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      基于iScan一體化移動測量系統的 帶狀地形圖測繪生產技術

      2017-08-28龔書林《測繪通報》
      摘要:iScan一體化移動測量系統可以在快速移動過程中,采集道路及兩旁的三維激光點云和全景影像數據,通過內業數據處理軟件,可以基于點云和影像快速采集提取空間地理信息要素。大大降低外業工作強度,將外業測量工作,帶到內業處理完成,在總體上縮短工期,降低成本,在與傳統全站儀或RTK作業方式效率對比上,可以提高2-3倍。
      iScan在帶狀地形圖測繪,具有天然優勢,先后在多省市,開展實施道路DEM更新、道路改擴建工程勘測、公路帶狀地形圖測繪、河堤邊坡地形圖測繪等,通過工程應用方面的深入開展,在精度和效率方面均得到充分檢驗,取得良好效果。
      關鍵字:iScan、移動測量、激光點云、全景影像
      一、引言
      隨著信息技術的不斷發展,數字地球、數字城市、虛擬現實等概念的出現,人們對空間三維信息獲取的需求更加迫切?;跍y距測角的傳統工程測量方法已經相當成熟、GPS可以全天候24小時獲取任何位置的三維坐標,但他們多用于單點定位測量,作業效率低,無法滿足快速測量更新需求。隨著傳感器、光電子、計算機等技術的發展,基于攝影測量與遙感技術成為主流,但它是由二維影像立體相對的方式獲取三維信息,采集提取三維坐標慢且精度低,同樣不能滿足要求。
      三維激光測量技術的出現后,通過與慣性導航、衛星定位、里程計、全景相機、計算機控制等模塊的一體化集成,固定在移動平臺上,使得空間三維信息的快速獲取成了可能。iScan一體化移動測量系統正是這樣一套一體化、高可靠、易運輸、易安裝的剛性體。
      二、生產流程
      基于iScan一體化移動測量系統帶狀地形圖測繪主要流程包括:外業數據采集、內業數據處理提取、外業調繪、調繪成果成圖等。
      圖1 生產處理流程
      外業采集階段主要包括GPS基站靜態數據采集、iScan工程采集、POS解算(結合基站靜態數據、移動站數據、慣性導航數據、里程計數據等綜合解算移動平臺的每時刻位置和姿態)、根據POS和內部部件相對位置關系解算點云絕對坐標和全景影像位置和姿態。
      在內業處理采集階段主要工作是點云數據預處理、基于點云與全景數據的地物要素采集、路面點云分類DEM數據加工等工作。
      1.點云預處理包括:點云去噪、點云過濾、點云分類、全景與點云配準著色、點云數據格式轉換等處理。
      圖2 點云預處理
      a)通過空中噪點、陽光噪點的過濾,去除無效點云;
      b)通過POS位置過濾,可以隱藏激光掃描儀高度以上的點云,避免在俯視圖下道路兩邊樹的點云遮擋道路邊線;
      c)通過全景與點云配準著色,可以制作顏色點云,為基于點云測圖提供更直觀判讀;
      d)通過點云數據格式轉換處理,可以支持第三方點云數據導入,同時可以導出到其他軟件進行后續處理。
      e)通過點云的多種渲染模式,可以更加直觀的基于點云測圖。如按照高度循環疊加強度信息,繪制道路邊線、綠化帶、樹池、立桿、陡坎等,按照強度渲染,繪制車道線、道路標志線等,通過高度渲染,繪制房屋輪廓線、圍墻等。
      圖3 點云多種渲染模式
      2.CAD環境下基于點云和全景測圖
      CAD軟件在基礎測繪領域具有廣泛的用戶群體,iScan產品配套帶有“海達點云測圖CAD插件”(HdPtCloudVector For AutoCAD),它提供在CAD環境下iScan工程管理、軌跡瀏覽定位、點云與全景瀏覽、矢量測圖符號庫、數字測圖采集、數據成果導出等功能。
      圖4 CAD環境下點云與全景測圖
      “海達點云測圖CAD插件”中支持系列比例尺地形圖符號庫、城管部件符號庫、水文要素符號庫等。點云顯示同樣有多種渲染方式,支持在全景影像上測量地物要素,量測寬高屬性。
      3.ArcGIS環境下基于點云和全景測圖
      ArcGIS軟件在GIS行業內有眾多用戶基礎,具有很強大的測圖、編輯、建庫、分析等功能,為此iScan配套軟件中包含“海達點云測圖ArcGIS插件”,提供在ArcGIS環境下加載顯示iScan工程、點云在二維地圖顯示、軌跡瀏覽定位、三維渲染點云與全景顯示、二維地圖與三維點云聯動、全景與二維地圖聯動,數字測圖采集、全景測量、點云過濾等功能。
      “海達點云測圖ArcGIS插件”提供多方位、多數據源一體化的測圖建庫軟件環境,測圖成果數據格式可以是ArcGIS支持編輯的任何格式,如本地個人數據庫、Shapefile文件、ArcSDE數據庫等。軟件中內置城管測圖本地數據庫模板,其他行業測圖建庫,可以通過定制數據庫和符號后,添加到軟件中進行測圖。
      圖5 ArcGIS下點云與全景測圖
      在ArcGIS測圖插件環境下,有三種測圖方式:
      a)在二維視圖下通過疊加俯視點云測圖;
      b)在三維點云視圖中測圖;
      c)在全景視圖中測圖,量測寬高信息等;
      俯視點云可以和二維地圖疊加顯示,二維地圖和三維點云及全景視圖可以相互聯動定位,通過多方位多數據源進行聯合測圖。
      圖6 ArcGIS下多數據源聯合測圖
      三、質量控制
      1.iScan工程數據檢查
      1)檢查POS解算的精度報告,0~10cm是精度較高,0~50cm是精度一般;
      2)檢查點云數據是否完整,檢查每個掃描頭目錄下是否有點云文件,是否有全景影像和軌跡文件;
      3)檢查影像數據是否完整,相機目錄下是否有iScan-Image-1.db影像數據文件、iScan-Image-1.hdi影像軌跡文件;
      4)使用HD 3LS Scene點云處理軟件打開iScan工程,檢查軌跡、點云、影像是否可以顯示,全景和點云是否可以疊加顯示;
      5)檢查每個掃描頭點云是否可以疊加顯示以及疊加套合精度;
      2.內業測圖檢查
      在內業測圖檢查前需要將測圖成果合并,并將iScan工程軌跡線合并,將測圖成果和軌跡線坐標轉換為底圖坐標系。
      1)將測圖成果和軌跡線疊加檢查是否遺漏;
      2)檢查測圖成果街邊是否遺漏或重復;
      3)將坐標轉換前測圖成果和點云疊加檢查量測精度是否正常;
      4)將測圖成果與底圖疊加合并,檢查符號顯示是否正常,為后續打印調繪做準備;
      3.成果檢查
      通過外業調繪,并將調繪成果成圖后,最后還需要對成果進行檢查。
      1)調繪成果成圖檢查,檢查外業調繪成果是否正確添加到成果中;
      2)成果數據打印出圖,外業抽查;
      四、結束語
      iScan移動測量系統是集多種傳感器于一體剛性平臺,是三維空間地理信息快速采集系統,同時配套完整的內業處理生產軟件,可以滿足帶狀地形圖快速采集更新要求,可廣泛應用于市政規劃、城市管理、地理國情普查等。
      參考文獻
      [1] 楊帆,董景利,薛偉.三維激光掃描技術及其相關軟件在建模方面的應用.地礦測繪,2012,28(3) .
      [2] 王明軍,楊偉.淺談基于AutoCAD建立符號庫的設計.科技廣場,2005(12) .
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