空間數據采集方式，在地理空間數據采集與更新中必將發揮越來越大的作用。

(本專欄由天寶測量部和本刊編輯部共同主辦)