车载移动测量系统在市政管线地形图测量中的精度分析
来源：《测绘通报》2017年第5期
作者：王永红、陈宏强、杨晓锋、李 俊、侯兴泽
（国家测绘地理信息局第二地形测量队）
摘要 市政管线建设中，相应的地形图对其规划、设计等起着至关重要的作用，传统方式在市政管线地形图测量中有一定的局限性，特别是大城市的重要交通要道、快速路等。 而车载移动测量系统则有其得天独厚的优势，快速、高效、安全， 在测图过程中，车载移动测量系统精度受各方面的影响，如车速、地面遮挡、控制点布设等。 本文对车速、控制点布设线路等方面进行了试验验证，结果表明，通过一定的质量控制措施，车载移动测量系统能够很好地应用于市政管线地形图测量中。
市政管线地形图作为市政管网普查、改扩建等方面的专业用图，其一般应具备现势性好、更新周期短、精度要求高等特点， 传统作业模式周期长，部分区域作业难度大，特别是在城市主干道、高速路等车流量大的区域。 目前，车载移动测量系统已成为一种快速获取高精度测量数据的重要手段， 车载移动测量系统具有快速、全天候的作业特点，成图周期短，作业效率高，与传统作业模式比较，具有明显的优势。
车载移动测量系统在实际工作中，由于操作环境、GPS 信号、车速等对数据的整体精度产生了一定的影响， 为了提高数据质量，对影响其精度的因素进行分析研究，具有很大的现实意义。
1、车载移动测量系统在市政管线地形图测
量中的应用试验借助于SSW 车载移动测量系统，对某市城区市政管线地形图测量项目进行了前期试验验证， 市政管线用图主要分布于市区各主要街道、城市主干道、快速路等，车载移动测量系统可以全部到达施测区域。
1.1 系统简介
SSW 车载移动测量系统由三维激光扫描仪、IMU、GPS、全景相机、里程计等几大部分组成，IMU 与GPS 组成POS 系统，对系统姿态信息进行采集记录，三维激光扫描仪采集点云数据，全景相机进行照片信息采集，里程计对整个车辆行进情况进行记录。
1.2 市政管线地形图数据介绍
市政管线地形图作为勘察、设计、施工用图，在大比例尺地形图的基础上，对高程精度和密度提出了新的要求， 高程要求中误差为5 cm，施工沿线每隔20 m 布设一个高程点。
1.3 应用简介
由于GPS 信号遮挡，会对数据采集精度产生很大影响，因此数据采集时要避开遮挡严重区域， 同时，采取往返扫的模式，采用SSW 车载移动测量系统对规划区域进行数据采集， 控制点平面采用区域平差后的GPS 点作为图根点进行测量，高程采取四等水准联测的方式进行。
2、精度分析
市区管线分布于不同区域，地物分布存在差异，根据不同情况结合相关研究，主要从采集速度、控制点分布等方面进行了相应的分析验证。
2.1 不同车速下的精度分布
市区主干道车辆行驶不能过慢，为了验证不同车速对点云精度的影响，选取了市区GPS 信号良好、路面通行畅通的路段作为试验路段， 采用60、45、30 km/ h 3 种行驶速度，作为点云的采集速度，同时沿着路面每隔800 m 设置一个控制点，进行点云纠正。
通过对不同车速下同一点平面和高程坐标与检核点坐标的比较得出，在GPS 信号普遍良好的情况下，车速过大对数据整体精度具有较大影响， 车速对平面与高程坐标的影响是同时存在的，车速越高，影响越大， 在车速较高的情况下，对平面坐标影响的程度要高于高程坐标， 由于激光扫描频率是一定的，速度过大，会造成扫描间隔过大，具体扫描间隔分布见表1。
间距过大造成单位面积内点云密度过低，数据采集时，特别是一些棱角状地物，会造成采集错位，影响精度。 因此，在城市道路数据采集时，要控制车速，在不影响道路通行的情况下，可以用较低速度行驶。
2.2 控制点分布不同对精度的影响
在GPS 信号良好、行驶速度一定的情况下，为了提高数据精度，在实际测量中需增加控制点数目，对采集的点云数据进行校正。 实际工作中布设过多的控制点，会进一步增加外业工作量， 因此，选用合适的布点方式尤为重要。
为了分析控制点的不同分布对数据整体精度的影响，在相同路段采取控制点密度相同、布设网形存在差别的方式， 对点云数据进行校正和精度评定，布设网形如图1 所示，(a)为沿着道路直线布设，(b)为沿着道路按折线进行布设。
对于控制点布设采取800、400、200 m 3 种密度进行布设，同时对数据的平面与高程精度进行检核比较，如图2—图4 所示。
通过对上述数据成果进行分析可发现，折线分布的控制点对数据整体精度控制比直线强，控制点间隔越小，这种体现越明显，即折线优于单一的直线布设方式。
对3 种不同间隔控制点进行对比，控制点间隔越小，精度越高， 尤其是从800 m 提高到400 m 间隔， 在实际操作中，数据情况整体良好的情况下，可选用400 m 间隔，以折线方式布设控制点，并进行数据处理。
2.3 其他因素对数据精度的影响分析
通过试验验证，除了上述因素对点云的整体精度有一定影响外，以下几个方面也会造成一定的影响:
(1) 行驶过程中车辆倒车及掉头ꎬ会造成局部点云起伏。
(2) 基准站与车载移动测量系统距离的影响ꎬ距离过大会造成解算精度降低。
(3) 数据提取对精度的影响， 地形图要求成果为二维平面线画图，依据点云提取数据时，点云分布密度情况会对数据提取精度造成一影响，特别是房角等其他点状设施。
2.4 精度控制分析
结合试验验证，在市政管线地形图测量中，通过以下方式进行相应的进度控制措施，能够保证数据质量。
( 1) 在数据采集时，严格控制采集区域，避免GPS 信号遮挡严重区域。
(2) 根据实际情况ꎬ需控制车速。
(3) 控制点布设采用折线方式，400 m 左右间隔布设。
(4) 数据提取、成图需选择合适方式，特别是针对各类拐角部位、点状地物等。
3、结论与应用
经过前期的试验验证，通过一定的精度控制措施，车载移动测量系统能够进行市政管线地形图的实际施测，其数据成果能够满足设计要求，在此试验验证的基础上，对北方某市区140 km左右的市政管线地形图进行了实际测量。 依照上述精度控制方案，成果满足要求， 不仅缩短了外业时间，减少了人员投入，节省了成本，提高了效率，同时也保证了市区道路了施测的安全， 将车载移动测量系统应用到市政管线地形图测量中，能够大大提高生产效率。
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