李 真，时 斐

(江苏省测绘研究所，江苏 南京 210013)

0 引言

“移动道路测量”是在机动车上装配GPS，CCD，INS或航位推算系统等先进的传感器和设备，在车辆的高速行进之中，快速采集道路及道路两旁地物的空间位置数据和属性数据[1]。“移动测量系统”在移动载体平台上集成多种传感器，由传感器自动采集载体的运动位置、姿态及周围环境点云及影像等各种三维连续地理空间数据，而后按一定的数据转换方法和融合算法，对生成各种空间信息应用系统所需的图形和数据信息，最终可重建测区真实场景。

本文基于移动测量系统在精度上的优势，探索研究了车载移动测量技术。首先，利用采集车辆获取道路的全景影像和高精度三维点云数据，通过叠加全景影像及三维点云，动态采集道路的三维空间场景，可以实现对道路空间线型的精确采集，准确计算其里程桩位置，从而对公路里程进行实地放样。

1 研究方法

基于移动测量采集的三维点云数据，自动生成线路轨迹，经内业处理后，计算公里桩位置，最后根据位置信息进行公里桩的回放。

研究总体技术路线包括：

(1)道路实景三维采集：将移动采集设备架设到汽车上，经过线路勘察和规划等前期准备，设置外业采集计划，对全省的国省干线公路进行点云及全景照片的采集。

(2)内业处理路线数据：通过对采集的点云数据进行IE解算，得到移动采集设备的采集轨迹点集，根据甲方对路线处理的要求，经内业处理后即为国省道路线数据。

(3)计算公里桩位置：利用ArcGIS插件技术，实现路线公里桩及每段路线起止点里程桩的自动化计算。

(4)外业回放公里桩：将自动计算的公路里程桩数据平移至道路边线位置，计算其经纬度坐标，根据对应的路线名称、里程桩号、经纬度信息等进行路面的回放打点，采用GPS-RTK法进行公里桩施测。

2 道路实景三维采集

移动车载测量过程是将移动测量设备架设在汽车上，根据规划的采集线路进行数据采集，最终获得点云、全景影像、绝对坐标和定位定姿等原始数据。

道路实景三维采集主要分为前期准备、设备安装、数据预采集、数据采集、设备卸载以及数据整理等6个阶段。

(1)前期准备：首先对待测区域的大致情况进行了解，根据道路的分布情况、精度要求等做出初步的采集路线计划。同时，对设备的完整性和设备状态进行检查确认。

(2)设备安装：设备安装包括基站的架设及车载测量设备的安装等。在进行外业采集之前，确保基站已经架设完毕，并开始正常工作。

按照对中、整平、测高、采集的先后顺序进行基站架设，对于基站的位置选择，通常情况下移动站与基站之间的距离不能超过20 km，即每次架设好基站后，移动站的工作范围限定在以基站为中心，半径20 km的圆形区域内。在没有停止基站数据采集的情况下，不能移动基站的位置。

基站架设完成后，对车载测量设备进行安装，先安装一体化结构平台，再进行全景相机与车轮编码器的安装。

(3)数据预采集：数据预采集主要是通过移动采集设备进行一定的试拍，在确保所有设备能够正常工作，采集的点云数据、全景照片等正常，且相机曝光参数正确后，方可进行正式的数据采集。

(4)数据采集：在采集开始前，需寻找卫星信号较好地段，并验证当前IMU收敛角度，保证测量精度。在完成POS采集、扫描仪采集后，开始进行外业采集作业。根据预先规划好的采集线路及采集顺序，进行数据采集。

(5)设备卸载：在设备电源全部关闭后，进行移动采集设备卸载。

(6)数据整理：在设备拆除之后，数据需要从不同的设备拷贝至数据存储磁盘中。

3 道路实景三维采集精度验证

使用一体化三维移动测量系统结合RTK的测量方式，通过特征点坐标值的对比来验证道路数据采集精度。以RTK实测坐标为基准，与移动测量系统获取的三维激光点云中提取的坐标比对，统计其精度。

3.1 试验条件

(1)需要采集道路标线、标志标牌等特征点坐标，要求道路上行驶车辆要少，路边不能停靠大量车辆，以防道路标线、标志标牌被严重遮挡，无法采集到有用数据。

(2)要求道路标线清晰，无严重磨损，与路面颜色反差较大，便于识别。标志标牌周围无明显干扰物体。

(3)要求GPS信号质量良好(有效卫星5颗及以上)。

3.2 精度分析与对比

(1)外业作业精度评测：对测试路段进行点云采集，通过IE解算，得到POS的精度，作为评定点云精度的指标之一。此次试验POS精度小于30 cm，精度良好。

(2)坐标提取：在三维激光点云处理软件中，提取相应特征点的坐标，将RTK坐标和点云坐标录入Excel对比分析xyz方向差值及三维距离，并分析均方差。

(3)结论：经测试，采用移动测量系统采集道路数据的精度满足JT/T318—1997《公路定位规则》的精度要求，精度对比如表1所示。

表1 精度对比

4 路线数据内业处理

对于外业采集的数据进行一定的处理，获取精确的道路路线数据。

(1)IE解算：IE解算处理操作分为4个阶段，分别为数据模式转换阶段、添加数据阶段、数据处理阶段和数据导出阶段。

首先对基站数据、移动站数据进行模式转换，随后对数据进行紧耦合解算，依次设置处理模式、IMU、对齐模式、杆壁值、IMU旋转角等参数后，对数据进行处理。设置坐标轴及经纬度后，按1 m的长度间隔将数据导出。

(2)路线线性处理：由于IE解算后的POS文件中存放了每隔1 m的采集路线经纬度信息，根据这一信息对路线数据进行处理。根据经纬度信息将1 m间隔的路线点集转换成线性路线，叠加正射影像，对路线的交叉口、线型、共线等进行处理，最终形成路线矢量数据。

5 里程桩位置计算

利用移动车载测量采集到的点云数据对路线进行制作，该路线数据中带有高程信息，依据路线数据及道路起止点坐标，计算道路表面长度，从起点开始，在路线上每隔1 km打一个点，即为公里桩，公里桩桩号从0开始。

利用距离附属设施最近的公里桩桩号，基于ArcGIS的里程桩反算技术，自动计算附属设施与该公里桩沿道路上行方向的距离，从而计算附属设施的桩号。

6 公里桩实地回放

采用GPS-RTK 法进行施测，将里程碑桩号及坐标数据导入GPS，根据每个点位坐标放点，每隔1km 测设一个点，实际施测点位必须位于公路边上，标记采用红色油漆喷涂，所做标记于路肩或路边的路面上。

(1)准备工作：包括资料准备、技术设计、制定生产实施计划、人员设备准备等。资料准备工作包括资料的收集与整理，根据收集的资料、任务书及相关技术规范的要求，编写项目技术设计，制定确实可行的生产实施计划。

(2)确定中央子午线：通过ARGIS建立经纬度格网，得到中央子午线分布图。通过判别落在相应经纬度范围内确定经纬度，精确到整数位。

(3)建立坐标系统：坐标系统椭球采用CGCS2000椭球，中央子午线设定为上述确定好的中央子午线。

(4)导入待放样数据：放样采用RTK法，放样点提前导入手簿，点文件格式可采用“*.txt”格式，以逗号分隔，其他格式可根据手簿要求，进行配置。数据导入后，需检查数据是否导入正确。

(5)RTK放样：点放样过程中，为了快速找点，首先利用非固定状态的RTK找到放样点概略位置，再由固定状态的RTK精确放样。

华测X10放样步骤如下：如图1所示，首先从【点管理】中选择要放样的点后，在【待放样点】查看点放样任务，有了具体放样目标后，屏幕显示当前点到目标点的方向线，同时会实时显示当前平面坐标，点击切换后可显示当前点到放样点的偏移量、距离、高差、俯仰角、方位角，随着放样操作者的移动，数值和视图会发生变化。通过不断减小与待放样点的距离，最终可得到符合精度要求的放样点。

图1 放样步骤

(6)标志喷涂：利用喷漆或油漆喷绘放样点标志时，选择平整、干燥的路面进行喷涂，保证标志清楚、明显。同时，为了避免标志在埋桩前被破坏，在路面以外选择另一明显地物(如小树、护栏等)进行辅助喷涂，每个点都作点之记，帮助后期埋桩时快速找点。

7 结语

传统的道路里程桩数据是由外业利用全站仪、皮尺等工具实际测量而来，投入产出比较低。利用移动测量技术快速获取道路三维点云，运用ArcGIS插件技术，对道路里程信息进行自动计算，在提高精度的同时，大大减少了外业作业工作量，缩短了外业采集时间，更在很大程度上解决了外业工作危险性的问题。