车载移动测量技术在道路全息测绘中的应用

车载移动测量技术在道路全息测绘中的应用

张云鹏

河北天元地理信息科技工程有限公司 河北省廊坊市 065201

摘要：传统测量方法采集的道路信息存在二维数据表达和要素种类不全等局限性，无法满足智能交通和城市精细化管理的需要。随着人工智能和自动驾驶等新技术的发展，以高精度地图为代表的新型道路全息测绘产品对道路空间数据的精度、丰富度和鲜度都提出了更高的要求。为了获取更全面、更精细、更准确、更易于更新的道路信息，可融合多源传感器的技术优势，通过开展道路全息测绘，对道路环境进行高精度、空间化、全要素的描述和感知。

关键词：车载移动测量技术；道路全息测绘；应用

引言

车载移动测量是20世纪90年代初诞生于GPS、惯性导航、CCD和激光扫描等领域的最前沿技术之一，车载移动测量正在成为城市空间信息获取的趋势，本文利用武汉市某辖区道路变更项目作为数据采集工作区，利用传感器移动测量系统，通过实际生产操作，研究车载移动测量技术对道路测量的应用，为今后的道路测量提供了一定的经验。

1车载移动测量技术介绍

三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，它通过激光扫描测量方法快速获取被测对象表面的三维坐标数据及其它关键信息。车载移动测量系统则是将集成了三维激光扫描仪、惯导系统、GNSS系统、里程计、全景相机等多传感器的综合测量系统整体加装在车辆平台上进行激光雷达扫描作业的主动式非接触动态测量系统，具有测量速度快、作业安全性高、获取信息全面、数据相对精度高等特点，为道路测量提供了一种新的思路和数据获取手段。车载移动测量系统示意图见图1。

图1车载移动测量系统示意图

２总体技术流程

2.1数据采集

车载移动测量系统的数据采集工作包括任务规划、外业数据采集及数据解算。具体而言，就是根据外业规划线路，利用移动测量车沿街获取的高精度、高密度、全覆盖的道路点云和街景全景影像，以及武汉市连续运行卫星定位服务系统（ＷｕｈａｎＣｏｎｔｉｎｕ⁃ｕｓｌｙＯｐｅｒａｔｉｎｇＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳｔａｔｉｏｎ，ＷＨＣＯＲＳ）的观测数据，与定位定姿系统（ＰｏｓｉｔｉｏｎａｎｄＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＳｙｓ⁃ｔｅｍ，ＰＯＳ）数据进行联合差分与定位，并融合解算出点云的三维坐标。

2.2数据获取

为保证车载点云数据差分解算精度，需在地面架设GNSS基站，与车载POS系统内置GNSS接收机同步进行观测，以实现动态DGPS相位差分测量定位。相邻GNSS基站间隔通常不大于15km，基站接收机选用双频多星，其采样频率不大于0.5s，且观测时长覆盖车载移动测量系统扫描时段。事先与交通管理部门备案后方可在应急车道上行驶作业，扫描时应匀速行驶，尽量避免与过往大型车辆并行或尾随，确保点云和GPS信号不被遮挡。

2.3产品生产

道路全息测绘产品应具备“技术新、精度高、要素全”的特点，其产品形式主要包括静态高清道路地图、精细道路三维模型和自动驾驶高精地图３种。其中静态高清道路地图包含道路全要素的矢量化地形数据，还原了车道级的全息道路基础场景；精细道路三维模型通过构建高精细度的道路全要素部件模型，实现了全息化的道路三维建模；自动驾驶高精地图以自动驾驶仿真应用为导向，为全息高精度导航提供了所需的静态交通网络数据基础。

3车载移动测量技术的优劣势

全站仪测量是传统测量地形图的方法。与其相比车载移动测量技术的优点是:1、测量数据是目标物体的完整点云和图像数据,可以获得目标物体的完整信息,从而避免在现场数据采集过程中由于技术人员的粗心造成的错误。2、运行效率高,可大大缩短现场服务时间,减少人力投资,从而降低生产成本。3、受天气条件影响较小,工作方式更灵活。然而在车载移动测量技术方面也存在着明显的不足:1、车辆不能到达施工区域,无法进行测量。2.在地物遮盖的情况下,无法进行测量;3、内业中的数据处理工作量较大,处理时间较长。

4关键技术

在移动系统的开发和组装过程中，关键技术(1)系统集成和时间同步，包括设备购买、支架设计、电子设备集成、速度传感器等，由于对基本设备的选择存在诸多不确定性，故数据必须与时间同步。(2)通常用GPS模块提供的卫星时钟校准相对坐标系的方法要求通过GPS和IMU实时传输扫描仪的位置，因此必须确定激光雷达中心与GPS天线中心之间的关系、激光雷达位置与IMU的关系以及全景相机坐标系与IMU之间的位置关系，后者确定激光雷达的外部参数(三个位移参数三个旋转参数和一个尺寸转换参数) (3)点云颜色提取将根据点云采集时间查找最近采集的全景图像，然后根据全景拍摄的准确时间将点云坐标转换为相机坐标，然后计算UV坐标并获取相应像素的颜色。(4)大型点云资料以每秒100，000，000的速度收集点云资料时，每小时可收集3.6亿的点云资料，快速管理大型点云资料非常困难；透过沿定线建立索引，以封装并储存每秒收集的资料，在空间和时间之间建立连接，以简化大型点云资料的管理，并提高存取点云资料的效率。

5静态高清道路地图

静态高清道路地图是基于全息三维道路数据进行全要素制图的具体成果形式，通过提取各类道路交通要素的三维矢量信息和属性信息，可为城市路网及道路附属设施提供完整、精确、细致的表达。以城市道路、道路交叉口及沿街附属部件设施的三维激光点云数据为基础，先对道路要素进行分类提取，再结合同步采集的街景影像，在点云测图软件Ｍａｐ⁃ｐｉｎｇＦａｃｔｏｒｙ中采集要素的几何与属性信息，获得全要素的道路矢量化地形数据。静态高清道路地图制作的主要步骤如下：（1）要素分类。按照要素的几何形状特征，将道路要素划分为线要素、面要素及点要素。其中线要素是构建静态路网的场景基础，如道路边线、车道标线、护栏等路侧分隔设施；面要素用于表达占据一定空间范围的道路面状信息，如绿化带、公交车棚、停车位和安全岛等；点要素用于表示道路附属部件设施的位置信息，如路灯、道路标牌、信号灯和箱体等。（2）要素提取。首先通过人工设计特征或深度网络学习等方法建立道路点云数据的特征描述；其次对一部分具有较明显特征的典型道路要素（如道路标志线、道路边线、独立杆状地物、行道树等）进行自动提取和分类；再次对无法实现自动识别的道路要素，按照“线－面－点”要素的顺序依次进行人工采集和绘制；最后针对由于点云遮挡造成要素漏采的区域，开展外业修、补测。（3）属性录入。在点云和全景影像精确配准的基础上，首先在点云测图软件中实现点云和全景窗口的联动；其次在进行要素定位的同时判断其类别，录入地物名称、类型、形状、角度、状态等属性信息；最后自动批量生成要素编号及所属道路名称等信息。此外对部分缺失的属性信息，可通过外业调绘等方式进行补充。（4）编辑成图。在完成要素采集和属性录入后，进行要素符号化和图面整饰等一系列编辑处理，经质量检查合格后，即可获得三维矢量形式的静态高清道路地图。

结束语

车载移动测量技术作为一种精细化的道路三维空间信息获取手段，为城市路网的全息化要素更新及道路场景的三维环境构建提供了新的技术路径。新型全息道路测绘产品在满足传统地图功能的基础上，实现了信息更全面、更精细、更准确、更易于更新的道路数据采集功能，进一步丰富了新型基础测绘建设的成果形式。

参考文献

[1]黄健,叶青.车载激光移动测量技术在数字城市中的应用[C]2019:42-44.

[2]徐寿志.车载移动测量系统检校技术及其精度评定方法[D].武汉大学,2019.

[3]李鑫.车载移动测量系统误差分析与检校方法研究[D].解放军信息工程大学,2019.

[4]郭波,屈孝志,黄先锋,张帆,李琴.车载移动立体测量系统检校及精度分析[J].激光与红外,2019,41(11):1205-1210.

[5]易延光,黄洪彬.车载移动测量系统的构成与应用[J].黑龙江水利科技,2019,39(03):284-285.