移動道路測量技術在數(shù)字城管建設中的應用

宋　楊，曾凡洋，高志國

(廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

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移動道路測量技術在數(shù)字城管建設中的應用

宋楊，曾凡洋，高志國

(廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

隨著社會經濟不斷發(fā)展，城市人口不斷增多，城市規(guī)模擴大，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、責任不明確、無法監(jiān)管到位；基礎設施檔案資料不齊備，動態(tài)更新機制不健全；城市定位標志不細致，市民投訴事發(fā)位置無法準確描述，導致城管工作效率極低。

為推動城市管理現(xiàn)代化工作的進行，解決上述城市綜合管理工作中存在的問題，強化對城市的監(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項目”。項目根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部數(shù)字化城市管理建設的相關標準和要求，采用移動道路和傳統(tǒng)測量相結合的方式，建立完整城市基礎設施部件數(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行狀況，結合三維實景影像數(shù)據(jù)庫的建設，構建二、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、實景可視化的基礎數(shù)據(jù)平臺。

1移動道路測量技術

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、CCD相機、激光掃描儀、GPS、慣性導航裝置等多源傳感器安置在車頂，在車輛行進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)經融合處理后，可得到具有絕對方位信息的三維點云和可量測三維實景影像。其既可以成為城市部件采集的補充技術手段，同時也可與傳統(tǒng)的二維矢量或影像底圖形成聯(lián)動，在直觀的實景三維場景中展示具有空間坐標信息的城市部件，真正實現(xiàn)“展示直觀，定位準確，管理智能”的數(shù)字城管深化建設目標。

目前移動道路測量系統(tǒng)向著“多傳感器、高精度、廣應用”的方向發(fā)展，2012年廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院結合“廣州市數(shù)字化城市管理平臺深化建設項目”的任務需求及自身的技術設備優(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設備，新近購置Ladybug3全景相機及慣導系統(tǒng)，研制華南地區(qū)首套作業(yè)距離長達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項目中需要普查、采集的部件擴充為7大類95小類，將國防井蓋、園林井蓋、燃氣站點、燃氣服務網點、加油(氣)站等一批與市民生活息息相關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”與“移動道路測量技術”相結合的方式進行：

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)采點方式進行，將測量的部件數(shù)據(jù)在地形圖上分層，以分類的符號進行展點，并標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(見圖3)，按1∶500比例尺出外業(yè)調繪底圖(部分密集地區(qū)可適當放大比例尺出圖)。外業(yè)采點及屬性調查結束后，內業(yè)經ArcGIS軟件編輯入mdb庫；

圖3　外業(yè)調繪工作底圖

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

圖4　基于三維實景影像采集部件

2.2三維實景影像數(shù)據(jù)采集

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

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

3)設定工程起點和終點，相鄰工程之間應設置重合區(qū)域；按照計劃路線和不高于60 km/h的時速進行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)域進行采集。道路采集的內容依次為：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，然后每個格網逐一進行道路采集清查，避免軌跡遺漏。

5)外業(yè)數(shù)據(jù)采集結束后，進行數(shù)據(jù)下載及拷貝，依次關閉硬件設備及系統(tǒng)總電源。

6)內業(yè)數(shù)據(jù)處理包括：全景影像數(shù)據(jù)格式轉換、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、全景相機等設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；在經過“空間同步”和“時間同步”的數(shù)據(jù)融合處理后，激光點云和全景影像精確配準，計算出點云所對應的全景圖上對應處像點的像素坐標，將像點的RGB顏色值賦給該點，實現(xiàn)具備影像地理參考的可量測全景影像。三維實景影像數(shù)據(jù)采集及處理過程如圖5所示。

圖5　三維實景影像數(shù)據(jù)采集及處理

2.3基于三維實景影像的城管部件管理

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

1) 三維實景影像的瀏覽、前進、后退、跳轉、定點360瀏覽；

2) 部件數(shù)據(jù)顯示和查詢，實現(xiàn)部件數(shù)據(jù)在二維視圖的分圖層顯示管理及與對應實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)與三維實景影像自動掛接，在任意三維實景影像下實現(xiàn)自動掛接顯示一定范圍內的部件數(shù)據(jù)，便于用戶在三維實景中對城市部件進行查詢與管理(見圖8)；

4) 二、三維聯(lián)動的部件數(shù)據(jù)顯示和查詢，點擊二維視圖中全景路線點，三維視圖可以自動跳轉到對應全景影像；點擊二維視圖中部件點，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瓶頸；

5) 全景量測功能，實現(xiàn)全景視圖下單片量測地面點坐標、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

項目采用高精度車載移動測量系統(tǒng)采集實景三維影像，完成廣州市花都、黃埔、南沙等區(qū)建成區(qū)和重點道路約240 km2范圍的實景三維影像數(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，共計完成約816 485項；根據(jù)每個部件的三維坐標索引，計算出該部件在實景三維影像上的位置，從而在對應位置上自動繪制相應的標識，完成二、三維一體化的部件自動掛接；在“三維實景數(shù)字城管平臺”，實現(xiàn)部件數(shù)據(jù)與實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個批次隨機抽樣，實地核對并聯(lián)屬性信息調查的方式進行質量檢查，以部件位置錯誤率、遺漏率、屬性錯誤率為基礎，統(tǒng)計總錯漏率，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%以下的技術要求。各分項指標也均符合低于3%的技術要求。

實景三維影像按工程為單元在“三維實景數(shù)字城管平臺”中進行100%的內業(yè)自檢,檢查的主要內容包括：

1)影像應色調均勻，曝光適度，與實地情況相符。

2)影像*.jpg與其對應的相機文件*.com應放在同一目錄下。

表1　抽檢樣本錯漏情況統(tǒng)計表

3)結合MMS行車軌跡檢查影像采集的位置準確度，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。

本項目利用三維球面全景投影原理實現(xiàn)部件自動掛接，與前兩期項目采用大量人工進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)新性的依托三維實景影像自動標注一定范圍內所有的部件，查詢及展示的直觀性更好。

4結束語

利用移動道路測量技術結合傳統(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確率；新穎的實景三維影像應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、維護奠定基礎。

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[責任編輯：張德福]

摘要：研究采用移動道路測量技術與傳統(tǒng)手段相結合，普查并建立完整的城市基礎設施部件數(shù)據(jù)庫?；谥庇^的城市實景影像成果，構建二、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施的分布和運行狀況，為廣州市數(shù)字城管深化建設提供科學的數(shù)據(jù)及平臺支撐。

關鍵詞：移動道路測量；數(shù)字城管；部件；實景影像；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.

基金項目：廣州市測繪與地理信息重點工程技術研究開發(fā)中心項目(11G0041)

收稿日期：2014-07-06；修回日期：2015-08-12

中圖分類號：F291.1

文獻標識碼：A

文章編號：1006-7949(2016)02-0042-05