移動道路測量技術在警用地理信息系統中的應用實踐

周維娜，賀衛中，高超，束平，孫俊

(1.常州市基礎地理勘測中心，江蘇 常州 213022；2.常州市公安局，江蘇 常州 213022)

1 引 言

目前測繪工作正朝著信息化、數字化和智能化的方向發展，傳統的測繪科學也發展成為以GPS、RS和GIS為代表的3S集成空間信息科學。同時，基礎地理信息的表達方式也發生著巨大變化，傳統的模擬地形圖已不再能夠作為地理信息的有效載體，取而代之的是信息量豐富、直觀易懂、更新便捷的數字化影像地圖(除了空間數據和矢量數據外，還需包括可量測的真三維圖像、實景影像、多媒體視頻和360全景圖片，從而使得對象的表達更為全面和直觀)[1-5]。當汽車導航、LSB個人移動位置服務、數字城市和數字地球等快步走來，如何快速、全面地采集人們需要的地理信息，如何對地理信息進行及時更新，成為測繪社會化服務的首要問題。而高精度動態定位定姿技術、數字傳感器技術、近景攝影測量技術以及自動控制技術的飛速發展和集成融合，使得一種在移動狀態下進行的近景攝影測量和地面遙感成為可能，產生了一個新的分支學科——移動道路測量，為空間信息的快速高精度測量和更新開辟了一個新的途徑。

根據“數字常州”地理空間框架項目設計，常州市基礎地理勘測中心引進了最新的移動道路測量系統(型號：LD2000RH-L)，整套設備從武漢立得空間信息技術發展有限公司引進，是由武漢大學雙院院士李德仁教授領銜研究開發。

2 移動道路測量系統數據類型

移動道路測量系統(以下簡稱MMS)集成全球定位系統(GPS)、慣性導航系統(INS)、成像系統(CCD)、全景相機、激光掃描儀(LiDAR)等多種傳感器在車載平臺上，在車輛高速行進之中，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。

MMS在高速運行過程中，通過GPS信號和慣性導航系統，可以獲取不同時刻的導航數據；與此同時，車頂的CCD相機和全景相機記錄了道路周圍的相片和全景影像。

2.1 GPS車行軌跡

由于GPS的實時定位功能，可以在每個固定間隔的時間點獲取當前時間汽車所在位置坐標，從而可以得到完整的車行軌跡。在GPS信號不好的山區或者城市建筑物密集區，可以利用慣性導航系統彌補這方面的不足，保證數據的連續性及完整性。借助多源數據測圖軟件，可以生產導航電子地圖數據。

2.2 CCD影像

CCD相機記錄下每個拍攝瞬間車載平臺5個方向的相片，保證了地物屬性記錄的完整性和品質。

2.3 全景影像

全景相機記錄下行車途中360°街景影像，同時在影像上可以量測距離、面積，自動標注。

2.4 激光數據

獲取道路兩側激光點云數據，該數據格式除了記錄點云三維坐標信息外，還存儲該點云數據采集硬件的GPS信息以及點云RGB值信息等。利用激光點云數據和全景相片數據，可以進行三維輔助建模的工作。

3 數據精度滿足PGIS系統

我單位引進的移動道路測量系統上裝有5個CCD相機，能同時拍攝汽車左前方，右前方，正前方(2個)，右側5個方向的相片。利用攝影測量的原理，通過采集到的立體像對同名像點自動或半自動匹配，構建立體測量模型，完成各種地物空間坐標和地物間相對位置關系的測量，得到地物WGS 84坐標系下的坐標。

為檢驗MMS測量精度，本文進行了野外測試。首先用全站儀測量路燈桿坐標，并修正到桿子中心位置，然后用MMS進行影像采集及坐標量測。全站儀測量方法符合CJJ/T 8-2011《城市測量規范》，用全站儀進行采集精度可以滿足城鎮測量要求，可以把其觀測值看做“真值”，從而得到MMS的誤差。

本文在GPS信號良好地段采集了60個點的路燈桿坐標，進行比較，得出MMS的定位精度。圖1為利用CCD1、2所攝影像對量測值與用全站儀所測對應地物點平面誤差的分布圖。對以上數據求解中誤差，得到平面中誤差為±0.482m。

圖1 CCD1、CCD2的誤差分布圖

誤差的來源有以下幾個方面：①與車速有關。車速越快，量測誤差越大。②內業量測誤差。內業在計算機上進行量測時存在誤差，主要與影像的清晰度有關，同時還與所量測的目標有關。③與攝影距離有關。短距離的定位精度比長距離的精度高。

根據本次精度實驗及參考立得公司交付驗收報告，MMS的絕對精度平面中誤差小于0.5m，高程中誤差小于1m。相對精度垂直光軸的平均誤差為0.014m，平行光軸的平均誤差為0.041m。全景相機有效視場角：360°(水平方向)×145°(垂直方向)；CCD相機分辨率為200萬像素。

公安部于2009年12月1日印發了《全國警用地理信息基礎平臺建設任務書》和《全國警用地理信息基礎平臺總體建設方案》的通知。這兩個文件明確要求PGIS平臺在應用傳統4D數據的基礎上，也需緊跟地理空間發展潮流，應用一些新型的地理信息數據(如可量測實景影像、多視角仿真三維)，以豐富PGIS應用的數據種類和應用效果。同時提出了建立PGIS實景影像數據庫時數據采集指標：絕對精度0.5m以下；相對精度5cm以下；360°全景分辯率200萬像素；存儲為每公里小于170兆；可提供路網圖，可采集興趣點，真圖和二維圖精確集成。根據上面的分析，立得公司的MMS系統采集的數據可以滿足PGIS的要求。

4 在警用地理信息系統中的應用

我單位利用引進的移動道路測量系統采集了市中心360km2范圍內長度約443km的實景影像數據，部分已部署在“天地圖·常州”網站上。同時，筆者還與常州市公安局合作，探索可量測實景影像在警用地理信息系統中的應用。

4.1 傳統警用地理信息系統存在的問題

(1)信息量嚴重不足，需要后期補充采集

目前，大多數的警用地理信息都來源于地方勘測部門，數據類型主要是二維的矢量數據(DLG)、正射影像數據(DOM)。這些地理數據信息僅占警用地理信息總量的20%左右[6]，其他警用公共地理信息和警用業務專用地理信息都需要后期補充采集，工作量巨大。

(2)數據表現平面化，不能提供立面數據

二維地圖只支持平面上的測量，而在警戒路線、反恐應急等情況下，需要測量通道尺寸、樓的高度、射擊通視距離等，這些需求在二維地圖下都無法完成。這就造成了在很多情況下無法獲取足夠的數據支持，影響公安干警執行任務。

(3)缺乏環境數據，不能有效支持應急指揮

傳統的二維電子地圖，不能提供預案制作和快速反應所需的環境信息，如：建筑物的形態、橋梁高度等城市地形特征。嚴重影響了應急指揮的工作效率，給公安應急反應帶來被動。

4.2 利用實景影像的警用地理信息系統的優點

移動道路測量系統采集的全景影像，包含大量地理的、環境的、社會的、經濟的、人文的信息以及可供挖掘的知識，可以解決上述問題。

(1)數據量豐富

三維實景警用地理信息系統擁有可量測的街景影像庫，信息量是二維數據的十倍以上。

(2)可對任意目標進行標注

可以根據警務工作需要，對影像上的任意目標進行量測，如樓高、樓與樓之間距離等。還可以對影像上的任意目標進行標注，如標注大樓的某一層某一戶，作為重點監控對象。這些都是傳統二維警用地理信息系統不能實現的。

(3)實景影像數據獲取的成本低

三維警用地理信息系統在空間分析、可視化表達方面有著不可比擬的優勢，但傳統的三維建模方法耗時、耗力，利用MMS采集的實景三維，不僅可視效果更逼真，而且大大節省了經費和人力。

4.3 花博會安保實例

第8屆中國花卉博覽會在常州武進西太湖畔隆重開幕，本次花博會每天進園參觀的人數達10萬以上，為歷年規模最大、檔次最高、影響最廣的國家級花事盛會，這也給公安系統的安保工作提出了新的要求。本文借助移動道路測量系統采集的數據，將實景影像運用于警用地理信息系統，彌補了傳統二維警用地理信息系統的不足。

本文在花博會開園前夕，用1天時間采集了整個園區的三維實景數據，內業用了2天時間處理數據。通過發布服務的方式，接入到原有二維PGIS中，做到實景影像與矢量地圖和遙感影像同步聯動展示。

公安內部各級用戶在警用平臺上可以按固定路段、指定路段瀏覽影像，可以隨時進行信息標注，達到“可視化的目標管理”水平。

圖2 三維實景警用地理信息系統

4.4 應用效果分析

MMS系統生產的實景影像與PGIS平臺進行無縫結合，可根據需要應用于公安系統多個業務子系統中。

4.4.1 人口管理子系統

人、房屋、場所、建筑、案件是公安部門的工作對象，稱為公安五要素。依托PGIS平臺，將常住、暫住、寄住和境外居留人口等人口信息和重點人口信息疊加在實景影像地圖上，通過關聯人口居住環境的實景影像，全面直觀地掌握人員生活環境的真實信息，實現了“以房管人、以人查房”的可視化人口管理模式。定位到具體的門牌號，鏈接得到居民身份信息，實現人口信息、居住房屋、全景影像等信息的動態管理，顯著提高了人口信息的管理效率，大幅減輕了民警排查流動人員的工作量，提高了辦案效率。

圖3 人口管理子系統

4.4.2 警衛安保子系統

以PGIS平臺為支撐，采用實景可視化手段，實現警衛業務數據地理空間可視化表達。實景三維重大活動警衛安保系統可基于真實場景提供預案制作、協調指揮、警衛情報信息自動分析處理。可以把各種警力部署、指揮調度、預案推演等管理方式以適當的形式直觀地顯示在圖上，使指揮人員能夠統籌安排，提高決策效率。

在重大案件處置中(包括重大刑事案件、反恐等較重大的案件)，可以協助出警人員熟悉案發現場情況，設計救援路線、計算射擊通視距離等。幫助指揮人員充分觀察分析，迅速做出決策。

4.4.3 119火警子系統

在119火警子系統中，接警人員在出車前可以先根據實景影像量測通道距離，判斷消防車能否通過。定位到發生火情的大樓，量測其高度，判斷是派一般的消防車還是特種消防車。還可以確定救火路線，避免選擇錯誤的道路而浪費救緩時間。

4.4.4 120急救子系統

在120急救子系統中，目前的調度還存在很多不足，如調度員憑經驗選擇的調度方案往往不太合理，主觀因素大，效率低，沒有選擇車輛最佳的進出路線。往往出現救護車進入某小巷中后無法調頭出來等情況，耽誤了傷者救治時間。利用實景影像后，調度員可以先在系統中量測巷寬，科學高效地選擇救護車行進路線。

5 結束語

移動道路測量系統是目前測繪技術發展的新興產物，代表了當今最尖端的測量技術。利用移動道路測量系統可以快速、高效地采集道路及其附屬地物的空間信息和屬性信息，為警用地理信息系統提供可視、可讀、可寫、可畫、可量的三維實景影像，具有傳統二維系統不可比擬的優勢。

除此之外，基于移動測量系統獲取的信息還能應用于測繪、交通、鐵路、電力、電信、城市規劃等政府部門以及銀行、酒店、物流業等企業，為全社會、全體公民直接服務，從而達到做大信息化測繪的目標。

參考文獻：

[1] 李德仁，郭晟，胡慶武.基于3S集成技術的LD2000系列移動道路測量系統及應用[J].測繪學報，2008，37(3)：272-276.

[2] 李德仁，胡慶武.基于可量測實景影像的空間信息服務[J].武漢大學學報(信息科學版)，2007，32(5)：377-380.

[3] 李德仁.論智能化對地觀測系統[J].測繪科學，2006，30(4)：9-11.

[4] 李德仁.21世紀測繪發展趨勢與我們的任務[J].中國測繪，2005，(2)：36-37.

[5] 李德仁.從數字地圖到空間信息網絡——空間信息多級網格理論思考[J].武漢大學學報(信息科學版)，2003，28(6)：642-650.

[6] 孫丕龍，侯震宇，李家龍.淺談警用地理信息系統的標準化建設[J].中國人民公安大學學報(自然科學版)，2004，20(3)：39-42.