中海达高精度移动测量系统在城市部件普查中的应用

余建伟 , 林伟恩

(1. 中山大学地理科学与规划学院，广东 广州 511400； 2. 广州中海达卫星导航技术股份有限公司，广东 广州 511400； 3. 武汉海达数云技术有限公司，湖北 武汉 430023)



中海达高精度移动测量系统在城市部件普查中的应用

余建伟1,2,3, 林伟恩3

(1. 中山大学地理科学与规划学院，广东 广州 511400； 2. 广州中海达卫星导航技术股份有限公司，广东 广州 511400； 3. 武汉海达数云技术有限公司，湖北 武汉 430023)

HiScan-S高精度一体化移动三维测量系统是中海达自主研制的新型测绘装备，该系统集成了高密度三维激光扫描系统、360°全景相机、高精度定位定姿系统等多个传感器、总成控制系统和高性能计算机(如图1所示)。将其搭载在汽车上，在车辆高速行进中，可快速采集道路及两旁地物的高清影像及激光点云，并根据各种应用需要进行各种要素特别是道路两旁要素的任意随时的按需测量，包括道路中心线或边线位置坐标、目标地物的位置坐标、路(车道)宽、桥(隧道)高、交通标志、道路设施等。

图1　HiScan-S 高精度移动测量系统

一、中海达HiScan-S高精度移动测量系统及其配套的软件

(1) 系统指标

1) 测程为100～1000 m(可根据扫描头扩展)；

2) 扫描点频>100万点/s；

3) 扫描频率为200 Hz ；

4) 测量精度为5 cm@100 m；

5) 高清影像>7200万像素。

(2) 配套软件

1) POS解算软件：Inertial Explorer/PosPac(根据惯导类型选配)；

2) 数据融合软件：HDCombine；

3) 全景拼接软件：HDPano；

4) 测图建库软件：HDVector。

二、HiScan-S部件普查技术流程

1. 外业数据采集流程

1) 路线规划：以最短的行驶里程完成数据采集，避免漏采。

2) 参数设置：采集频率200 Hz、影像采集间距10 m。

3) POS对准：开启POS数据采集，约5 min。

4) 路线采集：开始按规划路线采集点云和影像数据。

5) 结束采集：完成规划路线采集，拷贝数据，关闭设备。

6) 控制点采集：在GNSS信号失锁区域，按200 m采集一个控制点，精度要求在3 cm内。

2. 内业数据处理流程

1) 数据下载：根据外业数据采集时间，下载对应时间段的CORS基站静态数据(包含*.o文件)。

2) POS数据解算：将POS数据和CORS静态数据导入Inertial Explorer软件中，经过软件解算得到移动测量系统在采集过程中的位置和姿态信息，输出*.pos数据文件。

3) 数据融合解算：将移动测量系统采集的激光数据和*.pos数据文件导入HDCombine软件中，经过软件解算后可以得到三维点云数据和轨迹数据(如图2所示)。

图2　高密度的点云数据

在GNSS信号较差的区域，添加控制点进行融合解算，提高测量精度。

4) 全景拼接：将移动测量系统在采集的影像数据导入HDPano软件中，自动化批量生成360°全景影像(如图3所示)。

图3　高分辨率全景影像

5)将工程文件导入HDVector软件中，进行点、线、面等部件要素的提取，同时基于高清全景影像进行属性数据录入。

6) 图幅整饰、属性检查。

三、应用案例及优势分析

1. 测区情况

本项目测区位于西部某市，采集道路主要集中在城市中心，道路两侧多为高层建筑，并且有高架桥覆盖，卫星信号极差，采用RTK测量手段在该区域无法实施。

2. 作业标准

本项目根据《城市市政综合监管信息系统管理部件和事件分类、编码及数据要求》(CJT 214—2007)中的要求，获取30 km城市道路内部和两侧的7大类城市部件，完成部件采集、属性调查和成图入库工作，成果精度要求见表1。

表1　成果精度要求

3. 技术优势

从本项目的实施过程和成果分析可得，中海达HiScan-S高精度移动测量系统在城市部件普查方面的主要优势有以下4点。

(1) 外业采集效率高

在本次城市部件普查项目中，考虑城市交通流畅性，中海达移动测量系统平均车速可达30 km/h。从数据成果分析，在城区每1 km道路两侧，地物个数将达到1500个以上，普查工作量巨大。特别在城市GNSS信号失锁严重区域，RTK采集手段难以实施，移动测量技术采集效率的优势尤为突出。此外，在城市部件中有大量的井盖(包括通信、电力、雨水等)位于道路中央，人工打点测量危险系数较大，移动测量系统能够有效解决作业安全性问题。

(2) 基于MDB数据库

本系统配套的HDVector测图建库软件是基于ArcGIS平台进行开发的，可以直接加载点云和全景影像数据，全面兼容ArcGIS工具包，提供行业标准模板，可以进行地物提取和属性录入，直接生成MDB部件普查数据库，无需进行数据格式转换。

(3) 半自动化提取工具

在系统配套的软件中，提供了多种自动化、半自动化的部件提取工具，有效地提高了内业成图效率。如基于行道树自动化提取，一键式地完成道路两侧行道树的快速提取,以及基于道路边线、标示线的半自动提取。

(4) 影像挂接

移动测量系统采集点云数据，同时也可按设定距离获取高清全景影像。在软件中，利用高清全景影像，可以辅助判读部件属性信息；另外，可以基于高清全景截取部件影像，大大降低了外业部件拍照的工作量和数据关联工作量。

四、结束语

随着地级市的数字城市地理空间框架建设的全面开展，城市部件普查成为其工作的重要部分，借助移动测量系统采集效率明显高于传统测量方法，降低了外业人员采集难度和危险性。同时，内业数据处理中，高密度的点云数据有利于地物的快速提取和识别，借助(半)自动化工具可以提供作业效率。从本项目实施成果分析，中海达高精度移动测量在城市部件普查中的技术路线已经成熟，在实际的工程项目中能够起到积极的推动效应。

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