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摘 要：车载移动测量技术是将激光扫描仪、组合导航系统和CCD相机集成，实现移动中直接获取目标物绝对坐标和纹理信息等数据。本课题研究的目的是深入了解和掌握车载移动测量相关技术，并将其应用于城市大比例尺带状地形图测绘项目中，从而提高城市大比例尺带状地形图测绘的效率和质量。
关键词：车载移动;测量;多源数据;城市大比例尺;带状地形图
中图分类号：TD175文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）07-0000-00
0引言
车载移动测量技术作为现代测绘领域比较前沿的技术，伴随着其关键技术和软件水平的不断突破，以及云计算、云存储和高速网的发展和智慧城市的建设，车载移动测量技术开始步入工程化应用阶段，已成为一种快速高效获取空间数据的技术手段，被广泛运用到数字城市、基础测绘、城市规划、交通勘察等领域。快速发展车载移动测量技术，给城市带状地形图大比例尺测绘项目所需要的海量地物特征点三维坐标数据快速获取提供了一条崭新的途径。通过车载移动测量技术可以高效快速地直接获取海量点云数据，相对精度比较高，然后再分别对所获取的点云数据的高程和平面进行数据纠正处理，数据三维坐标精度得到了提高，也就达到了大比例尺城市地形图测绘对高精度要求的目的。系统数据处理自动化程度高、数据结果直观、精度高、机动性高，非常适用于带状道路数据采集[1-2]。城市大比例尺带状地形图测绘成图效率在很大程度上主要受如何从海量点云数据中提取得到地物特征点三维坐标数据的影响，本课题正是基于以上问题，展开了面向城市大比例尺带状地形图测绘的车载移动测量多源数据处理关键技术研究和探索[3-4]。
本课题高精度海量数据采集平台主要是运用全景成像测量系统和Auto-Mapper激光扫描，拟开展面向城市带状大比例尺地形测绘的车载移动测量多源数据处理关键技术研究，在理论研究与算法突破基础上，形成高效可靠的大比例尺地形测绘工艺流程和解决方案。
1主要研究内容和使用的主要关键技术
研究内容主要包含以下几个方面：
（1）车载移动测量系统外业数据采集方案的设计与优化改进;（2）点云精度评价与质量控制的关键技术研究;（3）测图要素自动提取算法;（4）多源数据联合快速成图方法研究。
研究面向城市大比例尺带状地形图测绘的车载移动测量多源数据处理关键技术目的是为了改变现有的外业数据采集模式，实现大比例尺地形图测绘的智能化、自动化和信息化，把移动测量技术运用到道路带状图地形图测绘领域，形成面向城市大比例尺带状地形图测绘的车载移动测量多源数据处理新工艺[5-8]。
2车载移动测量系统构成与工作原理
为了严格把控车载激光扫描数据获取过程质量，深入分析车载激光扫描数据处理的方式方法，达到优化采集作业以及整个研究过程与方法的目的，必须对车载移动测量构成与工作原理进行深入了解分析[9]。
车载移动测量系统主要是由计算机、运载的车辆、机械支撑机构、电源、集成控制电路、测量型传感器、定位及定姿传感器等相应软件构成。移动测量主要包括测量设备安装架、立体图像测量传感器、DGPS/INS（定位及定姿传感器）、彩色摄影相机、激光扫描雷达、GPS同步控制单元等硬件系统，各传感器间数据流转关系如图1。
3系统工作流程和车载激光扫描数据处理
3.1系统工作流程
外业数据扫描完成后，会得到很多组数据，以及对这些多源数据的处理，最终获得每个激光脚点的WGS-84坐标等过程步骤，系统大致工作流程如图2。
3.2处理车载激光扫描数据的方法
内业数据处理内容及所需要使用的软件如表1。
3.3坐标转换参数的计算
利用在测区范围内均匀分布的多个地面已知点的两套坐标系统，包括WGS84坐标（大地坐标）和城市地方坐标系坐标，通过参数计算软件获取。某点的大地高和正常高的关系可用如下公式表示：
（ 称为该点的高程异常值），
高程异常值 的确定是高程拟合的关键，高程拟合采取多项式二次曲面拟合模型，采用二次多项式曲面拟合模型进行的高程拟合，最少需要6个地面激光标志点作为控制点。
其基本原理为：利用外业实测地面激光标志点高程对點云高程数据进行拟合修正，将车载数据采集平台采集得到的高程数据采用三角形面状拟合的方法进行修正，改正到外业实测高程面上，外业实测高程面采用德劳内三角形进行确定。
高程拟合采用二阶多项式曲面拟合函数模型为：
（其中： 为高程拟合参数）
设某点 的拟合残差为 ，则有：
若有n个已知点，则构成的误差方程为：
式中：
由最小二乘法得到拟合系数X为：
经过高程拟合后，点云数据的大地高将转换为正常高，能够直接满足项目工程应用需要。
3.4基于点云数据的解算以及地形图绘制
原始点云数据解算是通过系统自带的点云数据解算软件Laser Preprocess进行，只需要手动选择对应的激光数据和组合导航数据，就可以快速获取原始点云数据如图3。
4课题研究结果测试
武汉汉口主城区沿江大道和沿河大道位于汉口主城区内，起点为月湖桥，西行至武汉滨江高尔夫俱乐部，实验道路全线长约为12公里，作为开阔区域测试路段。为了保证数据的精度准确可靠，在测区范围内横向依次在月湖桥与沿江大道路口、汉口江滩公共交通停车站、武汉滨江高尔夫俱乐部内布设了3个基准站。现场采用移动测量系统进行数据采集，通过后期数据处理，获取得到测试路段的点云数据[10]。同时在测试路段通过RTK布设控制点，全站仪采集碎部点的方式获取外业检测点[11]。通过在点云数据上选取与外业检测点一致的平面点340个和高程点424个，得到的精度统计表如表2、表3。 在开阔地区通过移动测量系统获取得到的点云数据在平面精度和高程精度方面均能够达到1：500比例尺地形图测绘的精度要求。
在点云数据基础上，结合自动提取结果和500修侧底图，可快速完成城市带状地形图底图绘制。在以上基础上，通过将初稿与现实地理环境比对，进行遗漏补测，补测成果与初稿合并，形成最终测绘成果[12]。
5结论与展望
本项目主要开展面向城市大比例尺带状地形图測绘的车载移动测量多源数据处理关键技术研究，主要探索本课题所新引进的移动测量数据采集平台Auto-Mapper激光扫描与全景成像测量系统，获取得到的海量高精度点云数据，提取道路带状地形图测绘地物特征点，融合航测DLG及修测底图等多源数据，快速绘制道路带状地形图的工艺流程，加速推进道路带状地形图测绘模式变革进程。最终形成一套完整的面向城市大比例尺带状地形图测绘的车载移动测量多源数据采集方案、数据处理新工艺和关键技术研究报告。虽然城市大比例尺地形图测绘方面还有很多问题需要继续探索和研究，功能也不是特别完善，但是伴随着传感器的持续发展，移动测量系统性能将有一个质的提高，移动测量技术将迎来更加广阔的应用天地。
参考文献：
[1]GB/T20257.1-2007.国家基本比例尺地图图式第1部分：1：500、1：1000、1：2000地形图图式[S].
[2]GB/T 13923-2006.基础地理信息要素分类与代码[S].
[3]北京市测绘设计研究院.CJJ/T 8-2011，城市测量规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1999.
[4]GB/T 14268-2008.国家基本比例尺地形图更新规范[S].
[5]CJJ/T 73-2010.卫星定位城市测量技术规范[S].
[6]CH/T 2009-2010.全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[S].
[7]GB/T 14912-2005.1：500、1：1000、1：2000外业数字测图技术规程[S].
[8]GB/T 21740-2008.基础地理信息城市数据库建设规范[S].
[9]GB 50026-2007.工程测量规范[S].
[10]GB/T 18314-2009.全球定位系统（GPS）测量规范[S].
[11]任彦明，马江鸿.贯通测量误差预计在矿山测量中的应用[J].煤，2014（7）：21-22.
[12]黄红龙.矿山测量中的贯通测量误差预计分析[J].能源与节能，2016（7）：58-59.
收稿日期：2021-06-07
作者简介：班丽娟（1982—），女，河南濮阳人，硕士研究生，工程师，研究方向：矿山地质勘测。
Analysis and Discussion on Key Techniques of Measuring Multi-source Data Processing
BAN Lijuan1，GAO Yingchao2
（1.Exploration Engineering Department， Pingdingshan Tianan Coal Industry Co.， Ltd.， Pingdingshan Henan 467000;
2.Qitai County Branch of Xinjiang Tiandi Huatai Mining Engineering Technology Co.， Ltd.， Changji Xinjiang 831800）
Abstract：Vehicle-mounted mobile measurement technology integrates laser scanners， integrated navigation systems and CCD cameras to directly obtain data such as absolute coordinates and texture information of the target while moving. The purpose of this subject research is to deeply understand and master the related technology of vehicle-mounted mobile survey， and apply it to the urban large-scale strip topographic map surveying and mapping project， so as to improve the efficiency and quality of urban large-scale strip topographic map surveying and mapping.
Key words：Vehicle-mounted mobile; measurement; multi-source data; large-scale city; strip topographic map
关键词：车载移动;测量;多源数据;城市大比例尺;带状地形图
中图分类号：TD175文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）07-0000-00
0引言
车载移动测量技术作为现代测绘领域比较前沿的技术，伴随着其关键技术和软件水平的不断突破，以及云计算、云存储和高速网的发展和智慧城市的建设，车载移动测量技术开始步入工程化应用阶段，已成为一种快速高效获取空间数据的技术手段，被广泛运用到数字城市、基础测绘、城市规划、交通勘察等领域。快速发展车载移动测量技术，给城市带状地形图大比例尺测绘项目所需要的海量地物特征点三维坐标数据快速获取提供了一条崭新的途径。通过车载移动测量技术可以高效快速地直接获取海量点云数据，相对精度比较高，然后再分别对所获取的点云数据的高程和平面进行数据纠正处理，数据三维坐标精度得到了提高，也就达到了大比例尺城市地形图测绘对高精度要求的目的。系统数据处理自动化程度高、数据结果直观、精度高、机动性高，非常适用于带状道路数据采集[1-2]。城市大比例尺带状地形图测绘成图效率在很大程度上主要受如何从海量点云数据中提取得到地物特征点三维坐标数据的影响，本课题正是基于以上问题，展开了面向城市大比例尺带状地形图测绘的车载移动测量多源数据处理关键技术研究和探索[3-4]。
本课题高精度海量数据采集平台主要是运用全景成像测量系统和Auto-Mapper激光扫描，拟开展面向城市带状大比例尺地形测绘的车载移动测量多源数据处理关键技术研究，在理论研究与算法突破基础上，形成高效可靠的大比例尺地形测绘工艺流程和解决方案。
1主要研究内容和使用的主要关键技术
研究内容主要包含以下几个方面：
（1）车载移动测量系统外业数据采集方案的设计与优化改进;（2）点云精度评价与质量控制的关键技术研究;（3）测图要素自动提取算法;（4）多源数据联合快速成图方法研究。
研究面向城市大比例尺带状地形图测绘的车载移动测量多源数据处理关键技术目的是为了改变现有的外业数据采集模式，实现大比例尺地形图测绘的智能化、自动化和信息化，把移动测量技术运用到道路带状图地形图测绘领域，形成面向城市大比例尺带状地形图测绘的车载移动测量多源数据处理新工艺[5-8]。
2车载移动测量系统构成与工作原理
为了严格把控车载激光扫描数据获取过程质量，深入分析车载激光扫描数据处理的方式方法，达到优化采集作业以及整个研究过程与方法的目的，必须对车载移动测量构成与工作原理进行深入了解分析[9]。
车载移动测量系统主要是由计算机、运载的车辆、机械支撑机构、电源、集成控制电路、测量型传感器、定位及定姿传感器等相应软件构成。移动测量主要包括测量设备安装架、立体图像测量传感器、DGPS/INS（定位及定姿传感器）、彩色摄影相机、激光扫描雷达、GPS同步控制单元等硬件系统，各传感器间数据流转关系如图1。
3系统工作流程和车载激光扫描数据处理
3.1系统工作流程
外业数据扫描完成后，会得到很多组数据，以及对这些多源数据的处理，最终获得每个激光脚点的WGS-84坐标等过程步骤，系统大致工作流程如图2。
3.2处理车载激光扫描数据的方法
内业数据处理内容及所需要使用的软件如表1。
3.3坐标转换参数的计算
利用在测区范围内均匀分布的多个地面已知点的两套坐标系统，包括WGS84坐标（大地坐标）和城市地方坐标系坐标，通过参数计算软件获取。某点的大地高和正常高的关系可用如下公式表示：
（ 称为该点的高程异常值），
高程异常值 的确定是高程拟合的关键，高程拟合采取多项式二次曲面拟合模型，采用二次多项式曲面拟合模型进行的高程拟合，最少需要6个地面激光标志点作为控制点。
其基本原理为：利用外业实测地面激光标志点高程对點云高程数据进行拟合修正，将车载数据采集平台采集得到的高程数据采用三角形面状拟合的方法进行修正，改正到外业实测高程面上，外业实测高程面采用德劳内三角形进行确定。
高程拟合采用二阶多项式曲面拟合函数模型为：
（其中： 为高程拟合参数）
设某点 的拟合残差为 ，则有：
若有n个已知点，则构成的误差方程为：
式中：
由最小二乘法得到拟合系数X为：
经过高程拟合后，点云数据的大地高将转换为正常高，能够直接满足项目工程应用需要。
3.4基于点云数据的解算以及地形图绘制
原始点云数据解算是通过系统自带的点云数据解算软件Laser Preprocess进行，只需要手动选择对应的激光数据和组合导航数据，就可以快速获取原始点云数据如图3。
4课题研究结果测试
武汉汉口主城区沿江大道和沿河大道位于汉口主城区内，起点为月湖桥，西行至武汉滨江高尔夫俱乐部，实验道路全线长约为12公里，作为开阔区域测试路段。为了保证数据的精度准确可靠，在测区范围内横向依次在月湖桥与沿江大道路口、汉口江滩公共交通停车站、武汉滨江高尔夫俱乐部内布设了3个基准站。现场采用移动测量系统进行数据采集，通过后期数据处理，获取得到测试路段的点云数据[10]。同时在测试路段通过RTK布设控制点，全站仪采集碎部点的方式获取外业检测点[11]。通过在点云数据上选取与外业检测点一致的平面点340个和高程点424个，得到的精度统计表如表2、表3。 在开阔地区通过移动测量系统获取得到的点云数据在平面精度和高程精度方面均能够达到1：500比例尺地形图测绘的精度要求。
在点云数据基础上，结合自动提取结果和500修侧底图，可快速完成城市带状地形图底图绘制。在以上基础上，通过将初稿与现实地理环境比对，进行遗漏补测，补测成果与初稿合并，形成最终测绘成果[12]。
5结论与展望
本项目主要开展面向城市大比例尺带状地形图測绘的车载移动测量多源数据处理关键技术研究，主要探索本课题所新引进的移动测量数据采集平台Auto-Mapper激光扫描与全景成像测量系统，获取得到的海量高精度点云数据，提取道路带状地形图测绘地物特征点，融合航测DLG及修测底图等多源数据，快速绘制道路带状地形图的工艺流程，加速推进道路带状地形图测绘模式变革进程。最终形成一套完整的面向城市大比例尺带状地形图测绘的车载移动测量多源数据采集方案、数据处理新工艺和关键技术研究报告。虽然城市大比例尺地形图测绘方面还有很多问题需要继续探索和研究，功能也不是特别完善，但是伴随着传感器的持续发展，移动测量系统性能将有一个质的提高，移动测量技术将迎来更加广阔的应用天地。
参考文献：
[1]GB/T20257.1-2007.国家基本比例尺地图图式第1部分：1：500、1：1000、1：2000地形图图式[S].
[2]GB/T 13923-2006.基础地理信息要素分类与代码[S].
[3]北京市测绘设计研究院.CJJ/T 8-2011，城市测量规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1999.
[4]GB/T 14268-2008.国家基本比例尺地形图更新规范[S].
[5]CJJ/T 73-2010.卫星定位城市测量技术规范[S].
[6]CH/T 2009-2010.全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[S].
[7]GB/T 14912-2005.1：500、1：1000、1：2000外业数字测图技术规程[S].
[8]GB/T 21740-2008.基础地理信息城市数据库建设规范[S].
[9]GB 50026-2007.工程测量规范[S].
[10]GB/T 18314-2009.全球定位系统（GPS）测量规范[S].
[11]任彦明，马江鸿.贯通测量误差预计在矿山测量中的应用[J].煤，2014（7）：21-22.
[12]黄红龙.矿山测量中的贯通测量误差预计分析[J].能源与节能，2016（7）：58-59.
收稿日期：2021-06-07
作者简介：班丽娟（1982—），女，河南濮阳人，硕士研究生，工程师，研究方向：矿山地质勘测。
Analysis and Discussion on Key Techniques of Measuring Multi-source Data Processing
BAN Lijuan1，GAO Yingchao2
（1.Exploration Engineering Department， Pingdingshan Tianan Coal Industry Co.， Ltd.， Pingdingshan Henan 467000;
2.Qitai County Branch of Xinjiang Tiandi Huatai Mining Engineering Technology Co.， Ltd.， Changji Xinjiang 831800）
Abstract：Vehicle-mounted mobile measurement technology integrates laser scanners， integrated navigation systems and CCD cameras to directly obtain data such as absolute coordinates and texture information of the target while moving. The purpose of this subject research is to deeply understand and master the related technology of vehicle-mounted mobile survey， and apply it to the urban large-scale strip topographic map surveying and mapping project， so as to improve the efficiency and quality of urban large-scale strip topographic map surveying and mapping.
Key words：Vehicle-mounted mobile; measurement; multi-source data; large-scale city; strip topographic map