移動測量系統(tǒng)在蕪湖市城管數(shù)字化項目中的應(yīng)用

李華平,吳耀文

(蕪湖市勘察測繪設(shè)計研究院,安徽蕪湖 241000)

1 引 言

蕪湖市數(shù)字城管項目一期工程數(shù)據(jù)普查與建庫項目是蕪湖市城市管理部門積極響應(yīng)建設(shè)部關(guān)于數(shù)字化城市管理新模式建設(shè)的號召,為提高城市管理水平和提升城市形象,優(yōu)化投資建設(shè)環(huán)境,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展而重點確立建設(shè)的重大項目。項目目的在于采用高科技手段進(jìn)行數(shù)字化城市管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)普查、建庫等工作,為數(shù)字化城市管理提供精確度高、可用性強(qiáng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。該項目于 2008年 11月開始,2009年 5月完成全部基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集處理以及建庫工作,并于 2009年 9月 1日進(jìn)行了驗收。

2 移動測量系統(tǒng)(MMS)的基本原理

在蕪湖市城管數(shù)字化項目中,應(yīng)用了移動測量系統(tǒng)(MMS:Mobile Mapping System)。移動測量系統(tǒng)是當(dāng)今測繪界最為前沿的科技之一,代表著未來電子地圖測繪領(lǐng)域的發(fā)展主流,能夠提供按需測量的空間信息服務(wù)。

移動測量系統(tǒng)的基本原理是綜合運(yùn)用GPS衛(wèi)星定位、航位推算、移動近景攝影測量等尖端技術(shù),在機(jī)動車上裝配全球定位系統(tǒng)(GPS)、CCD圖像傳感器、視頻圖像傳感器、工控計算機(jī)以及航位推算裝置等精密的儀器設(shè)備,在車輛高速行進(jìn)之中,以近景攝影測量的方式,快速拍攝道路及道路兩旁地物的立體影像。這些影像連同車載平臺的軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)一起,按時間同步關(guān)聯(lián)存儲在車載計算機(jī)之中。具體做法是在車輛行進(jìn)過程中,由一個同步器裝置實時給工控機(jī)及CCD相機(jī)發(fā)送指令,同時采集實地影像、記錄實時車載平臺的姿態(tài)及GPS時間。

外業(yè)采集完成之后將數(shù)據(jù)導(dǎo)出,利用專門的數(shù)據(jù)處理軟件,經(jīng)過一系列集成處理,可計算得出每一組CCD相機(jī)所拍攝的近景影像所處的坐標(biāo)、車輛的姿態(tài)等參數(shù)形成一個參數(shù)文件,如圖 1所示。

圖1 參數(shù)文件節(jié)選

圖1是表示同一個時間點上的參數(shù),圖中的2009081503140140,表示 GPS時間 2009年 8月 15日 3時 14分 140毫秒,一共采集了 7張照片,同時記錄每張照片的WGS-84坐標(biāo),如上圖的(23.0048673618133, 113.1239122989)及其他的相關(guān)參數(shù)。

有了這些起算值后,就可以對目標(biāo)地物如電線桿,廣告牌,行道樹等地物進(jìn)行測量,包括地物的坐標(biāo),一些相關(guān)幾何要素測量,如電線桿的高度,廣告牌的寬度,路寬、橋高、坡度和轉(zhuǎn)彎半徑等等,同時也可獲取相應(yīng)的地物屬性數(shù)據(jù)(如廣告牌上面的廣告語,商鋪的名稱等)。從圖 2中可以看出,在專業(yè)軟件上通過選取同一時刻的影像上的同一地物(圖中兩個黃色十字絲處),就可以獲取該點的絕對坐標(biāo),在圖中右邊的窗口中輸出。

由此可生成包含有道路邊線,交通標(biāo)志牌,行道樹,廣告牌等數(shù)據(jù)的道路專題圖。

圖2 提取同名點坐標(biāo)

3 移動測量系統(tǒng)的功能

3.1 實時量測地物位置與幾何尺寸

MMS實景可量測影像系統(tǒng)建成后,可即時按需測量出道路沿線的城市部件的準(zhǔn)確三維坐標(biāo)。從所拍攝的CCD立體近景實景影像對中量測出目標(biāo)點的絕對位置坐標(biāo),可進(jìn)行目標(biāo)幾何尺寸的計算,如圖2的交通標(biāo)志牌,只要在影像上選取合適的點,就能得到對應(yīng)的坐標(biāo)從而得出標(biāo)志牌的規(guī)格,離地高等屬性。

3.2 地物屬性記錄

通過CCD相機(jī)系統(tǒng),連續(xù)全過程記錄道路及道路兩旁地物的實景影像,在經(jīng)過內(nèi)業(yè)人工判讀和按需量測后,可以提取實景影像上的地物屬性,如路燈材質(zhì),公交站名,沿街商鋪名稱等等,同時可以從視頻和圖片上了解到部件所處的地理周邊環(huán)境。

3.3 影像與部件關(guān)聯(lián)操作

將連續(xù)可測量近景影像圖片與目標(biāo)地物的報表屬性數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián),并將地物要素以符號的方式在影像上標(biāo)注出來,實現(xiàn)影像上可視部件符號在圖片上的一一映射;所有部件類都與連續(xù)可測量近景影像緊密關(guān)聯(lián),實現(xiàn)二維地圖、實景影像及屬性報表的聯(lián)動查詢。

3.4 城市影像庫及半全景影像

使用移動測量系統(tǒng)(MMS)快速采集城市連續(xù)可量測近景影像數(shù)據(jù),可建立城市歷史影像庫。在同一時刻,MMS車載平臺上同時采集了車輛行進(jìn)方向上的正左、左前、正前、右前、正右等 5個方向上一共 7張照片,其中正前與右前均是 2張,可通過這個 5個方向上任意 3個連續(xù)的方向上的影像拼接成半全景影像,如提供道路前方偏左側(cè)、正中、偏右側(cè) 3個方向的照片,即可通過軟件批處理拼接成可覆蓋道路前方 160°的半全景影像。

4 蕪湖數(shù)字城管基于MMS實景影像數(shù)據(jù)的應(yīng)用

4.1 MMS在城管部件數(shù)據(jù)采集及建庫中的應(yīng)用

蕪湖城管數(shù)據(jù)采集的技術(shù)線路是MMS車+人工測量的方法,累計采集蕪湖市 6大類別 85個小類的城管部件數(shù)據(jù)。即:MMS車對測區(qū)所有城市道路進(jìn)行實景影像采集,并利用 MMS車實景影像的可測量功能,對于適合MMS采集的部件,只需在內(nèi)業(yè)以影像回放檢查的方式控制好質(zhì)檢,就可獲得準(zhǔn)確率超過 95%的普查成果,而無需繁重的外業(yè)補(bǔ)漏。如可通過內(nèi)業(yè)在影像上采集立桿、交通標(biāo)志牌、廣告牌等部件。對于MMS車不能通行之處,可輔助人工測量的方式普查,人工外業(yè)采取全站儀打點方式,把MMS影像采集部件與人工外業(yè)部件進(jìn)行合并后就可以建立部件數(shù)據(jù)庫。

MMS本身是一個快速實景影像采集系統(tǒng),通過車載平臺在蕪湖城市所有能通車的道路上行駛一遍就能獲得全城的近景照片。一般來說車輛在城市里的采集速度能保障在 36 km/h,對于蕪湖這樣規(guī)模的城市,全市區(qū)的車輛外業(yè)采集工期只在 10天 ～15天。

4.2 MMS在城管地理編碼采集和建庫中的應(yīng)用

在數(shù)字化城管系統(tǒng)中,興趣點提供了一種相比使用地形圖來說更有意義的空間導(dǎo)航。由于地形圖不可能顯示詳盡的環(huán)境信息,即便是有些 GIS系統(tǒng)中錄入了部件照片,這些照片不能直觀地反映部件所在位置的環(huán)境情況,而加入興趣點描述的部件,則可較明確的反映出部件所處的實地環(huán)境。如圖 3所示,在有坐標(biāo)的實景影像上可以觀察到車輛視角的正左,左前,正前,右前及正右等 5個方向,可在影像上輕松、準(zhǔn)確的采集城市興趣點,并建立地理編碼數(shù)據(jù)庫。

圖3 MMS車載平臺各個方向影像

4.3 MMS與數(shù)字城管系統(tǒng)

實景影像數(shù)據(jù)通過API集成到數(shù)字化城管系統(tǒng)中,MMS提供Truemap Engine(“真圖”引擎)軟件進(jìn)行實景影像庫的管理和應(yīng)用開發(fā)。Truemap Engine軟件能有效將百 TB級的海量實景影像數(shù)據(jù)管理起來,其自身可為用戶提供瀏覽、搜索、標(biāo)注、鏈接與測量5大功能,同時開放接口,開發(fā)源代碼,支持系統(tǒng)集成輕松地完成二次開發(fā)工作,可以和ESRI、SUPERMAP等主流GIS平臺軟件方便對接。

如圖4所示,可將MMS集成到城管系統(tǒng)中。

圖4 MMS與蕪湖城管系統(tǒng)的集成

5 移動測量采集優(yōu)勢及特點

移動測量技術(shù)與兩種傳統(tǒng)的測繪方式列表比較如表1所示。

為得出量化的概念,我們在蕪湖城區(qū)同一地區(qū)選取1 km2做試點,以點狀地物的測量為例,我們將移動測量方式與幾種傳統(tǒng)道路測量方式作比較,結(jié)果如表2所示。

由此可見,移動測量系統(tǒng)的確是一種快捷、經(jīng)濟(jì)的道路測量工具,且作業(yè)線路越長,其在效率和成本上的優(yōu)勢就越明顯。

6 移動測量的主要優(yōu)點

總結(jié)起來,移動測量系統(tǒng)的主要優(yōu)點有:

(1)獨立測成圖系統(tǒng):作為獨立的測成圖系統(tǒng),無需借助底圖和傳統(tǒng)測成圖方式即可完成道路電子地圖的測制。

(2)成果全面準(zhǔn)確:采集到的數(shù)據(jù)成果包括空間坐標(biāo)、矢量數(shù)據(jù)以及連續(xù)的三維圖像,數(shù)據(jù)鏈全面完整,精度滿足國家規(guī)范要求。

移動測量技術(shù)與傳統(tǒng)測繪成圖方式之間的比較 表 1

運(yùn)用移動測量系統(tǒng)與運(yùn)用傳統(tǒng)測量方式的效率對照表 表 2

(3)有效融合其他來源數(shù)據(jù):獲得的數(shù)據(jù)可以通過后臺處理軟件,與航片、衛(wèi)片以及傳統(tǒng)地形圖進(jìn)行有效融合,從而生成信息更為全面的地理信息系統(tǒng)。

(4)高效率:根據(jù)相應(yīng)的道路情況,平均能以36 km/h的速度完成外業(yè)測圖工作,通過友好的數(shù)據(jù)處理軟件可方便地對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯處理,將蕪湖城管項目的統(tǒng)計數(shù)據(jù)與以前我院傳統(tǒng)導(dǎo)航圖測成圖方式的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,移動測量系統(tǒng)可將整個測成圖效率提高 10倍以上,完全滿足道路電子地圖的快速測制與更新需要,并且區(qū)域越大越體現(xiàn)移動測量系統(tǒng)的優(yōu)勢。

(5)低采集成本:將外業(yè)數(shù)據(jù)采集交由擁有移動測量車的相關(guān)公司,我們自己進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集,處理編輯及應(yīng)用,這樣大大降低了人工成本和作業(yè)成本,從而具有較大的增值空間。

(6)安全舒適:車載方式下的作業(yè),相比傳統(tǒng)的外業(yè)工作,顯得既安全,又舒適。

7 數(shù)據(jù)普查精度

平面定位精度:60%左右的點狀部件和面狀部件平面位置采用全站儀測量定位,定位精度可達(dá)±5 cm左右, 40%左右點狀部件平面位置采用MMS方式測量定位,定位精度可達(dá)±10 cm左右,經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于城管數(shù)字化系統(tǒng)對部件定位精度的要求,經(jīng)各方多次檢查驗收,部件遺漏率在 1%左右,部件屬性錯漏率在1%左右,都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)對部件普查錯漏率低于 5%的要求。

8 結(jié) 語

此次項目運(yùn)用移動測量系統(tǒng)結(jié)合傳統(tǒng)測量方式,完成了蕪湖市主城區(qū) 71.7 km2的數(shù)字化城管部件普查與內(nèi)業(yè)建庫項目,基于移動測量系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)能夠充分滿足城管部門對地理信息數(shù)據(jù)在信息量、精度和現(xiàn)勢性等方面的特定要求,從而得以構(gòu)建一個貫穿城市管理、城市規(guī)劃、道路設(shè)計、公眾服務(wù)等各單位的通用信息平臺。此平臺的建立,將把各單位原本各自擁有的分散信息通過地理信息連為一體。各級單位可通過各自的計算機(jī)終端直接查詢或申請調(diào)用需要的業(yè)務(wù)信息。而城管信息化建設(shè)的管理機(jī)構(gòu)則可通過服務(wù)器進(jìn)行信息的分級管理,對各級用戶給予不同的訪問授權(quán),以保證網(wǎng)絡(luò)的安全性和信息的管理。

[1] 李德仁.移動測量技術(shù)及其應(yīng)用[J].地理空間信息, 2006(4)

[2] 李德仁.21世紀(jì)測繪發(fā)展趨勢與我們的任務(wù)[J].中國測繪,2005(2)