（地图学与地理信息系统专业论文）面向gis的车载空间数据采集系统研究.pdf

摘要随着社会经济的高速发展，道路等基础设施日新月异，同时人们对空间数据需求也愈来愈大，要求也愈来愈高。测绘成果必须快速更新，方可使其具备实时、全面、准确等实用特征。现代高科技支持下的移动测量系统( m o b i l em a p p i n gs y s t e m ，删s ) 就是一种快速采集g i s 空间数据的方式。它可以快速获取道路及道路两旁地理实体的空间数据和属性数据。m m s 数据采集以其高效率、低成本等优点正成为传统人工测量方法与航空摄影测量方法的有效补充。针对m m s 系统以及基于m m s 的空间数据采集研究对促进我国测绘领域的研究和提高交通信息化与现代化管理水平都具有重要的理论和应用价值。m m s 系统的数据后处理只能在c c d 相机摄取的立体影像上进行坐标及距离量测。获得目标地理实体结构化的g i s 数据才是最终目标。所以，面向g i s 的车载空间数据采集系统研究是删s 数据后处理系统研究的关键内容之一。本文以车载三维数据采集系统3 d r m s 为研究平台，对删s 系统g i s 空间数据采集系统进行研究。主要内容如下：( 1 ) 面向g i s 的空间数据采集与编辑处理。本文采用g e o d a t a b a s e 为数据存储模型。在c a t a l o g 工作模式下实现目标地物特征类的定制。在m a p 工作模式下从c c d 立体影像中直接采集空间地理实体，并在g e o d a t a b a s e 中结构化存储，从而实现目标地物g i s 数据的一站式采集。对于属性数据和空间数据的错误提供了方便的编辑功能予以纠正。对于存在信息盲点以及非一次性采集到的地理实体也通过编辑功能完成采集。( 2 ) 面向g i s 的数据可视化组织与管理。面向g i s 数据采集，设计出了m a p 与c a t a l o g两种互动工作模式。在m a p 工作模式下以图层方式对自动生成的轨迹点与轨迹线、作业员定制并导入的目标地物特征类以及导入的外源基础g i s 数据进行可视化组织与管理。同时将m m s 系统所获取的c c d 立体影像与轨迹进行动态关联，有效支持基于m m s 的g i s 数据采集；在c a t a l o g 工作模式下，以资源管理器组织项目工作目录，支持采集成果即g e o d a t a b a s e下特征类的定制以及数据可视化，同时支持轨迹点、轨迹线、项目地图文档以及外源数据的可视化组织与管理。基于上述研究内容，取得的主要研究成果如下：将c c d 影像立体量测与g i s 空间数据采集与编辑有机集成到同一环境，设计了从c c d 立体影像直接采集结构化g i s 空间数据的流程，实现了基于m m s 的g i s 空间数据一站式采集；根据c c d 立体影像的空间位置相关性，提出了m m s 系统中“c c d 立体影像管理地理信息系统”的理念，将姗s 系统中获取到的大量c c d 立体影像以g i s 的方式组织管理。配合g i s 空间数据采集，设计并实现了c c d 立体影像与删s轨迹点的动态关联器。其有效提高了基于m m s 的g i s 空间数据生产效率，缩短了空间数据生产周期，具有很强的适用性。关键词：移动测图系统；g i s 数据采集；c c d 影像数据组织；a r c g i se n g i n e ；g e o d a t a b a s ei v a b s t r a c ta l o n gw i t hf a s td e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n de c o n o m y r o a da n dt h ei n f r a s t r u c t u r ec h a n g ew i t he a c hp a s s i n gd a y a tt h es a m et i m e ，t h e r ei sag r e a td e m a n df o rs p a t i a ld a t ao fh i g hq u a li t y o n l yt h es u r v e yr e s u l tt ob er e n e w e dq u i c k l y ，j u s ti th a sm o r ep r a c t i c a lc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha sr e a lt i m e 、o v e r a l l 、a c c u r a t ea n ds oo n t h em o b i l em a p p i n gs y s t e m ( m m s ) w h i c hi ss u p p o r t e db yt h em o d e r nh i g ht e c h n o l o g yi sak i n do fw a yt h a tc o l l e c t st h eg i ss p a t i a ld a t aq u i c k l y t h e 删sc a no b t a i nt h es p a t i a ld a t aa n da t t r i b u t ed a t ao f t h er o a d sa n do t h e rg e o g r a p h yt a r g e t so nb o t hs i d e so f t h er o a d sq u i c k l y t h i sm e t h o do fo b t a i n i n gg i sd a t au s i n g 删si sb e c o m i n gag o o dc o m p l e m e n tt ot h et r a d i t i o n a la r t i f i c i a lm e a s u r em e t h o da n dp h o t o g r a m m e t r ym e t h o dw i t hi t sa d v a n t a g e ss u c ha sh i g h e f f i c i e n c ya n dl o wc o s t t h er e s e a r c ht om m sa n dm m s - b a s e dg i ss p a t i a ld a t ac o l l e c t i o nh a si m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv a l u e s ，w h i c hp r o m o t e sn o to n l yt h es u r v e yr e s e a r c ho fo u rc o u n t r y ，b u ta l s ot h el e v e lo fi n f o r m a t i o n b a s e dt r a n s p o r t a t i o no fm o d e r nm a n a g e m e n t t h ed a t ap r o c e s s i n go f 删ss y s t e mc a no n l ys u r v e yc o o r d i n a t e so rd i s t a n c eo ns t e r e oi m a g e sw h i c ha r eo b t a i n e db yc c dc a m e r a si nm m ss y s t e m 。b u to u rg o a li st oo b t a i nt h es t r u c t u r e dg i ss p a t i a ld a t a s ot h er e s e a r c ho fv e h i c l e b o r n es p a t i a ld a t a c o l l e c t i o ns y s t e mf a c i n gg i si sak e yc o n t e n to f 删sd a t ap r o c e s s i n gr e s e a r c h e s t h i sr e s e a r c hi sb a s e do n av e h i c l e - b o r n e 蹦sn a m e d3 d 跚s m a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w ：( 1 ) t h es p a t i a ld a t ac o l l e c t i o na n de d i t o rp r o c e s s i n gf a c i n gg i s t h i sp a p e ru s et h eg e o d a t a b a s ed a t as a v i n gm o d e l a tt h ec a t a l o gm o d e ，w ec u s t o m i z et h et a r g e to b j e c tf e a t u r ec l a s s a tt h em a pm o d e ，w ec a nc o l l e c tt h ed a t a o fg e o g r a p h i co b j e c t sd i r e c t l ya n ds a v et h es t r u c t u r e dg i sd a t ai nt h eg e o d a t a b a s e s ow ec a no b t a i nt h eg i sd a t af r o mo n es t a t i o n a sf o re r r o r so f t h ea t t r i b u t ed a t aa n ds p a t i a ld a t a ，w ec a nu s et h ee d i t o rt o o l st oc o r r e c tt h e m a sf o rt h eg e o g r a p h i co b j e c t sw h i c hc a nn o tb e e nc o ll e c t e df o rt h ei n f o r m a t i o nb li n ds p o ta n dt h eg e o g r a p h i co b j e c t sw h i c hc a nn o tb e e nc o l l e c t e da to n et i m e ，w ec a nu s et h ee d i t o rt o o l st oc o r r e c tt h e m ( 2 ) t h ed a t a o r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n tf a c i n gg i si nv i s u a l i z a t i o n w ed e s i g n e dm a pm o d ea n dc a t a l o gm o d et ow o r kw i t hd a t ac o l l e c t i o nf a c eg i s ，a n dt h i st w ow o r km o d e sc a ni n t e r c o m m u n i c a t ev e r yw e l1 a tt h em a pm o d e ，w eo r g a n i z ea n dm a n a g em u l t i s o u r c ed a t ab yl a y e r si no b s e r v a t i o n t h em u l t i s o u r c ed a t ai n c l u d et r a c ev 一p o i n ta n dt r a c el i n ew h i c hh a v eb e e nc r e a t e da u t o m a t i c a l l y ，t a r g e to b j e c tf e a t u r ec l a s sw h i c hi sc u s t o m i z e da n di m p o r t e dt oc u r r e n tm a p ，o t h e rf o u n d a t i o ng i ss p a t i a ld a t ai m p o r t e dt oc u r r e n tm a p i no r d e rt os u p p o r td a t ac o ll e c t i o nb a s e dm m s ，w ed e s i g n e dd y n a m i c a la s s o c i a t i n gs t e r e oi m a g e sw i t ht h et r a c ep o i n t s ：a tt h ec a t a l o gm o d ew eu s ew i n d o w se x p l o r e rt oo r g a n i z eo u rp r o j e c t a n di nt h i sm o d ew ec u s t o m i z ea n dc r e a t ef e a t u r ec l a s si ng e o d a t a b a s ew h i c hi sc r e a t e da u t o m a t i c a ll ya sac o n t a i n e rt os a v ec o l l e c t i o n so fp r o d u c t s i nt h i sm o d e ，w ec a no r g a n i z ea n dm a n a g et r a c ep o i n t s ，t r a c e1i n e ，p r o j e c tm a pd o c u m e n ta n do t h e rg i ss p a t i a ld a t ai no b s e r v a t i o n a c c o r d i n gt ot h ea b o v e m e n t i o n e dr e s e a r c hc o n t e n t s ，t h em a i nr e s e a r c hr e s u l to b t a i n e da r ea sf o ll o w s ：w eh a v ei n t e g r a t e dm e a s u r e m e n tb a s e do nc c ds t e r e oi m a g e sa n dg i ss p a t i a ld a t ac o l l e c t i o na n dd a t ae d i t o rt o o l si n t oo n es y s t e mv e r yw e l la n dd e s i g n e dt h ep r o c e s st oc o l l e c ts t r u c t u r e dg i ss p a t i a ld a t ad i r e c t l yf r o mc c ds t e r e oi m a g e s w eh a v er e a l i z e dg i ss p a t i a ld a t ac o l l e c t i o nf r o mo n es t a t i o nb a s e do nm m s ：a c c o r d i n gt ot h es p a t i a lp o s i t i o nr e l a t i v i t yo ft h ec c ds t e r e oi m a g e s ，w eh a v ep u tf o r w a r dt h ec o n c e p to f “g i sm a n a g e rf o rc c ds t e r e oi m a g e s ”i n 删s ，b a s e do nw h i c hw em a n a g e dal o t so fc c ds t e r e oi m a g e so b t a i n e df r o mm m si nt h ew a yo fg i s t os u p p o r tg i ss p a t i a ld a t ac o l l e c t i o n ，w ed e s i g n e dad y n a m i cc o n j u n c t i o ns y s t e mw h i c hc a nc o n j u n c tt h ec c ds t e r e oi m a g e s ，t h et r a c ep o i n t so ft h em m s t h isd e s i g np r o m o t e st h ee f f i c i e n c yo fg i sd a t ap r o d u c t i o n ，a sw e l la ss h o r t i n gt h ep r o d u c t i o np e r i o do fg i sd a t a i th a sag r e a tp r o s p e c to fa p p li c a b i1 it y k e y w o r d s ：m o b i l em a p p i n gs y s t e m ：t h eg i sd a t ac o l l e c t i o n ；t h ec c di m a g ed a t ao r g a n i z a t i o n ；a r c g i se n g i n e ：g e o d a t a b a s ev i 图索引图卜1 移动测量系统v l s a t 以及处理软件v i s a ts t a t i o n 3图卜2 移动测量系统a r a n 以及其数据后处理软件3图卜3 武汉立得移动测图系统l d - 2 0 0 0 r h 以及其后处理软件3图1 - 4 面向g i s 的车载空间数据采集系统研究技术路线7图2 - 13 d r m s 系统构成图9图2 - 23 d r m s 图像控制及采集软件主界面1 0图2 - 33 d r m s 数据采集及处理流程1 l图2 - 4 计算机屏幕坐标系与像平面坐标系1 1图2 - 5 像空间坐标系1 2图2 6 像空间辅助坐标系1 2图2 - 7 物方空间坐标系1 3图2 - 8 室内( 左) 以及室外( 右) 标定场1 4图2 - 9 立体影像同名像点确定空间物点1 5图2 - 1 0g p s 、i n s 与c c d 相机对之间的关系图1 6图3 - 1g p s i n s 数据联合处理结果显示2 0图3 2 项目同步数据表及其结构2 0图3 - 3 轨迹点、轨迹线的生成流程2 1图3 - 4 自动生成的轨迹点、轨迹线2 2图3 5 加载了外源数据的轨迹2 2图3 6 空间参考设定了特征的x ，y 坐标2 3图3 - 7g e o d a t a b a s e 中的几何对象模型2 5图3 83 d r m s 空间数据采集流程2 6图3 - 9 表、对象和属性2 6图3 - 1 0 特征类定制流程2 7图3 - 1 1 点对象空间数据采集流程2 8图3 - 1 2 线对象空间数据采集流程2 9图3 1 3 复杂线状地理实体( 路崖) 左相机连续影像序列2 9图3 - 1 4 序列影像显示的同一地理实体3 0图3 1 5 形状可确定面状地物3 1图3 - 1 6 存在信息肓点的面状地物3 l图3 - 1 7 数据编辑总体流程3 2图3 1 8 点对象空间信息( 图左) 属性信息( 图右) 编辑3 2一i 一图3 一1 9 对于存在信息育点的数据编辑3 3图4 一l3 d i 删i s 数据后处理系统y a p 工作模式与c a t a l o g 工作模式3 4图4 - 2c c d 立体影像与轨迹点的关联及动态显示流程3 5图4 - 3c c d 立体影像与当前活动轨迹点关联及动态显示界面3 6图4 - 4 当前轨迹点显示属性3 7图4 - 5 图层方式数据组织3 7图4 - 6 图层组织方式下数据可视化控制3 8图4 - 7 资源管理器数据组织流程图3 8图4 - 8 资源管理器方式数据组织与管理3 9图4 - 9c a t a l o g 工作模式下数据可视化预览及属性数据浏览3 9图5 - 1 系统总体框架图4 l图5 - 2h r c o b j e c t s 与a r c g i s 系列软件的关系4 3图5 - 3 面向g i s 的车载空间数据采集系统总体功能4 3图5 - 4m a p 工作模式下主要工具4 4图5 - 5m a p 工作模式下系统主界面4 5图5 - 6c a t a l o g 工作模式下系统主界面4 6图5 - 7 生成轨迹( 左) 并加载基础地理信息数据( 右) 4 7图5 - 8c a t a l o g 工作模式下定制特征类4 7图5 - 9 特征类自定义属性( 字段) 4 8图5 - 1 0 自定义特征类添加到当前地图4 8图5 - 1 1 在导航到要采集的目标地物后进行激活人工选点功能4 9图5 - 1 2 选择待采集地物特征类4 9图5 一1 3 目标地物三维坐标解算并输入属性信息5 0图5 - 1 4m a p 工作模式下图层方式数据组织与管理5 0图5 - 1 5c a t a l o g 工作模式下当前结点为文件夹5 1图5 - 1 6c a t a l o g 工作模式下当前结点为g e o d a t a b a s e 5 2图5 - 1 7c a t a l o g 工作模式下当前结点为s h a p e f i l e 文件时的预览图5 2图5 - 1 8c a t a l o g 工作模式下当前结点为s h a p e f i l e 文件时的属性浏览5 3图5 - 1 9c a t a l o g 工作模式下当前结点为a r c m a p 软件地图文档m x d 文件时预览5 3图5 - 2 0 当前结点为g e o d a t a b a s e 下面的特征类时数据预览5 4图5 - 2 1 当前结点为g e o d a t a b a s e 下面的特征类时属性表浏览5 4图5 - 2 2m a p 工作模式下数据开始编辑5 5图5 - 2 3 编辑数据源选择对话框5 5图5 2 4 选择一定数据源下的编辑数据项5 5图5 - 2 5 编辑属性信息5 6图5 - 2 6 编辑线坐标信息5 6表索引表卜1 移动道路测图系统对比表4表2 - 13 d r m s 主要设备及设备参数1 0学位论文独创性声明本人郑重声明：1 、坚持以“求实、创新 的科学精神从事研究工作。2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。作者签名：日期：如望，三：丝学位论文使用授权声明本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。作者签名：日期：山巾寥丝面向g i s 的车载空间数据采集系统研究第1 章绪论1 1 研究背景信息获取技术在相当大程度上决定着信息技术中的信息处理、信息应用、信息工程的流程与结构。随着计算机技术、空间技术、现代通信技术、遥感技术和地理信息技术的发展，地理信息科学作为信息科学的重要组成部分，有了突弋猛进的发展。人们可以运用各种现代化的方式来采集、获取、存储、管理和更新与地理和空间分布有关的随时间变化的数据和信息，并以它们为基础构成各种空间信息系统，以便于应用计算机进行资源调查、区域发展规划、国土整治、环境保护监测、灾害预报与防治，以促进我国社会经济的可持续发展。目前，导航电子地图数据动态维护与更新方式远远跟不上现实世界变化的步伐( 胡刚，金振伟，司小平等2 0 0 6 ) 。空间数据的获取一直是建设全面、准确的地理信息系统首先要解决的问题。如果无法有效解决快速准确的信息获取与信息处理问题，其必将成为遥感与g i s 发展中的“瓶颈”问题( 李德仁，周月琴，全为铣2 0 0 1 ；李树楷，刘少创1 9 9 9 ) 。人们通过各种途径进行空间信息的获取，尤其是与人们生产生活密切相关的空间( 城市、道路等) 信息的获取，但需求永远大于供给。一方面，传统的测绘方式不能满足需求。目前我国测绘界空间信息获取的方式主要有两种：第一种是传统的人工外业、内业结合的方式。传统测量方法对环境有较强的适应性，是二维测图最常用的方法。无论野外工程测量，还是城市环境大比例尺地形图测绘，传统测量方式都发挥了重要作用。全站仪、g p s 等先进测绘仪器的普及，大大提高了数据采集的精度和效率。然而，与数据信息需求量相比，传统测量方法表现出了数据生产周期长、数据生产成本高的缺陷，并且人员不能到达的地方很难获得有效数据( 李永强2 0 0 7 ) ；第二种方式是卫星遥感与航空摄影测量，这种方式采用航空手段获取地表信息，适用于大面积测绘作业的有效手段，得到了广泛应用。从航天飞机到卫星，再到飞机、气球等空中平台，通过安装在这些空中平台上的传感器，从空中对地物实施不同层次、不同分辨率的观测，快速获取地表空间位置信息。然而受数据获取方式的限制，对地物细节信息的获取存在一定困难，同时具有成本高，在某些情况下存在精度不足、判读难的缺点( 闵世平，李成名，印洁2 0 0 3 ) ；当然还有一种就是通过原图数字化的方法，这种方法建立的数据精度低，无法满足常规的数据需求( 张宜方2 0 0 6 ) 。另一方面，道路等基础设施的日新月异，使得测绘成果必须快速更新，方可具备实时、全面、准确等实用特征( 李德仁，陈小明，郭丙轩等2 0 0 0 ) 。而这些恰恰是上述两种测绘方式难以胜任的。对这两种测绘方式的诸多不足，两院院士、中国测绘学会理事长李德仁深有感触地说：“完成全世界1 ：5 0 0 0 的地图，用人工地面测量的方法，在全世界的测量员不休息的工作情况下，所需时间是5 0 年，即使使用卫星测量的方法也需要三五年时间，所以必面向g i s 的车载空间数据采集系统研究须大幅提高测量速度”( 石萍2 0 0 2 ) 。漫长的g i s 数据更新周期以及高昂的数据更新费用使g i s 空间数据获取工作朝着信息化、数字化、自动化和产业化的方向发展，“移动测量系统”( m o b i l em a p p i n gs y s t e m ，m m s ) 应运而生( 孙红星2 0 0 4 ) 。m m s 是当今测绘界最为前沿的科技之一，代表着未来道路电子地图测绘领域的发展主流，它是在机动车上装配g p s 、c c d 、i n s 或航位推算系统等先进的传感器和设备，在车辆高速行进中，快速采集道路及道路两旁地物的空间数据和属性数据( 李德仁2 0 0 6 ) 。移动测量系统通过多种传感器互补，自动或半自动采集各种地理空间信息，并使用一定的数据处理方法对所采集的数据进行处理和加工，最终生成各种空间信息应用系统所需要的图形、数据等信息。m m s 的突出优点表现在它对野外数据采集的快速高效方面( 杨松林，王斌2 0 0 0 ) 。南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室与武汉大学合作，开发研制了集成4 台c c d 相机、1 台高速视频摄像机、3 台线性阵列激光扫描仪、l 部高精度差分g p s 惯性导航设备( d g p s i n s ) 的车载数据采集系统，所有设备在计算机控制下，利用g p s 授时进行同步工作，采集汽车平台运行过程中道路及两侧地物目标的立体图像、视频图像、三维点云以及瞬时坐标和姿态参数等。现代高科技支持下的移动测量系统将道路两旁地物的特征信息都记录在了c c d 立体像对上，只有经过专业软件处理才能成为满足行业要求的g i s 数据。本文依托于盛业华教授主持的江苏省高校自然科学重大基础研究项目“移动三维空间数据采集与处理方法研究”( 0 7 k j a 4 2 0 0 5 ) ，利用虚拟地理环境教育部重点实验室的车载三维数据采集系统，针对所采集数据的组织与管理、后续编辑与处理的一系列问题，进行面向g i s 的车载空间数据采集系统研究。1 2 国内外研究现状1 2 1 移动测图系统( 姗s )地面车载移动测量系统是2 0 世纪9 0 年代兴起的一种快速、高效的集多传感器集成技术、计算机技术、遥感技术以及空间定位技术于一身的地图生产系统。许多科研机构和公司开发出了集成g p s 、i n s 、激光扫描仪、c c d 相机的车载三维数据采集系统，随着各相关技术的迅速发展，基于多传感器集成的地面车载空间数据采集系统也得到了迅速发展并成功进入了实用阶段。1 ) 国外典型姗s 系统及比较t r u c k m a p ( t r u c km o u n t e da c q u i s i t i o np l a t f o r m ) 系统是美国j e c a 公司于1 9 9 4 年推出的机动制图系统( 李庆田2 0 0 5 ) 。该系统是利用g p s 、激光测距仪和高精度方位角测量仪确定目标的位置，同时记录影像。目标与影像是通过记录的位置和时间信息达到一一对应的。a d v a n c e de n g i n e e r i n g 公司利用车载1 2 通道双频差分g p s 接收机、惯性导航系统、能够将车轮转动数据传给惯性导航系统的计数器、以及车顶上安装的数字相机，获取带有时间标记的数字彩色立体像对的制图系统( 李庆田2 0 0 6 ) 。2面向g i s 的车载空间数据采集系统研究氍嚣一一一耋g 名一j 重，= - 飘雾一一一f i g u r e2 6 ：i 娃i 远矾j 蕊蠢图1 1 移动测量系统v i s a t 以及处理软件v i s a ts t a t i o nv i s a t ( v i d e o i m a g e s 、i n ss y s t e ma n d t h eg p ss a t e l l i t es y s t e m ) 是加拿大c a l g a r y人学开发的用于道路调查和常规g i s 应用的姗s 系统( e l s h e i m y ，n 1 9 9 6 ) 。该系统由l t n 9 0 一i 0 0 捷联型惯导系统、动态差分g p s 以及8 台覆盖1 8 0 。视场影像的相机构成( 图卜1 ) 。g p s v a n 是俄亥俄州立大学制图中心研制的删s 系统。该系统利用动态g p s 接收机、一组可以形成立体像对的c c d 相机、一台自动计程仪、一台能够测量汽车运行速度的车轮传感器和一台用于测量姿态参数的陀螺系统组成的车载测图系统( 李庆田2 0 0 6 ) 。图1 2 移动测量系统a r a n 以及其数据后处理软件a r a n 是r o a d w a r e 公司开发的道路信息采集系统( 图1 - 2 ) 。该系统集成多达6 部c c d相机以及g p s 等传感器。该系统由许多子系统组成，系统使用一个后轮驱动的光学轴编码器，车轮每转一圈产生2 0 0 0 个脉冲，这些脉冲被发送到中央数据采集计算机供其它子系统使用。2 ) 我国m m s 系统研究现状国内在多传感器集成的地面移动式数据采集定位系统方面虽然起步较晚，但也取得了一定的成果。2 0 0 2 年我国首套移动道路测量系统l d 一2 0 0 0 r ( 图1 - 3 ) 研制成功，2 0 0 4 年该系统通过由国家测绘局组织的科技成果鉴定( 张全升，江成军2 0 0 2 ) 。圉 队、p圈复匦到1 、7函+ 越i i鼬豳| |圈湮豳| i匿豳国| |图1 - 3 武汉立得移动测图系统l d 2 0 0 0 r h 以及其后处理软件3面向g i s 的车载空间数据采集系统研究李清泉教授领导的武汉大学交通研究中心专门从事车载数据获取硬件系统和软件的开发工作，并成功地应用于铁路、公路路面及设备设施的检测与维护；山东科技大学研制了集成g p s 、激光扫描仪以及c c d 相机的车载三维数据采集系统用于城市建筑物和工程对象的三维测量( 陈允芳，叶泽田2 0 0 7 ) ；南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室与武汉大学合作，开发研制了集成4 台c c d 相机、1 台高速视频摄像机、3 台线性阵列激光扫描仪、1部高精度差分g p s 惯性导航没备( d g p s i n s ) 的车载数据采集系统3 d r m s 。表1 - 1 为国内外典型的移动测图系统的构成等相关情况。表1 1 移动道路测图系统对比表( 赫建忠1 9 9 9 ；李清泉，杨必胜，史文中等2 0 0 3 )搭载传感器测图系统所属单位网站导航传感器其它设备r o a d w a r ec o r p ，o n t a r i o ，c a n a d al 套录像系统2 台c c d 激a r a n加速计i 删d g p sw w w r o a d w a r e c o m光器摩擦量测装置g e o g r a f i xg e o s p a nc o r p ，s i n g a p o r eg p s d r3 台摄像机t h eo h i o s t a t eu n i v e r s i t yg p s g y r o w h e e lg p s v a n1 0 套录像系统w 哪c f m o hi o - s t a t e e d u r e s r e a c hc o u n t e r c c dg e o s p a nc o ，u s ag e o s p a ng p s d r c c d ( 8 台)w w w g e o s p a n c o ml a m b d at e c h i n t i n c ，u s ag p s v i s i o ng p s i n s c c d2 台彩色c c dw ，哪1 a m b d a t e c h e o mg p s i m u l 套录像系统2 台黑自k i s sb u n d e r s w h e rm u n i c hu n i v ，g e r m a n y里程表气压计c c d 录音装置t r a n s m a pc o r p ，伽，u s ao n - s i g h tg p s i n s c c d4 台彩色c c dw w w t r a n s m a p c o mc a l g r yu n i va n dg e o f i ti n c ，c a n a d ag p s t n s 8 台黑白c c dv i s a tw w w v i s a t c o m嶙 c 蛹l 套录像系统m a n d lic o m m u n i c a t i o n s ，i n c ，w i ，u s a模拟视频r o a d v ie wg p s i 删c c dw w w m a n d l i c o m记录系统r o a dr a d a rw _ r w r r l c o mg p s v i d e o r a d a rr e d h e ns y s t e m ，i n c ，u s asg p s c c d l a s e rw w m e d i a m a p p e r 。c o mw u h a nl e a d o rc o l t dg p s i n s l 套录像录音系统，属性u 卜2 0 0 0 r hw w 1 e a d o r c o a l c aa b s c c d面板w u h a nc h a n g h e n gc o 。l t dg p s i n s 4 台彩色c c d3 d f 琳s3 台线性阵列激光扫描仪w 啊c n c h a n g h e n g c o a lc c d l a s e r1 台录像系统车载移动测图系统的一个共同特征是在汽车平台上集成数部相机，使用导航和定位传感器获取序列影像的直接地理坐标。利用多定位传感器、g p s 、i n s 等的集成来提高地理坐标的精度和可靠性。使用这些技术，车载移动测量系统能够提供精确的三维坐标，系统能从有地理坐标的序列影像中获取车辆厘米级的定位精度和三维对象坐标亚米级的量测精度。4面向g i s 的车载空问数据采集系统研究1 2 2 基于m m s 的空间数据采集移动测图系统已经由研究、实验发展到实用阶段，已开始应用到高速公路路网以及部件设施的维护管理、铁路部件的普查与管理、城市基础设施部件的普查与管理、导航电子地图的生产等生产管理过程中。t r u c k m a p 移动测图系统在无地面图根控制的情况下，可以采取动态和静态两种方式获取地面目标精确的三维信息，获取的信息用于建立g i s 数据库。数据处理的最终结果可以以多种数据格式表示，t r u c k m a p 已应用于基础设施的调查与管理( 李树楷，刘少创1 9 9 9 ) ；a d v a n c e de n g i n e e r i n g 移动测图系统在获取道路中心线和其他特征( 如污水井盖) 数字影像的同时记录下位置信息。i n s 提供获取影像时刻相机的姿态参数。最后车辆位置信息将不同的影像与实地联系起来，从而达到对损失程度做出准确快速评估的目的；v i s a t 移动测图系统可以在5 0 - 6 0 公里每小时的行驶速度下，自动获取并按g i s 规定的格式存储道路两侧约5 0米以内的目标信息。系统中g p s 与i n s 的组合应用可以利用各自的优点，弥补对方的不足；g p s v a n 移动测图系统可以获取其运载车辆前面或后面的立体像对，可以对三维空间中的目标进行精确定位。该系统已成功地用于完成与铁路有关的地形制图任务；a r a n 移动测图系统中的陀螺子系统和g p s 子系统一起使用可测量速度的变化，以精确确定其地理位置，这为g i s 地图应用软件提供了地理坐标。智能测量子系统由测量车辆前后俯仰，左右摇摆和行驶方向的垂直陀螺仪组成，这些陀螺仪的输出和其它测量数据一起输入到车载计算机中，以计算交通部门要求的弯道位置、半径、坡度位置和百分比坡度。国内基于m m s 的空间数据采集自1 9 9 9 年才陆续开展起来( 李庆田2 0 0 6 ) ，但也得到了迅速发展。在国内m m s 领域处于领先地位的立得公司研发的l d - 2 0 0 0 r h 型移动道路测量系统以车载遥感的方式，实现对道路及道路两旁地物的空间数据、属性数据以及实景图片的快速获取。数据通过专用软件加工，可生成能满足不同需要的专题数据库及电子地图。立得公司开发的“真图( t r u e m a p ) ”软件是用于姗s 数据管理，m i d s 数据与传统4 d数据融合，以及连通删s 数据与其他应用系统的系列工具软件( t r u e m a pe n g i n e ) 。通过这些工具软件，m m s 数据可以方便地集成到现有数据库、各种g i s 系统、网络应用系统和企业资源管理系统( e r p ) 中。立得“真图”软件分为“t r u e m a pe n g i n e ”和“t r u e m a pp l u g - i n ”两大类。t r u e m a pe n g i n e 是支持系统集成商进行应用系统开发的工具包，t r u e m a pp l u g i n则直接扩展了a r c g i s 桌面软件和a u t o c a d 桌面软件的功能，使用户在a r c g i s 或a u t o c a d环境下，直接使用“真图”移动测量影像数据。国家测绘局于1 9 9 9 年1 0 月至2 0 0 1 年3 月利用中国测绘科学研究院研制的只集成了g p s的m m s 完成了全国骨干交通网( 国道，省道) 数据的采集( 李庆田2 0 0 6 ) ；李清泉教授领导的武汉大学交通研究中心研发出了z o y o n r t m 智能道路检测车，其集成和应用了现代信息技术，以机动车为平台，将光电、i t 和3 s 技术集成一体。在车辆正常行驶状态下，能自动完成道路路面图像、路面形状、道路设施立体图像、平整度及道路几何参数等数据采集、分5面向g i s 的车载空间数据采集系统研究析、分类与存储；山东科技大学研制了集成g p s 、激光扫描仪以及c c d 相机的车载三维数据采集系统并开发了相应的数据处理软件包，用于城市建筑物和工程对象的三维测量( 卢秀山，李清泉，冯文灏等2 0 0 3 ) ；武汉理工大学智能交通中心研制的多功能高等级公路数据自动采集车可高效、精确地实现高等级公路的路况数据的获取，提出车载信息软件各个模块的功能设计( 初秀民，严新平，郝静2 0 0 7 ) 。已有研究取得了突破性进展，但也存在诸多不足。移动道路测量系统的处理采集集中在存有丰富特征信息的图像上，所以数据后处理软件都有基于立体像对的距离量测、面积计算以及大地坐标的计算等功能模块。但现有的m m s 数据处理系统仅是在c c d 影像上进行立体量测，无法直接生成通用的结构化的g i s 数据，导致采集的数据不能直接应用于现有g i s 系统；在无法达到坐标匹配以及属性录入完全正确的情况下，缺少对采集到的空间数据的编辑支持，不能有效保证采集数据的质量；在空间数据采集方面灵活性不够，采集过程无法集成显示外源基础地理信息数据从而不能为作业区以及待采集地物提供相对的位置参考。1 3 研究内容及技术路线1 3 1 研究目标分析国内外现有移动测量数据处理系统，在充分研究数据的动态交互与可视化管理、地物类的动态定制与管理、复杂对象的采集与处理等问题的基础上，在“车载三维数据处理系统”原型框架下，设计并实现基