移动测量系统在芜湖市城管数字化项目中的应用

李华平,吴耀文

(芜湖市勘察测绘设计研究院,安徽芜湖 241000)

1 引 言

芜湖市数字城管项目一期工程数据普查与建库项目是芜湖市城市管理部门积极响应建设部关于数字化城市管理新模式建设的号召,为提高城市管理水平和提升城市形象,优化投资建设环境,促进经济发展而重点确立建设的重大项目。项目目的在于采用高科技手段进行数字化城市管理基础数据普查、建库等工作,为数字化城市管理提供精确度高、可用性强的基础数据库。该项目于 2008年 11月开始,2009年 5月完成全部基础数据的采集处理以及建库工作,并于 2009年 9月 1日进行了验收。

2 移动测量系统(MMS)的基本原理

在芜湖市城管数字化项目中,应用了移动测量系统(MMS:Mobile Mapping System)。移动测量系统是当今测绘界最为前沿的科技之一,代表着未来电子地图测绘领域的发展主流,能够提供按需测量的空间信息服务。

移动测量系统的基本原理是综合运用GPS卫星定位、航位推算、移动近景摄影测量等尖端技术,在机动车上装配全球定位系统(GPS)、CCD图像传感器、视频图像传感器、工控计算机以及航位推算装置等精密的仪器设备,在车辆高速行进之中,以近景摄影测量的方式,快速拍摄道路及道路两旁地物的立体影像。这些影像连同车载平台的轨迹坐标数据和姿态数据一起,按时间同步关联存储在车载计算机之中。具体做法是在车辆行进过程中,由一个同步器装置实时给工控机及CCD相机发送指令,同时采集实地影像、记录实时车载平台的姿态及GPS时间。

外业采集完成之后将数据导出,利用专门的数据处理软件,经过一系列集成处理,可计算得出每一组CCD相机所拍摄的近景影像所处的坐标、车辆的姿态等参数形成一个参数文件,如图 1所示。

图1 参数文件节选

图1是表示同一个时间点上的参数,图中的2009081503140140,表示 GPS时间 2009年 8月 15日 3时 14分 140毫秒,一共采集了 7张照片,同时记录每张照片的WGS-84坐标,如上图的(23.0048673618133, 113.1239122989)及其他的相关参数。

有了这些起算值后,就可以对目标地物如电线杆,广告牌,行道树等地物进行测量,包括地物的坐标,一些相关几何要素测量,如电线杆的高度,广告牌的宽度,路宽、桥高、坡度和转弯半径等等,同时也可获取相应的地物属性数据(如广告牌上面的广告语,商铺的名称等)。从图 2中可以看出,在专业软件上通过选取同一时刻的影像上的同一地物(图中两个黄色十字丝处),就可以获取该点的绝对坐标,在图中右边的窗口中输出。

由此可生成包含有道路边线,交通标志牌,行道树,广告牌等数据的道路专题图。

图2 提取同名点坐标

3 移动测量系统的功能

3.1 实时量测地物位置与几何尺寸

MMS实景可量测影像系统建成后,可即时按需测量出道路沿线的城市部件的准确三维坐标。从所拍摄的CCD立体近景实景影像对中量测出目标点的绝对位置坐标,可进行目标几何尺寸的计算,如图2的交通标志牌,只要在影像上选取合适的点,就能得到对应的坐标从而得出标志牌的规格,离地高等属性。

3.2 地物属性记录

通过CCD相机系统,连续全过程记录道路及道路两旁地物的实景影像,在经过内业人工判读和按需量测后,可以提取实景影像上的地物属性,如路灯材质,公交站名,沿街商铺名称等等,同时可以从视频和图片上了解到部件所处的地理周边环境。

3.3 影像与部件关联操作

将连续可测量近景影像图片与目标地物的报表属性数据相关联,并将地物要素以符号的方式在影像上标注出来,实现影像上可视部件符号在图片上的一一映射;所有部件类都与连续可测量近景影像紧密关联,实现二维地图、实景影像及属性报表的联动查询。

3.4 城市影像库及半全景影像

使用移动测量系统(MMS)快速采集城市连续可量测近景影像数据,可建立城市历史影像库。在同一时刻,MMS车载平台上同时采集了车辆行进方向上的正左、左前、正前、右前、正右等 5个方向上一共 7张照片,其中正前与右前均是 2张,可通过这个 5个方向上任意 3个连续的方向上的影像拼接成半全景影像,如提供道路前方偏左侧、正中、偏右侧 3个方向的照片,即可通过软件批处理拼接成可覆盖道路前方 160°的半全景影像。

4 芜湖数字城管基于MMS实景影像数据的应用

4.1 MMS在城管部件数据采集及建库中的应用

芜湖城管数据采集的技术线路是MMS车+人工测量的方法,累计采集芜湖市 6大类别 85个小类的城管部件数据。即:MMS车对测区所有城市道路进行实景影像采集,并利用 MMS车实景影像的可测量功能,对于适合MMS采集的部件,只需在内业以影像回放检查的方式控制好质检,就可获得准确率超过 95%的普查成果,而无需繁重的外业补漏。如可通过内业在影像上采集立杆、交通标志牌、广告牌等部件。对于MMS车不能通行之处,可辅助人工测量的方式普查,人工外业采取全站仪打点方式,把MMS影像采集部件与人工外业部件进行合并后就可以建立部件数据库。

MMS本身是一个快速实景影像采集系统,通过车载平台在芜湖城市所有能通车的道路上行驶一遍就能获得全城的近景照片。一般来说车辆在城市里的采集速度能保障在 36 km/h,对于芜湖这样规模的城市,全市区的车辆外业采集工期只在 10天 ～15天。

4.2 MMS在城管地理编码采集和建库中的应用

在数字化城管系统中,兴趣点提供了一种相比使用地形图来说更有意义的空间导航。由于地形图不可能显示详尽的环境信息,即便是有些 GIS系统中录入了部件照片,这些照片不能直观地反映部件所在位置的环境情况,而加入兴趣点描述的部件,则可较明确的反映出部件所处的实地环境。如图 3所示,在有坐标的实景影像上可以观察到车辆视角的正左,左前,正前,右前及正右等 5个方向,可在影像上轻松、准确的采集城市兴趣点,并建立地理编码数据库。

图3 MMS车载平台各个方向影像

4.3 MMS与数字城管系统

实景影像数据通过API集成到数字化城管系统中,MMS提供Truemap Engine(“真图”引擎)软件进行实景影像库的管理和应用开发。Truemap Engine软件能有效将百 TB级的海量实景影像数据管理起来,其自身可为用户提供浏览、搜索、标注、链接与测量5大功能,同时开放接口,开发源代码,支持系统集成轻松地完成二次开发工作,可以和ESRI、SUPERMAP等主流GIS平台软件方便对接。

如图4所示,可将MMS集成到城管系统中。

图4 MMS与芜湖城管系统的集成

5 移动测量采集优势及特点

移动测量技术与两种传统的测绘方式列表比较如表1所示。

为得出量化的概念,我们在芜湖城区同一地区选取1 km2做试点,以点状地物的测量为例,我们将移动测量方式与几种传统道路测量方式作比较,结果如表2所示。

由此可见,移动测量系统的确是一种快捷、经济的道路测量工具,且作业线路越长,其在效率和成本上的优势就越明显。

6 移动测量的主要优点

总结起来,移动测量系统的主要优点有:

(1)独立测成图系统:作为独立的测成图系统,无需借助底图和传统测成图方式即可完成道路电子地图的测制。

(2)成果全面准确:采集到的数据成果包括空间坐标、矢量数据以及连续的三维图像,数据链全面完整,精度满足国家规范要求。

移动测量技术与传统测绘成图方式之间的比较 表 1

运用移动测量系统与运用传统测量方式的效率对照表 表 2

(3)有效融合其他来源数据:获得的数据可以通过后台处理软件,与航片、卫片以及传统地形图进行有效融合,从而生成信息更为全面的地理信息系统。

(4)高效率:根据相应的道路情况,平均能以36 km/h的速度完成外业测图工作,通过友好的数据处理软件可方便地对所采集的数据进行编辑处理,将芜湖城管项目的统计数据与以前我院传统导航图测成图方式的统计数据进行比较,移动测量系统可将整个测成图效率提高 10倍以上,完全满足道路电子地图的快速测制与更新需要,并且区域越大越体现移动测量系统的优势。

(5)低采集成本:将外业数据采集交由拥有移动测量车的相关公司,我们自己进行内业数据采集,处理编辑及应用,这样大大降低了人工成本和作业成本,从而具有较大的增值空间。

(6)安全舒适:车载方式下的作业,相比传统的外业工作,显得既安全,又舒适。

7 数据普查精度

平面定位精度:60%左右的点状部件和面状部件平面位置采用全站仪测量定位,定位精度可达±5 cm左右, 40%左右点状部件平面位置采用MMS方式测量定位,定位精度可达±10 cm左右,经过坐标转换也远远高于城管数字化系统对部件定位精度的要求,经各方多次检查验收,部件遗漏率在 1%左右,部件属性错漏率在1%左右,都远远低于国家标准对部件普查错漏率低于 5%的要求。

8 结 语

此次项目运用移动测量系统结合传统测量方式,完成了芜湖市主城区 71.7 km2的数字化城管部件普查与内业建库项目,基于移动测量系统得到的数据能够充分满足城管部门对地理信息数据在信息量、精度和现势性等方面的特定要求,从而得以构建一个贯穿城市管理、城市规划、道路设计、公众服务等各单位的通用信息平台。此平台的建立,将把各单位原本各自拥有的分散信息通过地理信息连为一体。各级单位可通过各自的计算机终端直接查询或申请调用需要的业务信息。而城管信息化建设的管理机构则可通过服务器进行信息的分级管理,对各级用户给予不同的访问授权,以保证网络的安全性和信息的管理。

[1] 李德仁.移动测量技术及其应用[J].地理空间信息, 2006(4)

[2] 李德仁.21世纪测绘发展趋势与我们的任务[J].中国测绘,2005(2)