基于車載激光測量的城市部件數據采集流程

汶宇龍 茍忠瑩

摘要：城市部件是城市經濟及社會活動的基本栽體，為了更好地實現城市數字化，并建立城市基礎設施地理信息系統（GIS）空間數據庫，城市部件調查就變成了其中一個必不可少的環節。而車栽激光掃描系統，為城市部件調查提供了一種新型的定位手段。文章主要研究在城市部件調查要求與特點的基礎上，探討用車栽激光測量技術進行城市部件數據采集流程。

關鍵詞：城市部件;采集流程;車栽移動測量系統;車栽激光測量技術

中圖分類號：TP274.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）12-0063-02

自“數字地球”的概念提出以來，伴隨著各種空間技術和信息技術的飛速發展，在經過歷時近十年的研究和探索中，城市的數字化建設也得到了巨大的進步。而建立城市基礎設施地理信息系統（GIS）空間數據庫和各種專業數據庫是實現城市數字化的基本前提。城市部件調查的方法有很多，傳統測量方法存在著很多問題，如丟漏率較大、屬性數據判斷較困難、定位困難大和工作量大等，因此在城市數字化建設的進程當中，尋求一種高速、高效、高精度、高可靠性并且可以快速更新的技術手段來進行城市部件調查已成為當務之急。本文主要針對城市部件的特點與部件調查要求，對車載激光測量系統進行城市部件調查的基本流程進行詳細闡述。

1外業數據采集基本論述

外業數據采集是部件調查的基礎，在外業數據采集上，將嚴格按照數據采集規范進行。外業采集主要是車載激光建模系統根據規劃的行車線路，進行外業數據采集，獲取原始數據：原始點云、全景影像、絕對坐標和姿態數據。部件的外業數據采集操作分為六個階段，分別為前期準備階段、設備安裝階段、數據預采集階段、數據采集段、設備卸載階段以及數據整理階段。

2外業數據采集具體流程

2.1前期準備

前期準備階段需要做的工作包括線路勘查，線路規劃以及設備檢查。車載激光建模系統采集部件為分布在道路及其周邊的部件，如路燈、道路指示牌、消防栓等。根據要測量的部件類型以及部件屬性信息內容，經過現場路線勘查后，劃分好測量范圍，制定數據采集車的行駛路線。

（1）線路勘查。一般來說，在采集區域較大，或采集作業人員對路狀不熟悉時，應該進行線路勘查工作。線路勘查工作最好在線路規劃之前進行，線路勘查主要解決以下幾個問題：a.哪些道路正在施工，不適合采集數據。b.哪些道路設定為單行線。c哪些地方存在限高，采集車無法通行。d.哪些地方新修了路，而地圖暫時還沒有更新。e.哪些地方道路還未正式通車，而地圖上存在此道路。f哪些區域定義為中心城區，相機拍照間隔小。g哪些地方定義為非中心城區，相機拍照間隔大。h.還存在哪些實際路狀與電子地圖不匹配的情況。（2）線路規劃。良好的線路規劃，可提高采集作業效率，提高作業有效覆蓋率（有效覆蓋率=采集線路長度/汽車行駛路程），同時避免因采集線路不合理，出現漏采、錯采的情況。（3）設備檢查。設備檢查分為設備完整性檢查和設備狀態檢查。設備完整性檢查主要檢查設備是否缺失，所有設備完整是正常進行數據采集的前提。在每次進行數據采集前，直該對設備狀態進行檢查，在每次采集作業時，只有確保每個階段，每個設備的每個狀態均正常后，才可繼續進行采集工作。

2.2設備安裝

基站架設與其他設備安裝獨立進行，沒有嚴格的先后順序要求。但是一般來說，SSW系統進行數據采集前（包括POS采集），基站必須架設完成，并開始正常工作。車載設備安裝時，應該先安裝SSW，再安裝全景相機與車輪編碼器。

2.3數據預采集

在進行正式數據采集前，必須進行一次數據預采集。通過數據預采集，確保所有設備能夠正常工作，采集的點云數據正常，相機曝光參數正確。數據預采集的操作流程圖如圖1。

2.4數據采集

在數據預采集完成，確保采集到的數據沒有問題之后，可開始進行數據采集作業。根據預先規劃好的采集線路及采集順序，進行數據采集。

2.5設備卸載

在設備電源全部關閉后，可卸載設備。與設備安裝相同，設備卸載也分為基站拆除、SSW拆除、全景相機拆除以及車輪編碼器拆除四個部分。

2.6數據整理

在設備拆除之后，數據要從不同的設備拷貝到數據存儲磁盤中。此時的數據主要分布在三臺設備上。操控電腦匕存儲了SSW所采集的點云數據以及相機同步信息，基站中存儲了基站觀測數據，全景相機的存儲卡中存儲了影像數據。數據整理完畢后，將所有原始數據作為采集成果提交，提交原始數據清單。

2.7外業采集注意問題

（1）避開車輛擁堵時段。盡量利用早晨、中午作業，早晚作業注意光線和車速，避免“拖影”現象。（2）輔路采集或靠路邊采集時，控制車速，減少超車現象，以免遮擋;對于有公交車等大型車輛遮擋等原因造成影像質量低，要用語音做好紀錄，并在地圖上標出，及時安排其它時間補采和調繪。（3）每天外業數據采集結束后，將車上的數據拷貝到內業處理電腦，拷貝時檢查數據完整性。（4）為保證精度，所有的點狀部件均要求采集到底部中心點。（5）在無遮擋情況下，井蓋等采集的時候必需采集到中心點。（6）由于激光只能掃描到立桿的表面，只能采集到表面點，所以對于立桿類地物要求也必須是采集立桿底部的中心點。（7）較高的立桿類部件，在無遮擋的情況下應盡量采集立桿地面根部處的點，防止立桿上部可能發生的傾斜或彎曲。（8）對于較粗對象，如果需要，則應進行位置平移從而保證精度。

2.8補測方案

對于遮擋嚴重，或者分布離道路較遠而無法一次性采集到的部件點要及時進行補測，補測方案分為三種：（1）三輪車補掃：由于SSW系統集成度非常高，全系統采取雙箱結構，很容易在三輪車上組裝起來，所以第一種補漏方案是使用三輪車補掃，這種以三輪車為載體的小型車載測量系統靈活實用，可以采集到樹木遮擋嚴重得如人行道匕的井蓋，廣告牌等小部件。（2）掃轉：對于完全沒有路的隱蔽地區采取地面轉掃補漏，如有需要，可采用具有10m高臺轉掃功能的SSW-2A型車進入測區作業。（3）手持GIS采集系統：如果在前兩種方案補掃得到的快速三維模型上還有無法采集到的范圍，將使用具有定位定姿照相功能的中海達多模GIS采集儀進行實地補拍，并補測到快速模型中去。

3質量檢查

3.1定位定姿質量檢查

通過兩次正反掃，點云疊加在一起，查套合精度，來發現GPS信號弱導致精度下降的區域，并補測反求點，修正組合導航結果之后，進行點云的精度檢查。

3.2自動分類提取及實體化的檢查

（1）依次對已自動提取成功的某—類部件實體，建模后進行單獨顯示，人工巡視檢查進行查錯（其它類的模型或點云以低亮度作為襯景，或者完全關閉，采用真三維觀察更為逼真）。（2）自動分類提取實體化全過程完成后，得到的剩余點云，巡視檢查，分別對各類實體進行查漏。（3）如發現有錯或有漏，應當即進行人機交互改正，使最終成果的正確率達到100%。

3_3入庫質量檢查

在實時軟件的支持下，在計算機屏幕上打開兩個窗口，一是疊加了城市部件成果的快速模型，二是存有城市部件成果的GIS窗口，兩個窗口實時聯動，人工巡視，進行一次入庫檢查。

3.4屬性質量檢查

在原始二值點云的顯示平臺下，疊加某一類部件實體模型，按一定比例點擊目標體彈出屬性，與原始點云上的量測結果進行比較，內業抽查屬性質量。對一定比例的屬性成果在實地量測進行抽查比較。

4結束語

本章主要研究了利用車載激光測量系統進行城市部件調查的技術流程，設計了外業數據采集流程和質量檢查具體方案，車載激光建模技術作為目前測繪界最先進的數據采集技術將會極大地解放傳統測繪工作者外業的工作量，并能快速、精確地服務于城市信息化建設中，代表著今后測繪行業的一個方向，從而更好地服務于公眾和社會。