測量多源數據處理關鍵技術分析探討

班麗娟 高瑩超

摘 ?要：車載移動測量技術是將激光掃描儀、組合導航系統和CCD相機集成，實現移動中直接獲取目標物絕對坐標和紋理信息等數據。本課題研究的目的是深入了解和掌握車載移動測量相關技術，并將其應用于城市大比例尺帶狀地形圖測繪項目中，從而提高城市大比例尺帶狀地形圖測繪的效率和質量。

關鍵詞：車載移動;測量;多源數據;城市大比例尺;帶狀地形圖

中圖分類號：TD175文獻標識碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2021）07-0000-00

0引言

車載移動測量技術作為現代測繪領域比較前沿的技術，伴隨著其關鍵技術和軟件水平的不斷突破，以及云計算、云存儲和高速網的發展和智慧城市的建設，車載移動測量技術開始步入工程化應用階段，已成為一種快速高效獲取空間數據的技術手段，被廣泛運用到數字城市、基礎測繪、城市規劃、交通勘察等領域。快速發展車載移動測量技術，給城市帶狀地形圖大比例尺測繪項目所需要的海量地物特征點三維坐標數據快速獲取提供了一條嶄新的途徑。通過車載移動測量技術可以高效快速地直接獲取海量點云數據，相對精度比較高，然后再分別對所獲取的點云數據的高程和平面進行數據糾正處理，數據三維坐標精度得到了提高，也就達到了大比例尺城市地形圖測繪對高精度要求的目的。系統數據處理自動化程度高、數據結果直觀、精度高、機動性高，非常適用于帶狀道路數據采集[1-2]。城市大比例尺帶狀地形圖測繪成圖效率在很大程度上主要受如何從海量點云數據中提取得到地物特征點三維坐標數據的影響，本課題正是基于以上問題，展開了面向城市大比例尺帶狀地形圖測繪的車載移動測量多源數據處理關鍵技術研究和探索[3-4]。

本課題高精度海量數據采集平臺主要是運用全景成像測量系統和Auto-Mapper激光掃描，擬開展面向城市帶狀大比例尺地形測繪的車載移動測量多源數據處理關鍵技術研究，在理論研究與算法突破基礎上，形成高效可靠的大比例尺地形測繪工藝流程和解決方案。

1主要研究內容和使用的主要關鍵技術

研究內容主要包含以下幾個方面：

（1）車載移動測量系統外業數據采集方案的設計與優化改進;（2）點云精度評價與質量控制的關鍵技術研究;（3）測圖要素自動提取算法;（4）多源數據聯合快速成圖方法研究。

研究面向城市大比例尺帶狀地形圖測繪的車載移動測量多源數據處理關鍵技術目的是為了改變現有的外業數據采集模式，實現大比例尺地形圖測繪的智能化、自動化和信息化，把移動測量技術運用到道路帶狀圖地形圖測繪領域，形成面向城市大比例尺帶狀地形圖測繪的車載移動測量多源數據處理新工藝[5-8]。

2車載移動測量系統構成與工作原理

為了嚴格把控車載激光掃描數據獲取過程質量，深入分析車載激光掃描數據處理的方式方法，達到優化采集作業以及整個研究過程與方法的目的，必須對車載移動測量構成與工作原理進行深入了解分析[9]。

車載移動測量系統主要是由計算機、運載的車輛、機械支撐機構、電源、集成控制電路、測量型傳感器、定位及定姿傳感器等相應軟件構成。移動測量主要包括測量設備安裝架、立體圖像測量傳感器、DGPS/INS（定位及定姿傳感器）、彩色攝影相機、激光掃描雷達、GPS同步控制單元等硬件系統，各傳感器間數據流轉關系如圖1。

3系統工作流程和車載激光掃描數據處理

3.1系統工作流程

外業數據掃描完成后，會得到很多組數據，以及對這些多源數據的處理，最終獲得每個激光腳點的WGS-84坐標等過程步驟，系統大致工作流程如圖2。

3.2處理車載激光掃描數據的方法

內業數據處理內容及所需要使用的軟件如表1。

3.3坐標轉換參數的計算

利用在測區范圍內均勻分布的多個地面已知點的兩套坐標系統，包括WGS84坐標（大地坐標）和城市地方坐標系坐標，通過參數計算軟件獲取。某點的大地高和正常高的關系可用如下公式表示：

（ 稱為該點的高程異常值），

高程異常值 的確定是高程擬合的關鍵，高程擬合采取多項式二次曲面擬合模型，采用二次多項式曲面擬合模型進行的高程擬合，最少需要6個地面激光標志點作為控制點。

其基本原理為：利用外業實測地面激光標志點高程對點云高程數據進行擬合修正，將車載數據采集平臺采集得到的高程數據采用三角形面狀擬合的方法進行修正，改正到外業實測高程面上，外業實測高程面采用德勞內三角形進行確定。

高程擬合采用二階多項式曲面擬合函數模型為：

（其中： 為高程擬合參數）

設某點 的擬合殘差為 ，則有：

若有n個已知點，則構成的誤差方程為：

式中：

由最小二乘法得到擬合系數X為：

經過高程擬合后，點云數據的大地高將轉換為正常高，能夠直接滿足項目工程應用需要。

3.4基于點云數據的解算以及地形圖繪制

原始點云數據解算是通過系統自帶的點云數據解算軟件Laser Preprocess進行，只需要手動選擇對應的激光數據和組合導航數據，就可以快速獲取原始點云數據如圖3。

4課題研究結果測試

武漢漢口主城區沿江大道和沿河大道位于漢口主城區內，起點為月湖橋，西行至武漢濱江高爾夫俱樂部，實驗道路全線長約為12公里，作為開闊區域測試路段。為了保證數據的精度準確可靠，在測區范圍內橫向依次在月湖橋與沿江大道路口、漢口江灘公共交通停車站、武漢濱江高爾夫俱樂部內布設了3個基準站。現場采用移動測量系統進行數據采集，通過后期數據處理，獲取得到測試路段的點云數據[10]。同時在測試路段通過RTK布設控制點，全站儀采集碎部點的方式獲取外業檢測點[11]。通過在點云數據上選取與外業檢測點一致的平面點340個和高程點424個，得到的精度統計表如表2、表3。

在開闊地區通過移動測量系統獲取得到的點云數據在平面精度和高程精度方面均能夠達到1：500比例尺地形圖測繪的精度要求。

在點云數據基礎上，結合自動提取結果和500修側底圖，可快速完成城市帶狀地形圖底圖繪制。在以上基礎上，通過將初稿與現實地理環境比對，進行遺漏補測，補測成果與初稿合并，形成最終測繪成果[12]。

5結論與展望

本項目主要開展面向城市大比例尺帶狀地形圖測繪的車載移動測量多源數據處理關鍵技術研究，主要探索本課題所新引進的移動測量數據采集平臺Auto-Mapper激光掃描與全景成像測量系統，獲取得到的海量高精度點云數據，提取道路帶狀地形圖測繪地物特征點，融合航測DLG及修測底圖等多源數據，快速繪制道路帶狀地形圖的工藝流程，加速推進道路帶狀地形圖測繪模式變革進程。最終形成一套完整的面向城市大比例尺帶狀地形圖測繪的車載移動測量多源數據采集方案、數據處理新工藝和關鍵技術研究報告。雖然城市大比例尺地形圖測繪方面還有很多問題需要繼續探索和研究，功能也不是特別完善，但是伴隨著傳感器的持續發展，移動測量系統性能將有一個質的提高，移動測量技術將迎來更加廣闊的應用天地。

參考文獻：

[1]GB/T20257.1-2007.國家基本比例尺地圖圖式第1部分：1：500、1：1000、1：2000地形圖圖式[S].

[2]GB/T 13923-2006.基礎地理信息要素分類與代碼[S].

[3]北京市測繪設計研究院.CJJ/T 8-2011，城市測量規范[S].北京：中國建筑工業出版社，1999.

[4]GB/T 14268-2008.國家基本比例尺地形圖更新規范[S].

[5]CJJ/T 73-2010.衛星定位城市測量技術規范[S].

[6]CH/T 2009-2010.全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范[S].

[7]GB/T 14912-2005.1：500、1：1000、1：2000外業數字測圖技術規程[S].

[8]GB/T 21740-2008.基礎地理信息城市數據庫建設規范[S].

[9]GB 50026-2007.工程測量規范[S].

[10]GB/T 18314-2009.全球定位系統（GPS）測量規范[S].

[11]任彥明，馬江鴻.貫通測量誤差預計在礦山測量中的應用[J].煤，2014（7）：21-22.

[12]黃紅龍.礦山測量中的貫通測量誤差預計分析[J].能源與節能，2016（7）：58-59.

收稿日期：2021-06-07

作者簡介：班麗娟（1982—），女，河南濮陽人，碩士研究生，工程師，研究方向：礦山地質勘測。

Analysis and Discussion on Key Techniques of Measuring Multi-source Data Processing

BAN Lijuan1，GAO Yingchao2

（1.Exploration Engineering Department， Pingdingshan Tianan Coal Industry Co.， Ltd.， Pingdingshan Henan ?467000;

2.Qitai County Branch of Xinjiang Tiandi Huatai Mining Engineering Technology Co.， Ltd.， Changji Xinjiang ?831800）

Abstract：Vehicle-mounted mobile measurement technology integrates laser scanners， integrated navigation systems and CCD cameras to directly obtain data such as absolute coordinates and texture information of the target while moving. The purpose of this subject research is to deeply understand and master the related technology of vehicle-mounted mobile survey， and apply it to the urban large-scale strip topographic map surveying and mapping project， so as to improve the efficiency and quality of urban large-scale strip topographic map surveying and mapping.

Key words：Vehicle-mounted mobile; measurement; multi-source data; large-scale city; strip topographic map