车载移动测量系统分类及关键技术探讨

1、摘要:本文着重介绍了车载移动测量系统的分类和关键技术，并说 明了该系统目前的主要应用领域和未来研究重点。关键词:车载 移动测量 分类 关键技术Discussion on the Classification and Key Technologies of Land-based Mobile Mapping systemAbstract:This paper introduces the classification and key technologies of land-based mobile mapping system, and describes the main fields of

2、 applications and the focus of future research.Key Words:Land-based;Mobile Mapping system;Classification;Key Technologies基于激光扫描仪、CCD相机、GPS与IMU等传感器集成的采集 系统，目前正逐渐成为三维空间信息获取的主要手段之一 1。为了引 导和规范此类活动，确保地理信息安全,2012年国家测绘局两次发布了 地面移动测量专业标准征求意见函，对行业发展发出明确信号，并 对行业方向进行引导，更重要的是,把各种产品形态与技术指标与作业 限额进行匹配2。因此，探讨车载移动测量系

3、统分类发展及关键技术 具有指导意义。1系统分类车载移动测量系统目前硬件主要包括：GPS、惯性导航单元(IMU)、里程计、激光扫描仪、CCD相机和时间同步控制器3。其日前常见的移动测量系统分为4类，图1为各移动测量系统外观。第一类是基于立体摄影测量的方式，通过集成多个CCD相机构成 立体像对通过数字摄影测量的方式来完成室外场景的室内重建，但这 种方式并不适合地面的移动数据采集，因为陆地车载系统要采集的数 据往往是2400 m范围内的地面空间数据,若用摄影测量的方法，深 度变化太大(大于90%的等效航高)，导致影像自动匹配同名点困难，数 据后处理量大，需要较多的人工交互，目前基于这种方式的国内产品

4、主 要是武汉大学开发的“立得道路测量车”，国外对此方案的报道主要集 中在研究机构论文中，正式产品比较少见。第二类方案是选择使用激光扫描仪来获取目标的三维几何信息， 使用面阵或线阵CCD相机获取目标纹理信息，通过二者的融合来完成 三维重建，这种方案的优点在于其获取的激光点云数据可直接完成在 WGS84坐标系下的绝对定位，后处理速度快。但由于激光扫描数据是 离散采样值，通称“点云”，和CCD影像数据不一样，不适合人眼日视解 译，因此，虽然可以进行三维浏览、量测分析等，但可视化效果不好，不直 观，其所搭配的CCD相机主要是用于给激光点云赋彩色以及提供三维 重建所需的纹理信息，由于CCD相机主要是用于

5、和激光进行匹配，所 以往往只能获取道路两侧的信息，只要建筑物稍近或者稍高一点，便无 法看到它的全貌。目前国外推出的一些产品包括加拿大 Optech的LYNX移动激光测量车、 Applanix公司的 LANDMark、英国的 StreetMapper360都是采用此一方案。国内山东科技大学、南京师范 大学也采用类似的方案进行研究。第三种方案主要配置和第二种方案一样，也需要选择激光、IMU、 GPS,但其影像传感器采用的是视场角不受限制的全景相机，这种相机 是使用多个鱼眼镜头拼接而成，相机要经过严格的几何标定才能完成 无缝拼接，拼接后的影像具360度的视场角，在第二种方案中一些受视 角影响看不到的

6、高楼都可以一览无余，经过校正的影像可以完成和激 光点云的配准，对影像的量测可以转化为对点云坐标的查询，点云可以 完全隐藏在全景影像后面，这样就实现了全景影像的漫游与量测。 google街景采集车所采用的产品、首都师范大学此类产品以及拓普康 的IP-S2采用这种方案（如图1）。第四种方案是一种基于计算机视觉进行相机自标定的方案，通过 全方位相机拍摄的图像,对连续图像相邻两帧进行变化检测，从各点的 变化对应各帧当时相机的位置和角度等数据进行解析，以此来反求拍 摄时相机的位置和姿态,这种方式对载体的定位精度30 cm,定姿精度 2度左右，这意味着在相机拍摄距离60 m处其误差会接近2 m,这种方 案

7、一个最大的干扰就是要求所拍摄的影像中不能有移动目标，如果有 移动目标，必须对移动目标进行去除才能进行解算，所以在实际应用中 人工干预的工作量会比较大。这种方案最大的优势就是成本比较低， 省却了价格昂贵的激光与惯导。2关键技术车载移动测量系统研发和组成过程中，所涉及关键技术如下。2.1系统集成和时间同步系统集成包括设备采购、支架设计、电子设备集成，车速传感器 等。一方面核心器件的选型存在很多不确定因素，同时数据必须严格 按照时间同步，一般采用的方法是使用GPS模块提供的卫星授时。2.2相对坐标系标定系统工作时需要通过GPS和IMU实时传递扫描线中心的位置和 扫描仪的姿态，这样就必须确定激光雷达的

8、中心与GPS天线中心之间 的关系，以及激光雷达与IMU的姿态关系，还有全景摄像机坐标系与 IMU之间的姿态关系，即标定出激光雷达的外参数（三个平移参数,三 个旋转参数以及一个尺度变换参数），建立起各自坐标系统的转换。2.3点云颜色提取根据点云的采集时间，找到最近采集的全景图像，然后根据采集全 景照片精确时间，获得该照片曝光时刻的POS,进行坐标转换，把点云 坐标转换到摄像机坐标系下面。然后计算UV坐标，并可以取得对应 像素的颜色。2.4海量点云数据管理如果以每秒10万的点云p3结语车载移动测量系统有着广阔应用前景，如公路高精度高程测量、 大比例尺地图快速修补测、城市部件测量、城市三维建模、道路设施 普查等4。从实际出发，车载移动测量系统更适合应用于带状目标，并 且同时获得雷达和全景影像数据,为城市档案记录增添数据源和数据 评估提供直观依据。下一步，研究重点应该放在专题数据采集处理系 统开发和应用快速、一体化方面。参考文献1钟若飞，宫辉力，赵文吉,等.车载三维激光移动建模与测量系统 研制的进展C.中国地理学会百年庆典学术论文摘要