移動測量系統在蕪湖市城管數字化項目中的應用

李華平,吳耀文

(蕪湖市勘察測繪設計研究院,安徽蕪湖 241000)

1 引 言

蕪湖市數字城管項目一期工程數據普查與建庫項目是蕪湖市城市管理部門積極響應建設部關于數字化城市管理新模式建設的號召,為提高城市管理水平和提升城市形象,優化投資建設環境,促進經濟發展而重點確立建設的重大項目。項目目的在于采用高科技手段進行數字化城市管理基礎數據普查、建庫等工作,為數字化城市管理提供精確度高、可用性強的基礎數據庫。該項目于 2008年 11月開始,2009年 5月完成全部基礎數據的采集處理以及建庫工作,并于 2009年 9月 1日進行了驗收。

2 移動測量系統(MMS)的基本原理

在蕪湖市城管數字化項目中,應用了移動測量系統(MMS:Mobile Mapping System)。移動測量系統是當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域的發展主流,能夠提供按需測量的空間信息服務。

移動測量系統的基本原理是綜合運用GPS衛星定位、航位推算、移動近景攝影測量等尖端技術,在機動車上裝配全球定位系統(GPS)、CCD圖像傳感器、視頻圖像傳感器、工控計算機以及航位推算裝置等精密的儀器設備,在車輛高速行進之中,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數據和姿態數據一起,按時間同步關聯存儲在車載計算機之中。具體做法是在車輛行進過程中,由一個同步器裝置實時給工控機及CCD相機發送指令,同時采集實地影像、記錄實時車載平臺的姿態及GPS時間。

外業采集完成之后將數據導出,利用專門的數據處理軟件,經過一系列集成處理,可計算得出每一組CCD相機所拍攝的近景影像所處的坐標、車輛的姿態等參數形成一個參數文件,如圖 1所示。

圖1 參數文件節選

圖1是表示同一個時間點上的參數,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,如上圖的(23.0048673618133, 113.1239122989)及其他的相關參數。

有了這些起算值后,就可以對目標地物如電線桿,廣告牌,行道樹等地物進行測量,包括地物的坐標,一些相關幾何要素測量,如電線桿的高度,廣告牌的寬度,路寬、橋高、坡度和轉彎半徑等等,同時也可獲取相應的地物屬性數據(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,在圖中右邊的窗口中輸出。

由此可生成包含有道路邊線,交通標志牌,行道樹,廣告牌等數據的道路專題圖。

圖2 提取同名點坐標

3 移動測量系統的功能

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

3.2 地物屬性記錄

通過CCD相機系統,連續全過程記錄道路及道路兩旁地物的實景影像,在經過內業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,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境。

3.3 影像與部件關聯操作

將連續可測量近景影像圖片與目標地物的報表屬性數據相關聯,并將地物要素以符號的方式在影像上標注出來,實現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可測量近景影像緊密關聯,實現二維地圖、實景影像及屬性報表的聯動查詢。

3.4 城市影像庫及半全景影像

使用移動測量系統(MMS)快速采集城市連續可量測近景影像數據,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、正中、偏右側 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 蕪湖數字城管基于MMS實景影像數據的應用

4.1 MMS在城管部件數據采集及建庫中的應用

蕪湖城管數據采集的技術線路是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據。即:MMS車對測區所有城市道路進行實景影像采集,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,只需在內業以影像回放檢查的方式控制好質檢,就可獲得準確率超過 95%的普查成果,而無需繁重的外業補漏。如可通過內業在影像上采集立桿、交通標志牌、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,人工外業采取全站儀打點方式,把MMS影像采集部件與人工外業部件進行合并后就可以建立部件數據庫。

MMS本身是一個快速實景影像采集系統,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,對于蕪湖這樣規模的城市,全市區的車輛外業采集工期只在 10天 ～15天。

4.2 MMS在城管地理編碼采集和建庫中的應用

在數字化城管系統中,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航。由于地形圖不可能顯示詳盡的環境信息,即便是有些 GIS系統中錄入了部件照片,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境。如圖 3所示,在有坐標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、準確的采集城市興趣點,并建立地理編碼數據庫。

圖3 MMS車載平臺各個方向影像

4.3 MMS與數字城管系統

實景影像數據通過API集成到數字化城管系統中,MMS提供Truemap Engine(“真圖”引擎)軟件進行實景影像庫的管理和應用開發。Truemap Engine軟件能有效將百 TB級的海量實景影像數據管理起來,其自身可為用戶提供瀏覽、搜索、標注、鏈接與測量5大功能,同時開放接口,開發源代碼,支持系統集成輕松地完成二次開發工作,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集成到城管系統中。

圖4 MMS與蕪湖城管系統的集成

5 移動測量采集優勢及特點

移動測量技術與兩種傳統的測繪方式列表比較如表1所示。

為得出量化的概念,我們在蕪湖城區同一地區選取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道路測量方式作比較,結果如表2所示。

由此可見,移動測量系統的確是一種快捷、經濟的道路測量工具,且作業線路越長,其在效率和成本上的優勢就越明顯。

6 移動測量的主要優點

總結起來,移動測量系統的主要優點有:

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

(2)成果全面準確:采集到的數據成果包括空間坐標、矢量數據以及連續的三維圖像,數據鏈全面完整,精度滿足國家規范要求。

移動測量技術與傳統測繪成圖方式之間的比較 表 1

運用移動測量系統與運用傳統測量方式的效率對照表 表 2

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

(4)高效率:根據相應的道路情況,平均能以36 km/h的速度完成外業測圖工作,通過友好的數據處理軟件可方便地對所采集的數據進行編輯處理,將蕪湖城管項目的統計數據與以前我院傳統導航圖測成圖方式的統計數據進行比較,移動測量系統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,并且區域越大越體現移動測量系統的優勢。

(5)低采集成本:將外業數據采集交由擁有移動測量車的相關公司,我們自己進行內業數據采集,處理編輯及應用,這樣大大降低了人工成本和作業成本,從而具有較大的增值空間。

(6)安全舒適:車載方式下的作業,相比傳統的外業工作,顯得既安全,又舒適。

7 數據普查精度

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±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±10 cm左右,經過坐標轉換也遠遠高于城管數字化系統對部件定位精度的要求,經各方多次檢查驗收,部件遺漏率在 1%左右,部件屬性錯漏率在1%左右,都遠遠低于國家標準對部件普查錯漏率低于 5%的要求。

8 結 語

此次項目運用移動測量系統結合傳統測量方式,完成了蕪湖市主城區 71.7 km2的數字化城管部件普查與內業建庫項目,基于移動測量系統得到的數據能夠充分滿足城管部門對地理信息數據在信息量、精度和現勢性等方面的特定要求,從而得以構建一個貫穿城市管理、城市規劃、道路設計、公眾服務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終端直接查詢或申請調用需要的業務信息。而城管信息化建設的管理機構則可通過服務器進行信息的分級管理,對各級用戶給予不同的訪問授權,以保證網絡的安全性和信息的管理。

[1] 李德仁.移動測量技術及其應用[J].地理空間信息, 2006(4)

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