移動激光掃描測量技術在數字測繪產品質量服務中應用探討

鐘少忠 翟永聰

(廣東省測繪產品質量監督檢驗中心,廣東 廣州 510075)

0.引言

“十四五”期間，各級政府管理決策部門對各種測繪地理信息數據成果應用的現勢性和可靠性提出新的需求，而如何高效、精確、快速、安全地為政府有關部門提供可靠的測繪地理信息數據成果成為迫切的服務保障需求。

本文應用移動激光掃描測量技術，驗證了點云數據成果應用，并分析其數學精度質量情況；對采集的數據通過自動化快速后處理軟件進行數據計算，實現了高精度檢測信息源數據的自動化提取，最后將提取加工的檢測數據信息與待檢測測繪成果數據進行質量規則匹配，可以提供多領域測繪質檢應用服務。實驗研究表明：通過移動激光掃描測量技術單次采集點云數據可應用于多個領域、多個項目的測繪成果精度質量檢驗。

1.移動激光掃描測量技術應用

移動激光掃描測量技術隨著其關鍵技術和軟件水平的不斷突破，以及云計算、云存儲、高速網的發展和智慧城市的建設，已成為一種迅捷高效獲取目標地物空間坐標和紋理等三維地理信息數據的技術手段。移動激光掃描測量技術的快速發展，廣泛應用于城市規劃、數字城市、地理國情監測、基礎測繪、導航地圖等多個測繪產業領域，為傳統測繪成果建設、省級基礎測繪數據生產等重大項目成果的質量檢驗提供了技術支撐。

2.點云成果分類與提取

2.1 點云地物分類

圖1 點云特征點、線提取圖

圖2 建筑物角點與輪廓線（局部）

2.2 特征點的提取

對多種地物進行自動提取，基于提取后的成果矢量進行編輯，不僅可以提高工作效率，而且可以減少一部分人工誤差，最終生產出來含豐富屬性信息的三維矢量與模型，經過轉換程序功能可以導出到常用第三方應用平臺中，如，Auto－CAD、ArcGIS等，用戶根據自身需求去作相應調整及完善。

點云自動提取主要包括一級模型和二級模型提取。一級模型是對點云數據進行內部自動提取相關特征點自動構線與面矢量化的過程。二級模型為主要提取，可以在一級模型基礎上快速提取建筑物、路燈、電線桿、交通信號燈、道路線、水泥隔離帶等特征面與線，除了獲取每個實體的空間位置信息，還能自動計算其幾何屬性與分層、分類歸納，如，道路交通標志牌的長寬尺寸、路段的路線長度和面積、房屋四至或立面范圍等。

經過自動提取后的特征點結果難免有少量的錯漏，但點云處理軟件平臺提供了豐富高效的矢量編輯命令，方便用戶應用分析在已有矢量的基礎上進行增刪改操作，最終生成用戶所需的數據（如圖3所示）。三級模型是在二級模型的基礎上，通過照片和點云的特征來判斷屬性信息，并將對應單個實體的屬性錄入其屬性表里。

圖3 點云疊加同步照片瀏覽及特征點提取

3.點云成果質量驗證方案

3.1 樣本的選取

為了更好綜合評定移動激光掃描測量技術所得到的點云成果數學精度的可靠性與穩定性，本次實驗選擇了一個批次共6塊樣本區，每塊樣本區面積約30km2，總面積覆蓋約180km2作為驗證區域，主要位于廣州周邊城市，地形包括城鎮、郊區、農村等。

根據移動激光掃描測量技術作業所采集的點云數據提取地物特征點，然后通過全站儀或GNSS-RTK實測同名特征點，比對點云量測值與實測值較差，計算其中誤差，以驗證點云數據成果的絕對精度和相對精度，衡量移動激光掃描測量技術采集的點云數據成果能否應用于測繪質量服務檢驗等工作。

3.2 點云數據精度分析及評價

選取的樣本為廣州周邊城市內6塊各30km2樣本掃描區，以全站儀或GNSS-RTK實測值為真值，在每塊樣本區域內均勻采集約30個檢驗特征點，對移動激光掃描測量技術采集的點云成果數據進行數學精度評價。

《測繪成果質量檢查與驗收》（GB/T 24356-2009）根據的規定，按照高精度數據進行精度檢測計算，中誤差如式（1）計算：

式中，M為成果中誤差；n為檢測點（邊）中誤差；Δi為較差。

定風量系統具有恒定的風量。目前，大多數中央空調主要使用空調和冷水管道系統，兩者都在恒定風量系統中控制具有恒定風量的特定區域。空調定風量系統采用空調變溫供氣來應對室內負荷波動。通過DDC監控風扇運行狀態、設備故障、過濾器和防凍報警。

在6個樣本區域內用全站儀或GNSS-RTK采集185個平面檢測特征點與點云數據中的同名位置點進行精度比對，得出以下平面位置精度統計結果（如表1所示），檢測中誤差大于6cm小于12cm的有6塊，占100%。符合《城市測量規范》（CJJ8-2017）中對1∶500地形圖平面精度限差25cm作為中誤差限差的要求，6塊全部小于標準中誤差。

表1 平面位置誤差分布情況表 單位：m

在6個樣本區域內用GNSS-RTK或全站儀采集168個高程檢測特征點與點云數據中的同名位置高程進行精度比對，得出以下高程精度統計結果（如表2所示），高程精度最終統計的檢測中誤差大于6cm小于11cm的有6個樣本，占100%，符合《城市測量規范》（CJJ8-2017）中對1∶500地形圖高程精度限差15cm作為中誤差限差的要求，6塊全部小于標準中誤差。

表2 高程誤差分布情況表 單位：m

從下面精度統計表中分析得出，極個別檢測點由于G NS S信號問題導致誤差略大，從誤差分布情況可以看出點云數據成果的平面精度與高程精度遠優于有關國家標準規范的要求。根據數學精度中誤差統計結果分析，本次實驗研究結果表明獲得的點云數據成果數學精度能夠達到優于1∶1000比例尺地形圖成果精度要求；在GNSS信號良好的情況下，移動激光掃描測量技術其獲取的點云成果可以用于檢測小于等于1∶1000比例尺的4D基礎測繪成果。

4.點云成果在測繪成果中的應用

4.1 質量服務范圍

移動激光掃描測量技術通過將全景影像數據與點云數據相匹配，構建高精度三維立體模型，具有空間地理坐標，不僅可以在常規測繪成果（如，DLG、DOM、DEM、DSM、變形監測、應急測繪檢驗）中得到應用，還可以應用在民政管理部門（如地名地址調查成果），城市管理部門（如，城市基礎設施采集和調查、地物屬性提取分類統計成果），交通管理部門（如，高速公路、普通公路改擴建調查成果）等多個領域。此外，這項技術在高精度地下及室內地圖、高精度自動駕駛地圖、空地協同高精度三維地圖等新興地理信息產業的生產和質量檢測中都能得到良好的應用。移動激光掃描技術單次采集點云數據可重復使用于多個領域、多個項目的質量檢驗，改變了傳統測繪獲取數據大多使用于單一項目的特點，人力成本與經濟效益顯著提升，推廣使用后不僅為廣東省“十四五”基礎測繪成果檢驗節約了大量檢驗費用，而且縮短了檢驗周期。

4.2 DOM實驗數據分析

本項實驗數據來源已通過省級質檢部門檢查驗收的“優于0.2m分辨率航空遙感影像DOM制作（2019年度）”項目成果，測區位置位于廣東粵西北地區。項目生產時間為2019年7月至9月，涉及1∶2000數字正射影像圖成果七萬多幅。項目坐標系統和投影參數使用正確，位置精度、影像質量等各項指標均滿足設計要求，其DOM中誤差精度指標為平地、丘陵地的地形類別要求達1.2m。

4.2.1 DOM成果精度檢驗方案

外業檢驗方式按照《數字測繪成果質量檢查與驗收》（GB/T 18316-2008）要求抽取其1批次作為試驗區，以30km2作為一塊樣本單位，共抽取15塊1∶2000的數字正射影像圖成果，在每塊樣本區的點云數據中隨機均勻采集30個左右平面特征檢測點，與DOM成果的同名位置點進行精度比對；或在DOM成果中隨機均勻采集30個左右平面特征檢測點與點云數據同名位置點進行精度比對，最后采用高精度數據精度檢測進行計算點位中誤差。該成果數據檢測結果（如表3所示）：

4.2.2 DOM成果精度評價

從表3可知：內業檢測平面特征點共計440個，平均0.396m，樣本檢測中誤差均小于標準中誤差，由誤差分布情況中可以看出DOM成果平面精度滿足技術設計中平地、丘陵地1.2m的要求，檢驗結果均達到相關測繪產品的質量技術要求。

表3 平面位置誤差分布情況表 單位：m

4.3 DEM實驗數據分析

本項實驗數據來源已通過省級質檢部門檢查驗收的“廣東省數字高程模型更新項目”成果，項目生產時間為2018年6月至2019年8月，其平地精度指標要求達0.5m。

4.3.1 DEM成果精度檢驗方案

外業檢驗方式按照《數字測繪成果質量檢查與驗收》（GB/T 18316-2008）要求抽取其1批次作為試驗區，以30km2作為一塊樣本區單位，共抽取15塊樣本區的1∶2000的數字高程模型成果，在每塊樣本區的點云數據中均勻采集30個左右高程特征檢測點，與DEM的同名位置高程點進行精度比對；或在DEM成果中均勻采集30個左右高程特征檢測點與點云數據同名位置高程點進行精度比對，最后采用高精度數據進行精度檢測，計算點位中誤差。該成果數據檢測結果（如表4所示）：

4.3.2 DEM成果精度評價

從表4可知：內業檢測高程特征點共計402個，平均中誤差為0.116m，樣本檢測中誤差均小于標準中誤差，由誤差分布情況可以得出：成果高程精度可以滿足技術設計中其平地精度指標0.5m的要求，檢驗結果均達到相關國家規范的質量技術要求。

表4 高程誤差分布情況表 單位：m

5.結束語

本文從移動激光掃描測量技術分析其數學精度的可靠性及快速獲取地物三維紋理信息等優點出發，從數字測繪產品質量服務應用方面探討采用全過程移動激光掃描測量技術構建質量保障服務，研究表明：基于點云數據采集檢測數學精度可行并有效，從“事后”到全面加強“事前、事中”應用方面，提升測繪地理信息成果應用的現勢性，保障測繪地理信息成果“隨生產、隨檢驗、隨應用”，更有利于決策管理部門更高效、準確地決策應用。

移動激光掃描測量技術雖然優點顯著，但如有道路兩旁綠化茂盛遮擋嚴重、建筑物林立密集或呈院落式分布、通行條件較差等影響掃描的情況，及GNSS信號弱，均會對成果相關精度產生影響。下一步重點對點云成果的可利用程度進行其深挖掘，充分發揮優勢；提升地物分類提取的準確率，提高作業效率；優化和改進內外業工作模式。