基于 RIEGL VZ-400及 Ladybug3全景相机的移动激光测量系统的研制及应用

２０１４年４　城巾’勘测　Ａｐｒ．２０１４　Ｎｏ．２　第２期　文章编号：１６７２—８２６２（２０１４）０２—９１—０５　Ｕｒｂａｎ　Ｇｅｏｔｅｅｈｎｉｅａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ＆Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　中图分类号：Ｐ２３５　文献标识码：Ｂ　基于ＲＩＥＧＬ　ＶＺ一４００及Ｌａｄｙｂｕｇ３全景相机的　移动激光测量系统的研制及应用　宋杨　（广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州５１００６０）　摘　要：广州市城市规划勘测设计研究院与首都师范大学联合研制了华南地区首套“基于ＲＩＥＧＬ　ＶＺ一４００及ｌ￣ｄｙｂｕｇ３全景　相机的移动激光道路测量系统”，系统各项技术指标与国外高端测量型的车载激光系统相当，总成本仅相＂３于国外高端产品　－的三分之一，并形成了一系列自主知识产权成果。依托该套移动激光道路测量系统，开展了诸多生产实践，总结出了移动测　量系统外业数据采集和内业数据处理的工作机制，形成了包括全景影像与激光点云的精确配准与专题信息提取、全自动快　速三维建模及纹理贴附、具备探面快速定位功能的可量测网络版街景展示等一系列示范性成果应用。　关键词：移动测量系统；激光扫描；ＲＩＥＧＩ　ＶＺ一４００扫描仪；Ｌａｄｙｂｕｇ３全景相机；三维空间信息　ｌ　引　言　移动激光道路测量系统（ＭＭＳ）代表着当今世界　定点激光扫描的奥地利ＲＩＥＧＬ　ＶＺ一４００激光扫描仪加　工、改造成可用于移动扫描模式，与Ｌａｄｙｂｕｇ３全景相　最前沿的测绘科技，它是一种基于飞机、　艇、火车、汽　车等移动载体的快速新型激光扫描测量系统。该技术　通常以车辆为移动载体，将激光设备安置在车顶、在垂　直于车辆行驶方向作二维扫描，通过汽车行驶方向形　成的运动维，构成三维扫描系统。　机、惯性导航装置、ＧＰＳ集成，并丌发出多源信息复合　处理的软件，使之构成综合、完善、灵活适用于不同载　体平台一体化激光测量与可　测城市实景的ｌ丁程实用　系统，实现应用需求的各项基本功能。　日前市场上常见的移动激光测量产品都是使用二　维激光扫描传感器进行系统集成，如加拿大Ｏｐｔｅｃｈ公　司的ＬＹＮＸ移动激光测量车、美国Ａｐｐｌａｎｉｘ公司的　２系统性能指标　“基于ＲＩＥＧＬ　ＶＺ一４００及Ｌａｄｙｂｕｇ３伞景相机的移　动激光道路测量系统”主要由惯性导航装置ＩＭＵ＋ＰＯＳ、　ＬａｎｄＭａｒｋ、奥地利Ｒｉｅｇｌ公司的ＶＭＡＸ一２５０、英国３Ｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｍａｐｐｉｎｇ公司的ＳｔｒｅｅｔＭａｐｐｅｒ３６０、美国ＭＤＬ公司　的Ｄｙｎａｓｃａｎ、日本ＴＯＰＣＯＮ公司的ＩＰ—Ｓ２、诺基亚所属　公司ＮＡＶＴＥＱ、ＳＩＴＥＣＯ公ｒｄ的Ｒｏａｄ　Ｓｃａｎｎｅｒ以及　ＧＰＳ、ＲＩＥＧＬ　ＶＺ一４００激光扫描仪、Ｌａｄｙｂｕｇ３全景相机、　里程计、工控机（笔记本）及相关后处理软件组成，为　问数据获取提供一个移动三维信息获取与处理平台，达　到机动、灵活、高效率、高精度等特点，系统整体外观如　图１所示。系统搭载的主要传感器的性能指标如下：　Ｇｏｏｇｌｅ使用的街景采集　。这些产品主要分为高端测　量型和低端街景型两大类，高端测量型产品成本昂贵；　低端街景型产品测量距离近，测量精度低，列‘于某些领　域存在的高精度测量及高精细、高效率、有限成本的工　程任务需求，上述两类产品往往很难同时满足。　针对移动激光道路测量系统产品研制与应用的现　状，广州市城市规划勘测设计研究院于２０１２年联合首　都师范大学在国内率先提出、并实现了集成』，ＲＩＥＧＬ　图１　基于ＲＩＥＧＬ　ＶＺ一４ＯＯ及Ｌａｄｙｂｕｇ３全景相机的移动激光道路测量系统　ＶＺ一４００激光扫描仪及Ｌａｄｙｂｕｇ３全景相机的“多传感　器城市实景移动测量系统”。系统总体创新思路是把　广州市规划院于２０１０年采购引进的、原本仅用于三维　￥　收稿¨期：２０１３—１２—１３　２．１　激光机械光学系统技术指标　・扫描视场：１００。　作者简介：宋杨（１９７９），女，高级上程师，注册测绘师，主要从事遥感摄影测量、数字城市建设等力‘　的生产　研究Ｉ　作。　基金项目：广州市科技计划项目（１１ＧＯ０４１）；广州市科技计划项目（２０１３Ｙ２—０００３１）。　９２　城市勘测　・激光发射频率：３００　ｋＨｚ　・激光扫描频率：３　ｓｃａｎ／ｓｅｃ～１２０　ｓｃａｎ／ｓｅｅ　・光束发散角：０．３　ｍｒａｄ　・激光等级：１级安全　・工作距离：２　ｍ～６００　ｉｎ　・回波采样方式：多回波探测（４回波）　・行车方向扫描点问距：２０　ｃｍ（６０　ｋｍ／ｈｒ）　・１００米外光斑大小为：３　ｃｍ　・回波灰度等级：１０　ｂｉｔｓ　・测距精度：８　ｍｍ　・重复测量精度：５　ｍｍ　・测角精度：０．１　ｍＲａｄ　・扫描方向扫描点间距：１５　ｃｍ　２．２　ＰＯＳ组合导航系统技术指标　ＧＰＳ信号良好情况下，事后差分处理达到水　平：１　ｃｍ＋ｌ　ｐｐｍ，垂直：２　ｃｍ＋ｌ　ｐｐｍ，航向角优于０．１。，　水平姿态角优于０．０５。。输出频率大于等于１００　Ｈｚ，　时问同步精度低于１　ｍｓ，初始对准时问１５　ｍｉｎ以内，　里程计分辨率１０　ｃｍ。　２．３　系统整体测量指标及精度　系统总体定位精度：可达到国家测绘地理信息局　与行业管理司于２０１３年３月９日起草的《地面移动测　量专业标准》中对移动道路测量甲级精度要求：ＧＰＳ　信号良好情况下，点云的绝对定位精度优于０．５　１ＴＩ。　制定了移动道路测量系统检校场建立及精度测试的标　准化工作机制，在广州市番禺区生物岛建立了永久性　的系统检校场，并通过了由广东省测绘产品质量监督　检验中心组织开展的精度测试。　２．４其他　系统整体为刚性连接，每次安装无需重新检校，使　用导轨抽拉式安装，简单方便高效，安装时间可控制在　２　ｍｉｎ一３　ｍｉｎ内，全景相机的支架可伸缩，整体可不　拆卸直接安置于普通ＳＵＶ车体后备箱，如图２所示，　外观采用流线型金属不锈钢壳体包装，简单大方，实现　美观、紧凑、可靠的结构集成。　图２　系统可整体直接安置于普通ｓｕｖ车体后备箱　３　系统功能及特色　３．１系统功能　系统是多传感器的集成的综合系统，其主要功能　包括：　（１）以正常车速沿着道路获取目标侧面１００。的卒　问信息；　（２）提供激光点云的快速解算，完成惯导数据与　激光数据的融合，得到高精度点云数据，量测的绝对精　度优于国家测绘地理信息局与行业管理司提出的《地　面移动测量专业标准》要求；　（３）提供３６０。全景影像的拼接、配准，提供带有地　理参考系的可量测全景影像。　３．２　系统特色　（１）充分利用广州市城市规划院已有的ＲＩＥＧＬ　Ｖｚ一４００激光扫描仪，将定点激光和车载激光互换使　用，节省成本将近１５０万元；　（２）将水平方向可３６０。旋转的激光用于二维扫　描，在车行时可自由设置扫描旋转角，有利于深入扫描　胡同内侧，减少树木遮挡，实现国外两台激光才能达到　的效果；　（３）常用车载激光相对精度为１　ｃｎｌ～２（３１１１，　ＲＩＥＧＬ　ＶＺ－４００相对精度可达毫米级，适合于对相对　测量精度要求较高的项目，比如道路平整度、车辙等的　测量；　（４）作业距离远，在长距离模式下可达６００　ｍ，高　速模式下可达３５０　ｍ，远远超过现有车载激光，在高速　公路改扩建的项目中，在精度上可高于机载激光，在作　用范围上，可替代机载激光的作用。　（５）全套设备总体重量小于２５　ｋｇ，方便搬运及装　载在其他轻便载体上。　４　系统外业数据采集及内业数据处理工作流程　近年来，广州市规划院成功地利用ＭＭＳ技术完成　了多个数字城市管理、实景影像采集、市政部件调查、　街区立面整治等方面的项目，取得了良好的社会效应，　积累了丰富的实践经验，在华南地区产生了积极的示　范效应。在不断的实践与探索，广州市规划院总结了　一套切实可行的移动道路测量系统外业数据采集、内　业数据处理的工作流程。　４．１　系统外业数据采集　ＭＭＳ系统外业数据采集工作流程如图３所示，主　要过程如下：　（１）开启基站，记录基站信息。　第２期　宋杨．基于ＲＩＥＧＬ　ＶＺ一４００及Ｌａｄｙｂｕｇ３全景相机的移动激光测量系统的研制及应用　９３　（２）设备安置、接线、安全确认。　项目实施前准备　测区资料收集　二二二工＝二　数据采集前的　制定作业方案　作业准备　二二二］［＝二二二　车辆及设备检查　仪器开机检查　系统开机检查　ＭＭＳ系统精度检查　ＭＭＳ＿ｑ２程设置卜一　二二二Ｅ＝二　ＧＰＳ流动站设置ｌ　————Ｔ——＿＿Ｊ　系统初始化　ｌ　ＧＰＳ参考站架设　二二二［二＝二二二　外业数据采集｛　二二＝［二二　附合归零　Ｉ　———塞　—ｒ——　是ｌ　关ｂ￣ｏＰＳ参考站ｌ　数据拷贝　ｌ　Ｉ合格　外业数据采集结束　图３　ＭＭＳ系统外业数据采集工作流程　（３）开启硬件系统：按照系统硬件操作流程依次　开启硬件设备，并设置好硬件的状态参数。　（４）ＧＰＳ接收机：打开ＧＰＳ接收机和连接的计算　机，检查设置参数是否正确。　（５）惯导设备：确认惯导初始参数设置的正确性，　打开惯导状态监测界面。　（６）全景相机：开启全景相机，确定正常工作状　态，设置当前工作的全景相机触发模式，设置全景影像　存储路径。　（７）激光扫描仪：开启激光扫描仪，确定正常工作　状态，设置当前作业的扫描模式，扫描角度、扫描速度　等参数，设置激光扫描数据存储路径。　（８）系统软件启动：在硬件系统全部正常启动后，　启动系统软件并对相关的参数进行设置，触发方式一　般设置为每隔５　ＩＴＩ触发一次。每个工程应设定起点　和终点，一般情况下，一个工程的终点与下一个工程的　起点应该重合。　（９）数据采集：测量车进入测区，司机按照计划路　线和作业组长要求行驶，作业人员按照规定项目内容　对其进行数据采集并对影像进行保存。　在采集作业中，对出现影响数据质量、数据的完整　性等问题及时给予记录，并填写《外业补测记录表》。　（１０）采集作业完成后，将采集数据拷贝至外挂数　据专用移动硬盘，依次关闭各硬件设备，最后关闭系统　电源。　４．２系统内业数据处理　系统内业数据主要处理包括ＧＰＳ／ＩＭＵ集成处理、　影像地理参考、全景影像与激光点云的融合配准、属性　采集、矢量编辑及标准空间数据转换，具体流程如图４　所示　ＧＰＳ数据格式转换　ＧＰＳ／ＤＲ集成　ＧＰＳ数据动态　定位定姿处理　差分处理　＝＝二二工二二＝＝　影像地理参考　Ｄｒ数据处理　二二二［二　ＭＭＴ数据库管理　二二二二　二二＝＝　网络环境测图系统　一一一一一一一一服务器端的设置　二二二工＝一一一的设置　二二［一一一一一　测图系统客户端　　一一ｌＪ—　ＡＣＣＥＳＳ数据库建立　——］■一　一一一一一图４　ＭＭｓ系统内业数据处理集工作流程　（１）ＧＰＳ数据的差分后处理　将移动站的ＧＰＳ／Ｉ一一一一一ＭＵ融合的数据与基站采集的　一一一一一一一一一一　ＧＰＳ数据进行差分后处理，消去系统和环境误差，提高　移动站ＧＰＳ测量数据的精度。　（２）全景影像数据后处理　影像数据后处理是指将采集的３６０。全景相机影　像数据经过和ＧＰＳ数据进行关联、处理、优化，生成入　库文件。　（３）全景影像与激光点云的融合配准　传统全景影像是无空问坐标信息的，而激光点云　则仅包含空间坐标信息，对该坐标的影像属性是缺失　的，解决影像与点云数据的融合配准是本项目的关键　性创新点之一。系统设备在采集过程中，首先实现了　全景影像及激光点云两类数据在时间触发上的同步采　一第２期　宋杨．基于ＲＩＥＧＬ　ＶＺ一４００及Ｌａｄｙｂｕｇ３全景相机的移动激光测量系统的研制及应用　９５　６　结语　［２］　李德仁．论可量测实景影像的概念与应用——从４Ｄ产　品到５Ｄ产品［Ｊ］．测绘科学，２００７，３２（４）：５～７．　“基于ＲＩＥＧＬ　ＶＺ一４００及Ｌａｄｙｂｕｇ３全景相机的移　动激光道路测量系统”在保持高精度、远距离的测量精　度之外，兼顾城市实景测量车的特点、获取适合人眼视　觉的全景影像，可同时适用于地面定点激光扫描、车载　［３］　李德仁、关泽群．空间信息系统的集成与实现［Ｍ］．武　汉：武汉测绘科技大学出版社，２０００．　［４］　韩友关，王留召，钟若飞．基于激光扫描仪的线阵相机动　态高精度标定［Ｊ］．测绘学报，２０１０，３９（６）：６３１～６３５．　［５］　王留召，韩友关，钟若飞．３６０。激光扫描仪锥扫描角标定　［Ｊ］．测绘通报，２０１０（９）：５～８．　［６］　李德仁，胡庆武．基于可量测实景影像的空间信息服务［Ｊ］．　武汉大学学报・信息科学版，２ＯＯ７，３２（５）：３７７～４１８．　［７］　袁晓宏，刘红军，于洪伟等．导航地理数据更新与实景影　像获取集成系统研究［Ｊ］．测绘科学，２００８（３３）：５７—６０．　［８］　殷福忠，刘红军，张延波．基于移动测量技术的城市３维　移动激光扫描、船载移动激光扫描等不同载体平台和　应用环境。系统以及相关的处理软件自投入运行以　来，已经在广州市三维实景影像采集和城市管理部件　普查（二期）、数字营区建设；带状地形图测绘、道路改　扩建项目；移动道路测量与航空倾斜摄影测量整合等　项目中进行了实际的应用，与传统测量手段形成了很　好的互补、丰富了测绘地理信息产品的形式、延伸了测　绘地理信息服务的产业链，为数字广州、智慧广州进一　步的发展提供强有力的支撑。　参考文献　实景影像信息服务研究【Ｊ］．测绘与空间地理信息，　２００８，３１（６）：１７～２３．　［９］　姚正明，郑灿辉，曲林．浅谈移动道路测量系统外业采集　［Ｊ］．测绘与空间地理信息，２００９，３２（４）：１５４～１５６．　［１０］　杨沾吉．可量测实景影像在数字城管中的应用［Ｊ］．测　绘通报，２０１２（８）：３６～３８．　［１］　李德仁．移动测量系统技术及其应用［Ｊ］．地理空间信　息，２００６，４（４）：１～５．　［１１］ＣＨ／Ｚ　１００２—２００９．可量测实景影像［ｓ］．　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｌａｓｅｒ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｒｅｉｇｌ　ＶＺ——４００　ａｎｄ　Ｌａｄｙｂｕｇ３　Ｓｏｎｇ　Ｙａｎｇ　（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｕｒｂａｎ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｓｕｒｖｅｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１　００６０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｕｒｂａｎ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｓｕｒｖｅｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ａｎｄ　Ｃａｐｉｔａｌ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ｔｈｅ　ｍｏｂｉｌｅ　ｌａｓｅｒ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＲＥＩＧＬ　ＶＺ一４００　ａｎｄ　ｌａｄｙｂｕｇ３　ｃａｍｅｒａ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｔｈｅ　Ｐｉｏｎｅｅｒ　ｍｏｂｉｅ　ｌａｓｅｒ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｒｉｖａｌ　ｔｈｅ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｉｎ　ｔｏｄａｙ　Ｓ　ｗｏｒｌｄ，　ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｏｓｔｓ　ｉｓ　ｏｎｌｙ　ｔｈｅ　１／３　ｏｆ　ｏｔｈｅｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｌｅｖｅ１．Ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，　ｗｅ　Ａｃｈｉｅｖｅｄ　ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｒｉｇｈｔｓ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｗｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｓｏｍｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅｓ　ａｎｄ　ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　ｗｏｒｋ　Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｆｏｒｍｉｎｇ　ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｇｏｏｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｒｅｇｉｓｔｒａ－　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌａｓｅｒ　ｐｏｉｎｔ　ｃｌｏｕｄ　ａｎｄ　Ｐａｎｏｒａｍｉｃ　Ｉｍａｇｅｓ，ｔｈｅｍａｔｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｑｕｉｃｋ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍｏｄ—　ｃｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｅｘｔｕｒｅ　ａｔｔａｃｈｅｄ，ｓｔｒｅｅｔ　ｖｉｅｗ　ｉｍａｇｅｓ　Ｗｅｂｃａｓｔ，ｅｃｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＭＭＳ；ｌａｓｅｒ　ｓｃａｎｎｎｉｇ；ＲＩＥＧＬ　ＶＺ一４００；ｌａｄｙｂｕｇ３；ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｓｐａｔｉａｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　天津市第一次全国地理国情普查工作推动会顺利召开　近日，天津市第一次全国地理国情普查办公室在天津市测绘院召开了工作推动会，并签订了天津市第一次全国地理国情普查　目标责任书。天津市规划局局长、党组书记、市普查办主任严定中，常务副局长李春梅，副局长、普查办副主任鲁承斌，天津市测绘　院党委书记刘俊卫、院长马华山等共同出席了会议。　市普查办主任严定中对做好下一步地理国情普查工作提出了六点意见：一是要高度重视地理国情普查工作的重要意义，要深　入学习、领会中央、国务院对开展普查工作的重要精神，以对美丽天津建设、对测绘地理信息事业高度负责的态度，勇于承担社会责　任，把该项工作作为头等大事来抓；二是要科学组织、精心组织，安排好普查工作进度，实现多要素、全覆盖、精准的测绘；三是要加　强横向的调研学习，与外省市相关单位加强联系，就技术方案、标准加强交流；四是加强经费预算、审批，尽快使普查经费落实到位；　五是加强数据资源的整合，充分利用全市其他行业已普查完成的数据，实现普查数据的科学汇总；六是加大协调、强化沟通，与市普　查成员单位保持密切合作，推动普查工作的社会化，按时、圆满地完成各项普查任务。　（来源：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｊｃｈ．ｃｏｉｎ．ｃｎ，２０１４—０４—０８）