移动道路测量技术在警用地理信息系统中的应用实践

2014-08-01周维娜贺卫中高超束平孙俊

遥感信息 2014年6期

周维娜，贺卫中，高超，束平，孙俊

(1.常州市基础地理勘测中心，江苏常州 213022；2.常州市公安局，江苏常州 213022)

1 引言

目前测绘工作正朝着信息化、数字化和智能化的方向发展，传统的测绘科学也发展成为以GPS、RS和GIS为代表的3S集成空间信息科学。同时，基础地理信息的表达方式也发生着巨大变化，传统的模拟地形图已不再能够作为地理信息的有效载体，取而代之的是信息量丰富、直观易懂、更新便捷的数字化影像地图(除了空间数据和矢量数据外，还需包括可量测的真三维图像、实景影像、多媒体视频和360全景图片，从而使得对象的表达更为全面和直观)[1-5]。当汽车导航、LSB个人移动位置服务、数字城市和数字地球等快步走来，如何快速、全面地采集人们需要的地理信息，如何对地理信息进行及时更新，成为测绘社会化服务的首要问题。而高精度动态定位定姿技术、数字传感器技术、近景摄影测量技术以及自动控制技术的飞速发展和集成融合，使得一种在移动状态下进行的近景摄影测量和地面遥感成为可能，产生了一个新的分支学科——移动道路测量，为空间信息的快速高精度测量和更新开辟了一个新的途径。

根据“数字常州”地理空间框架项目设计，常州市基础地理勘测中心引进了最新的移动道路测量系统(型号：LD2000RH-L)，整套设备从武汉立得空间信息技术发展有限公司引进，是由武汉大学双院院士李德仁教授领衔研究开发。

2 移动道路测量系统数据类型

移动道路测量系统(以下简称MMS)集成全球定位系统(GPS)、惯性导航系统(INS)、成像系统(CCD)、全景相机、激光扫描仪(LiDAR)等多种传感器在车载平台上，在车辆高速行进之中，快速采集道路及道路两旁地物的空间位置数据和属性数据。

MMS在高速运行过程中，通过GPS信号和惯性导航系统，可以获取不同时刻的导航数据；与此同时，车顶的CCD相机和全景相机记录了道路周围的相片和全景影像。

2.1 GPS车行轨迹

由于GPS的实时定位功能，可以在每个固定间隔的时间点获取当前时间汽车所在位置坐标，从而可以得到完整的车行轨迹。在GPS信号不好的山区或者城市建筑物密集区，可以利用惯性导航系统弥补这方面的不足，保证数据的连续性及完整性。借助多源数据测图软件，可以生产导航电子地图数据。

2.2 CCD影像

CCD相机记录下每个拍摄瞬间车载平台5个方向的相片，保证了地物属性记录的完整性和品质。

2.3 全景影像

全景相机记录下行车途中360°街景影像，同时在影像上可以量测距离、面积，自动标注。

2.4 激光数据

获取道路两侧激光点云数据，该数据格式除了记录点云三维坐标信息外，还存储该点云数据采集硬件的GPS信息以及点云RGB值信息等。利用激光点云数据和全景相片数据，可以进行三维辅助建模的工作。

3 数据精度满足PGIS系统

我单位引进的移动道路测量系统上装有5个CCD相机，能同时拍摄汽车左前方，右前方，正前方(2个)，右侧5个方向的相片。利用摄影测量的原理，通过采集到的立体像对同名像点自动或半自动匹配，构建立体测量模型，完成各种地物空间坐标和地物间相对位置关系的测量，得到地物WGS 84坐标系下的坐标。

为检验MMS测量精度，本文进行了野外测试。首先用全站仪测量路灯杆坐标，并修正到杆子中心位置，然后用MMS进行影像采集及坐标量测。全站仪测量方法符合CJJ/T 8-2011《城市测量规范》，用全站仪进行采集精度可以满足城镇测量要求，可以把其观测值看做“真值”，从而得到MMS的误差。

本文在GPS信号良好地段采集了60个点的路灯杆坐标，进行比较，得出MMS的定位精度。图1为利用CCD1、2所摄影像对量测值与用全站仪所测对应地物点平面误差的分布图。对以上数据求解中误差，得到平面中误差为±0.482m。

图1 CCD1、CCD2的误差分布图

误差的来源有以下几个方面：①与车速有关。车速越快，量测误差越大。②内业量测误差。内业在计算机上进行量测时存在误差，主要与影像的清晰度有关，同时还与所量测的目标有关。③与摄影距离有关。短距离的定位精度比长距离的精度高。

根据本次精度实验及参考立得公司交付验收报告，MMS的绝对精度平面中误差小于0.5m，高程中误差小于1m。相对精度垂直光轴的平均误差为0.014m，平行光轴的平均误差为0.041m。全景相机有效视场角：360°(水平方向)×145°(垂直方向)；CCD相机分辨率为200万像素。

公安部于2009年12月1日印发了《全国警用地理信息基础平台建设任务书》和《全国警用地理信息基础平台总体建设方案》的通知。这两个文件明确要求PGIS平台在应用传统4D数据的基础上，也需紧跟地理空间发展潮流，应用一些新型的地理信息数据(如可量测实景影像、多视角仿真三维)，以丰富PGIS应用的数据种类和应用效果。同时提出了建立PGIS实景影像数据库时数据采集指标：绝对精度0.5m以下；相对精度5cm以下；360°全景分辩率200万像素；存储为每公里小于170兆；可提供路网图，可采集兴趣点，真图和二维图精确集成。根据上面的分析，立得公司的MMS系统采集的数据可以满足PGIS的要求。

4 在警用地理信息系统中的应用

我单位利用引进的移动道路测量系统采集了市中心360km2范围内长度约443km的实景影像数据，部分已部署在“天地图·常州”网站上。同时，笔者还与常州市公安局合作，探索可量测实景影像在警用地理信息系统中的应用。

4.1 传统警用地理信息系统存在的问题

(1)信息量严重不足，需要后期补充采集

目前，大多数的警用地理信息都来源于地方勘测部门，数据类型主要是二维的矢量数据(DLG)、正射影像数据(DOM)。这些地理数据信息仅占警用地理信息总量的20%左右[6]，其他警用公共地理信息和警用业务专用地理信息都需要后期补充采集，工作量巨大。

(2)数据表现平面化，不能提供立面数据

二维地图只支持平面上的测量，而在警戒路线、反恐应急等情况下，需要测量通道尺寸、楼的高度、射击通视距离等，这些需求在二维地图下都无法完成。这就造成了在很多情况下无法获取足够的数据支持，影响公安干警执行任务。

(3)缺乏环境数据，不能有效支持应急指挥

传统的二维电子地图，不能提供预案制作和快速反应所需的环境信息，如：建筑物的形态、桥梁高度等城市地形特征。严重影响了应急指挥的工作效率，给公安应急反应带来被动。

4.2 利用实景影像的警用地理信息系统的优点

移动道路测量系统采集的全景影像，包含大量地理的、环境的、社会的、经济的、人文的信息以及可供挖掘的知识，可以解决上述问题。

(1)数据量丰富

三维实景警用地理信息系统拥有可量测的街景影像库，信息量是二维数据的十倍以上。

(2)可对任意目标进行标注

可以根据警务工作需要，对影像上的任意目标进行量测，如楼高、楼与楼之间距离等。还可以对影像上的任意目标进行标注，如标注大楼的某一层某一户，作为重点监控对象。这些都是传统二维警用地理信息系统不能实现的。

(3)实景影像数据获取的成本低

三维警用地理信息系统在空间分析、可视化表达方面有着不可比拟的优势，但传统的三维建模方法耗时、耗力，利用MMS采集的实景三维，不仅可视效果更逼真，而且大大节省了经费和人力。

4.3 花博会安保实例

第8届中国花卉博览会在常州武进西太湖畔隆重开幕，本次花博会每天进园参观的人数达10万以上，为历年规模最大、档次最高、影响最广的国家级花事盛会，这也给公安系统的安保工作提出了新的要求。本文借助移动道路测量系统采集的数据，将实景影像运用于警用地理信息系统，弥补了传统二维警用地理信息系统的不足。

本文在花博会开园前夕，用1天时间采集了整个园区的三维实景数据，内业用了2天时间处理数据。通过发布服务的方式，接入到原有二维PGIS中，做到实景影像与矢量地图和遥感影像同步联动展示。

公安内部各级用户在警用平台上可以按固定路段、指定路段浏览影像，可以随时进行信息标注，达到“可视化的目标管理”水平。

图2 三维实景警用地理信息系统

4.4 应用效果分析

MMS系统生产的实景影像与PGIS平台进行无缝结合，可根据需要应用于公安系统多个业务子系统中。

4.4.1 人口管理子系统

人、房屋、场所、建筑、案件是公安部门的工作对象，称为公安五要素。依托PGIS平台，将常住、暂住、寄住和境外居留人口等人口信息和重点人口信息叠加在实景影像地图上，通过关联人口居住环境的实景影像，全面直观地掌握人员生活环境的真实信息，实现了“以房管人、以人查房”的可视化人口管理模式。定位到具体的门牌号，链接得到居民身份信息，实现人口信息、居住房屋、全景影像等信息的动态管理，显著提高了人口信息的管理效率，大幅减轻了民警排查流动人员的工作量，提高了办案效率。