全景移动测量系统及其应用前景展望

张智勇

(福建省制图院，福建 福州 350003)

一、引 言

随着地理信息社会化应用的加快推进，地理信息产业得到迅猛发展，地理信息获取手段也得到快速提升，新技术、新装备层出不穷，获取的地理信息数据越来越丰富，数据量越来越大。当前空间信息服务平台主要依赖于传统4D 产品，缺乏社会类要素，如地址编码、兴趣点(POI)信息、建筑物几何信息和纹理信息、城市部件信息及详细的城市环境信息等。随着社会信息化进程的加速，空间信息的完整性、准确性和现势性对空间信息服务的效用起着至关重要的作用。但是，面对海量数据和各行各业的迫切需求，我们又面临着数据又多又少的矛盾局面：一方面数据多到无法处理，另一方面用户需要的数据又找不到，致使无法快速及时地回答用户提出的问题。出现这种矛盾的主要原因就在于传统测绘成果主要提供给专业人员使用，而不是面向社会公众，相关要素信息无法满足大众化需求，因此只能作为基础地理框架数据，而难以满足多元化、多样化的地理信息社会需求。

为了解决这一矛盾，只有不断丰富地理信息采集的对象和要素，不断提高数据采集和加工处理的速度和效率。依靠传统的采集方式，人工投入多、劳动强度大、安全性低，而且作业效率低、生产周期长，质量难以保证。因此，迫切需要更高效、更先进的测绘装备和技术手段来补充和提升；同时，Web 2.0要求为用户提供的服务具备体验性、沟通性、差异性、创造性和关联性，移动测量技术是解决这个问题的有效手段之一，可以真实、高效、准确、全面地获取地表各类信息，并快速加工处理，形成多元化的产品，进而满足空间信息服务的大众化需求。

二、 移动测量技术

全景移动测量系统(MMS)是当今测绘界最为前沿的技术之一，诞生于20世纪90年代初，其经过3次大的飞跃，发展日趋成熟，集成了全球卫星定位、惯性导航、图像处理、地理信息及集成控制等技术，通过采集空间信息和实景影像，由卫星及惯性定位确定实景影像的位置姿态等测量参数，能在高速行驶或航行状态下快速获取地物的表面点云和影像数据，具有机动灵活、周期短、精度高、分辨率高等特点，可实时高效地采集多源三维空间数据。

1. 系统构成及主要功能

全景移动测量系统一般包含以下5个分系统(如图1所示)，由机械结构平台及其联接结构组成：

1) 导航定位子系统：由POS(position orientation system)设备与相应的数据采集软件组成。POS设备由GPS、惯性导航IMU、里程计DMI等传感器与数据处理电路，以及软件组成，可实时记录传感器的信号，为系统提供位置与方向信息。

2) 360°全景相机子系统：由全景相机与相应的数据采集软件组成的360°全方位全景影像采集与处理系统。

3) 三维激光扫描仪子系统：由1～3台剖面激光扫描测量仪与相应的数据采集软件组成，为系统提供可量测的三维点云数据。

4) 控制子系统：由计算机、同步控制器与电源组成。

5) 处理与应用系统：主要由软件组成，为系统提供内、外方位参数检校，多源数据地理参考，多源数据处理和应用等服务。

图1 系统构成示意图

2. 数据处理基本流程

全景移动测量系统是在一定的载体上，快速采集道路及两旁地物的空间位置数据和属性数据，并同步存储到车载计算机中，经专门软件的编辑处理，形成各种有用的专题数据成果。图2为全景移动测量系统数据处理基本流程。

图2 全景移动测量系统数据处理基本流程

三、对比及应用前景展望

1. 与传统基础测绘手段的对比

目前, 基础测绘中DLG数据的主要更新方式是：在原有地形图、航摄相片或卫星影像的基础上,通过内业解译判读后，经过大量的人工调绘来采集所需信息, 然后将这些数据信息叠加到底图上,再按照一定的标准进行加工成图。全景移动测量系统则是通过汽车、摩托车等载体，快速采集空间坐标、点云数据及连续的三维图像等。二者对比情况见表1。

表1 传统基础测绘与全景移动测量系统的对比

2. 与现有地图产品的对比

随着计算机技术、网络技术、大容量存储技术等的飞速发展，现有的计算机硬件、网络环境已经足以支持海量实景影像数据的存储、显示与传输，由全景移动测量系统采集的实景数据的应用使得GIS走向了实景三维。在内容上不但弥补了二维GIS缺乏立面信息、不直观、不详细等缺陷，与现实的世界完全重合，而且通过影像标注链接，可以关联更多的业务信息，使得用户在使用时更直观、更方便；同时，GIS虚拟三维模型在制作过程中，不得不去掉大量的社会环境因素，其模型纹理最多只能保证20%的真实性，并且由于对象的空间位置尺寸获取过程中有人为误差存在，不能保证与现实世界完全吻合。表2为基于全景移动测量系统构建的实景地图与二维地图、虚拟三维地图的对比。

3. 应用前景

现代信息技术、计算机网格技术和数据库技术的发展，使得由全景移动测量系统采集的海量DMI数据可以与传统的4D产品进行一体化无缝集成、融合、管理和共享，形成更为全面的、现势性强的、可视化并聚焦服务的5D基础地理信息数据库。基于这样的空间数据库，可以将移动测量系统沿地面街道获取的DMI数据与由航摄相片/卫星影像加工的DOM、DLG及DEM产品按统一的坐标框架有机结合起来，从而构成一个从宏观到微观完全可视化的地理信息数据库，可实现空中飞行鸟瞰和街头漫步徜徉；同时，用户可以在图像上对地物进行任意标注，并将其链接到人口数据库、经济数据库、设备数据库、设施数据库等其他专业数据库中，真正实现地理信息、专业台账信息和图片/影像信息的有机结合，更好地发挥空间信息服务的使用功效。表3为实景三维应用前景。

表2 3种地图产品的对比

表3 实景三维应用前景

四、改进建议

目前，国内外已先后推出很多移动测量系统，如Optech公司的LYNX、RIEGL公司全新一代的VMX-250、拓普康公司的Topcon IP-S2、天宝公司的MX8、IGI公司的StreetMapper、Google的街景车等。在国内，武汉大学、立得公司、首都师范大学、山东科技大学、中国测绘科学研究院、中科院深圳研究院也相继推出了车载移动测量系统。但从国内几家单位的使用情况来看，还存在着许多不足的地方，建议在以下方面能够进一步提高。

1) 硬件高度集成化。通过对硬件系统的高度集成，提高系统的稳定性、安全性，同时尽可能缩小体积、减轻重量，以便于安装、使用、携带和保管。

2) 系统组装模块化。使用标准化接口，方便相机、激光扫描头、移动硬盘等选择更换和存储卡拔插，实现快速装卸，并改进减震系统，数据传输可考虑采用蓝牙或WiFi。

3) 配套软件智能化。现有软件在时间序列与影像序列容易造成丢帧及多帧问题的出现，经常导致点云数据与影像数据无法融合等问题，因此，对于数据采集及后处理软件，点云数据处理、点云自动提取及分类、三维建模效率都有待进一步提高。

4) 数据压缩及云存储。现有移动测量系统采集的数据量都是TB级别的，如何有效地利用云存储技术，提取特征点并压缩数据量，用于发布浏览海量的影像数据，在技术层面需要进一步加强。

5) 使用载体多元化。可根据需要，在不同的载体(汽车、舰船、火车、摩托车和单人肩扛式等)上使用安装全景移动测量系统，积极拓展在水面、设施内部等的使用范围。

五、结束语

目前，由全景移动测量系统获得的连续的街景影像，已发布在国内主流地图网站上(腾讯地图、百度地图等)，让用户能“足不出户，一览无遗”。基于移动测量系统的空间信息服务代表了下一代空间数据服务的一个新的方向，并与空间信息网格服务，空间信息自动化、智能化、实时化服务有机结合，实现空间信息大众化，可为全社会大众提供直接服务，其应用前景将更加广阔。

参考文献：

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