基于MMS移动测量系统的交通安全设施地理信息采集

晏晓红*

(1.武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉 430079;2.深圳市勘察测绘院有限公司，广东深圳 518000)

1 引言

随着社会经济的高速发展，城市基础设施发生着日新月异的变化，城市道路交通安全设施管理部门迫切需要了解辖区内所有道路的交通安全设施现状，建立现状交通安全设施资料库，便于对辖区内交通安全设施实施统一的查询、规划、建设、管理及维护工作。城市道路交通安全设施每年需要及时更新、维护和管理，MMS移动测量系统具有高效率、高精度、低成本、可量测，实景影像数据处理灵活多样等特点，特别适用于城市道路交通安全设施实时的按需测量，MMS在交通安全设施地理信息采集及建库中得到了很好的应用。

2 MMS移动道路测量系统

MMS移动道路测量系统是在机动车上装配GPS(全球定位系统)、CCD(成像系统)、INS/DR(惯性导航系统或航位推算系统)等传感器和设备，在车辆行进过程之中，快速采集道路及两旁地物的可量测立体影像序列(Digital Measurable Image，DMI)，这些 DMI均具有摄影测量解析所需要的外方位位置元素和姿态元素，配合精准的时刻参数，在严密的摄影测量检校参数支撑下，实现任意空间、时间序列上的DMI构成立体像对，实现多层次的测量和数据库无缝融合和任意任时的按需测量［1］。

MMS将多种测量传感器集于一体，获取的DMI可量测实景影像具有绝对方位元素，无需传统测量的野外控制测量，能快速高效地采集野外数据，对目标地物实现绝对测量和相对测量。同时，采集的道路近景立体影像包含丰富的属性信息，能获取道路及道路两旁设施的纹理、道路宽度、车道数、交通标志标线完好性、可视性、牌面内容等相关信息，为道路及道路交通设施专题图制作、地形图修测、数字三维城市的建立等提供地理空间信息数据，为道路及设施GIS数据的快速更新提供了一个有效的手段。同时，移动道路测量系统获取的DMI是符合人眼视觉习惯的实景，通过组件化的DMI摄影测量服务(TrueMap Engine)，可方便地集成到现有数据库、各种GIS系统、网络应用系统和企业资源管理系统中，为行业应用提供一个富信息、可视化、完全开放、易于集成的地理数据平台，允许针对不同用户的实际需求定制数据解决方案。

3 移动测量系统的误差来源分析

移动道路测量系统是通过以GPS为主要定位系统的GPS/DR组合系统连续获取测量车的行进位置，为测量系统所获得的三维空间影像提供地理位置坐标，从而实现具有空间地理坐标的三维实景影像。一般移动道路测量系统数据都包括GPS定位数据、DR数据、CCD影像数据、视频数据、音频数据、属性数据等6种主要数据类型。因此，MMS测量中出现的各种误差按其来源大致可分为以下几种类型:

(1)GPS误差

主要指GPS导航定位误差，主要来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和GPS地面接收设备，简称卫星误差、传播误差和接收误差。其中卫星误差包括卫星星历误差、卫星时钟误差;传播误差包括电离层时延改正误差，对流层时延改正误差、多路径误差、相对论效应误差及地球自转效应误差;接收误差包括观测噪声误差、内时延误差及天线相位中心误差［2］。

MMS移动道路测量系统在城市道路测量应用中，由于城市环境复杂，隧道、立交桥、城市绿化行道树等的影响，对GPS定位数据产生影响的偶然因素主要包括多路径效应、GPS信号的遮挡和失锁以及GPS局域差分测量范围限制性引起的误差。

(2)DR误差

当GPS失锁时，系统只能靠DR辅助导航。DR单独定位技术是利用位移传感器(里程仪)和角度传感器(陀螺仪)测量位移矢量及前进角度值，从而推算车辆的位置，因此DR是一个累积过程，只能在短时间内保持较高的精度，时间越长其距离累计误差越大，主要包括里程计误差和角速度陀螺仪误差。因此，为保证DR定位数据的精度，移动道路测量系统的载体车辆应保持稳定的状态以及行驶中稳定的速度，避免疾驰、急转弯等，定期进行系统精度检校。

(3)CCD影像

CCD影像数据是MMS的可量测实景影像数据的基本组成部分，CCD影像质量的好坏影响着MMS数据的可用性。在MMS数据采集过程中，由于外部环境的复杂性或人为原因导致获取的CCD影像模糊、曝光过度或者曝光不足、有光晕等现象，影响CCD影像的清晰度、内容完整性、冗余度及连续性，从而影响内业测图时点位的精度。

因此，我们应避免在日照强光下作业、避免逆光作业、避免高温或过低温度下作业，以免影响影像的清晰度;制定合理的行车路线及作业方案，如错开交通高峰时段，避免数据采集时兴趣点被树木和车辆遮挡，防止兴趣点过高过小时，采集遗漏。

4 龙岗区道路交通安全设施地理信息采集

4.1 项目概况

龙岗区道路交通安全设施地理信息采集项目是采用移动道路测量系统(MMS)，快速对道路及道路两旁的交通安全设施进行采集并进行内业处理，建立现状交通安全设施资料库，便于对辖区内交通安全设施实施永久性的统一查询、管理及维护工作。测区范围包括龙岗全境13个街道办面积约940.9 km2，通过MMS移动道路系统将近280种交通及交通安全设施等空间位置和属性信息进行了全面的采集，并建立了龙岗道路交通安全设施数据库和可量测实景影像库。采集的成果有辖区现状道路总长为1 284.3 km及道路名称、长度、宽度、车道数、红线宽度、路权单位、管养部门等属性;采集有交通标志 19 364个、交通标线3 871.9 km、交通标线(点)12 776个、交通隔离设施603.6 km、交通减速装置 9 354个、交通信控设施7 065个的地理位置及可视性、完好性、管理部门等相关属性。外业采集花费时间为1台MMS(3人)工作40天，内业6人共计70天的时间，一起合计540个人工天，MMS的作业效率外业远超过了传统测绘作业模式，内业也比传统测绘快出许多。

移动道路测量系统，受遮挡和视野的限制，影响着该技术大面积用于生产。本项目利用已有的测绘成果，采用辖区内的路网图和地形图作参照，进行交通GIS专题信息采集。对受视野限制，被树木遮挡的兴趣点采用传统外业调绘的方式进行补调，以传统测绘手段弥补移动道路测量技术的不足。

移动道路测量作业需要布设基站，并且基站范围要求在25 km，使得移动道路测量作业组织复杂。本项目采用深圳CORS(连续运行卫星定位服务系统)系统基站数据作为移动道路测量作业的基站，设计并开发了基于CORS基站与移动道路测量流动站数据差分模式，CORS事后差分可达毫米级的定位精度，利用高精度的CORS数据提高移动道路测量数据采集的精度，同时提高移动道路测量系统作业组织的效率。

4.2 道路交通安全设施地理信息采集的作业流程和方法

主要为MMS外业采集流程、MMS内业数据处理流程和外业调绘流程，如图1～图3所示。

4.3 MMS数据采集误差

笔者前述影响MMS移动测量系统误差来源主要有GPS误差、DR误差和CCD影像三种类型。在本项目实施时，预先制定合理的行车路线及作业时间，MMS采集的CCD影像数据清晰，质量较高，不影响内业测图点位精度。而影响数据精度的主要原因是GPS信号失锁时DR误差。

图1 MMS外业采集流程

图2 MMS内业流程

图3 外业调绘流程

龙岗区大鹏、南澳、葵涌东部三镇属于山区，道路两边树木茂盛。在项目实施时发现，部分道路行驶时存在GPS信号失锁的情况，系统只能靠航位推算系统进行补充定位，但仍会影响系统的定位精度，航位推算系统的方向和距离传感器的漂移偏差随时间增减，时间越长其距离累计误差越大，组合定位的精度误差越大。图4所示为大鹏某段道路GPS信号失锁情况，黑色为1∶1 000地形图道路边线，灰色为MMS移动测量所测道路边线，最大误差为6.8 m。因此，GPS信号失锁时，MMS道路测量会严重影响数据质量，在这些路段时，需要加快车速，尽可能减少GPS信号失锁时间。

图4 GPS信号失锁道路测量偏移情况

4.4 成果检测

质量检查组实地对交通安全设施进行野外对照检查，并对交通标志点位平面坐标进行野外设站检查，主要检查交通安全设施的平面精度及遗漏比率是否在可控范围之内。交通标志平面定位精度中误差为±0.98 m，交通安全标志遗漏个数为总数的1.2%，总体精度和遗漏率满足用户需求，达到了预期的效果。

5 结语

城市道路等基础建设日新月异，使得测绘成果必须快速更新，才能具备实时、准确、全面等实用特征。MMS移动道路测量系统可以实现城市交通设施的快速更新，保持数据的连续性，完整性。此次项目结合交通设施专题信息采集的特点、已有的测绘成果数据和移动道路测量的技术优势，以传统测绘手段弥补移动道路测量技术的不足;同时充分利用深圳SZCORS系统，提高移动道路测量数据采集的精度和作业组织效率。建立的城市交通设施可量测实景影像库，直接对交通管理的设施进行实景化可视管理，丰富数据成果，并为后续拓展应用奠定了基础。

MMS移动道路测量系统具有高效率、高精度、低成本等优点，为城市管理、市政等部门提供了有力的帮助，同时也为城市道路及附属设施地理信息数据采集更新提供了一种极佳的手段。

［1］李德仁，郭晟，胡庆武.基于3S集成技术的LD2000系列移动道路测量系统及其应用［J］.测绘学报，2008，37(3)

［2］刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法［M］.北京:科学出版社，2008

［3］王万峰，杜明义.MMS技术在城市户外广告景观数据采集中的应用［J］.测绘科学，2010，35(5)

［4］李德仁.移动测量技术及其应用［J］.地理空间信息，2006，4(4)

［5］张明.MMS外业测绘流程设计及DMI数据质量评价研究［D］.北京建筑工程学院硕士学位论文，2008

［6］李德仁，胡庆武.基于可量测实景影像的空间信息服务［J］.武汉大学学报.信息科学版，2007，32(5)