CN112857334B - 一种集成式多平台移动测绘系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成式多平台移动测绘系统，包括测绘数据采集子系统和数据处理子系统，所述测绘数据采集子系统包括激光扫描仪、惯性导航模块、全景摄像机、基站以及承载平台，所述承载平台用于集成安装所述的激光扫描仪、惯性导航模块和全景摄像机，所述承载平台安装于移动设备上，所述测绘数据采集子系统用于采集待测地形数据，所述数据处理子系统用于对所述测绘数据采集子系统采集到的数据进行后处理。本发明具有提高了外业数据采集的效率，减轻外业人员的负担，提高了测绘工作的效率的效果。

Description

一种集成式多平台移动测绘系统

技术领域

本发明涉及测绘的技术领域，尤其是涉及一种集成式多平台移动测绘系统。

背景技术

目前测绘技术是辅助土地管理、环境保护、地灾防治、城市规划、国防建设等不可缺少的专业技术之一。由于测绘地理信息数据有着定位、定性等信息功能，各行业对测绘数据在直观、可量测、统计与分析等方面的需求越来越迫切。随着测绘技术的不断发展，测绘数据的类型越来越丰富，测绘数据不再只是提供传统专业性的地形图，而是以可视化程度更高的三维数据向用户提供直观可靠的高精度地理信息数据。

现有的测绘系统的各个设备是分离的，需要多个外业人员同时进行协作才能进行测绘工作，且架站式激光扫描仪作业方式只能在已知点上进行架站、搬站，后续数据还要寻找同名点手工拼接点云，导致测绘工作时间长、负担重、效率低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种集成式多平台移动测绘系统，具有有助于减轻外业数据采集人员的负担、提高测绘工作效率的效果。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

提供一种集成式多平台移动测绘系统，包括测绘数据采集子系统和数据处理子系统，所述测绘数据采集子系统包括激光扫描仪、惯性导航模块、全景摄像机、基站以及承载平台，所述承载平台用于集成安装所述的激光扫描仪、惯性导航模块和全景摄像机，所述承载平台安装于移动设备上，所述测绘数据采集子系统用于采集待测地形数据，所述数据处理子系统用于对所述测绘数据采集子系统采集到的数据进行后处理。

通过采用上述技术方案，将激光扫描仪、惯性导航模块和全景摄像机集成安装到承载平台形成外业测绘数据采集子系统，并可将系统安装于不同的移动设备上，便于通过不同的移动设备采集多种地形数据，提高了外业数据采集的效率，减轻外业人员的负担；且将多种地形数据传输到数据处理子系统进行自动解算融合，从而测绘出比较真实的地形，减少外业重测、补测工作，提高了测绘工作的效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述激光扫描仪包括Riegl VUX-1三维激光扫描仪。

通过采用上述技术方案，采用Riegl VUX-1三维激光扫描仪，小巧轻便于集成，能够采集到330°范围内的三维点云数据，具有较高的分辨率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述测绘数据采集子系统采集待测地形数据的步骤包括：

根据现场地形规划采集线路，并选择基站位置；

安装、调试完成所述测绘数据采集子系统的各个设备；

移动设备按照所述采集线路进行数据采集；

数据采集完成后将采集到的数据传输到所述数据处理子系统进行后处理。

通过采用上述技术方案，根据地形地貌路况等规划数据采集线路，然后根据该数据采集线路分别选择上述集成有各个数据采集平台的移动设备，并将系统安装于不同的移动设备上，便于通过更换不同的移动设备采集多种地形数据，提高了外业数据采集的效率，减轻外业人员的负担。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述数据处理子系统对所述测绘数据采集子系统采集到的数据进行后处理的步骤包括：

通过解算软件对惯性导航模块和基站采集的数据进行POS解算；

若POS解算合格进一步对激光扫描仪采集的数据进行点云解算；

点云解算并格式转换后和所述全景摄像机采集的全景数据进行拼接并着色后输出。

通过采用上述技术方案，将不同的采集平台采集到的多种地形数据传输到数据处理子系统进行自动解算、拼接融合和着色，从而测绘出比较真实的地形，减少外业重测、补测工作，提高了测绘工作的效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述移动设备包括车载平台、电动车平台以及背包平台。

通过采用上述技术方案，不同的移动设备平台便于根据规划的采集线路的具体情况进行动态选择，提高数据采集的灵活性和效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：根据规划的采集线路选择所述移动设备。

通过采用上述技术方案，不同的移动设备平台便于根据规划的采集线路的具体情况进行动态选择，提高数据采集的灵活性和效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：：所述基站包括GNSS基站，所述的GNSS基站采用单点静态观测。

通过采用上述技术方案，GNSS基站便于安装拆卸，且采用单点静态观测，只需一台接收机即可独立确定待求点的绝对坐标，比较方便进行外业测绘作业。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述数据处理子系统包括地名地址更新模块。

通过采用上述技术方案，地名地址更新模块可以根据已有的地籍数据信息、地名地址数据库以及兴趣点数据库，对地名地址进行实时更新。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述地名地址更新模块对所述全景摄像机采集的全景数据进行核对，并将核对结果返回全景摄像机的采集现场进行地名地址更新。

通过采用上述技术方案，利用地名地址更新模块基于上述全景摄像机采集的全景数据核对兴趣点数据库并更新，然后外业现场根据核对结果反馈的不一致兴趣点进行实地核查。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.将激光扫描仪、惯性导航模块和全景摄像机集成安装到承载平台形成外业测绘数据采集子系统，并可将系统安装于不同的移动设备上，便于通过不同的移动设备采集多种地形数据，提高了外业数据采集的效率，减轻外业人员的负担；且将多种地形数据传输到数据处理子系统进行自动解算融合，从而测绘出比较真实的地形，减少外业重测、补测工作，提高了测绘工作的效率；

2.不同的移动设备平台便于根据规划的采集线路的具体情况进行动态选择，提高数据采集的灵活性和效率；

3.地名地址更新模块可以根据已有的地籍数据信息、地名地址数据库以及兴趣点数据库，对地名地址进行实时更新。

附图说明

图1是本发明公开的一种集成式多平台移动测绘系统的结构示意图。

图中，100、数据采集子系统；101、激光扫描仪；102、惯性导航模块；103、全景摄像机；104、承载平台；105、基站；106、移动设备；200、数据处理子系统；201、后处理模块；202、地名地址更新模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明公开的一种集成式多平台移动测绘系统，包括测绘数据采集子系统100和数据处理子系统200，测绘数据采集子系统100包括激光扫描仪101、惯性导航模块102、全景摄像机103、承载平台104以及基站105，承载平台104用于集成安装上述的激光扫描仪101、惯性导航模块102和全景摄像机103，承载平台104安装于移动设备106上，测绘数据采集子系统100用于采集待测地形数据，数据处理子系统200用于对测绘数据采集子系统100采集到的数据进行后处理。

其中，移动设备106包括车载平台、电动车平台以及背包平台，可以根据地形地貌路况等规划数据采集线路，然后根据该数据采集线路选择上述集成有各个数据采集平台的移动设备；将系统安装于不同的移动设备上，便于通过更换不同的移动设备采集多种地形数据，提高了外业数据采集的效率，减轻外业人员的负担。激光扫描仪101采用Riegl VUX-1三维激光扫描仪，小巧轻便于集成，能够采集到330°范围内的三维点云数据，具有较高的分辨率；全景摄像机103采用Ladybug5+，为工业级一体化相机，使用 Sony Pregius 全局快门CMOS 传感器，影像分辨率单CCD 2048×2448，全景8000×4000，CCD数量6个，有效视场角为360°，且90%全景覆盖；惯性导航模块102可以接收GPS L1/L2 、GLONASS L1/L2、BDS L1/L2等多个卫星系统信号，定位精度达到水平0.01cm、垂直0.02cm，定姿精度高：俯仰/翻滚角≤0.005°、航向角≤0.017°，陀螺零偏稳定性较好；上述基站包括i80GNSS基站，其双电池热插拔及主机采用单电池仓的可拆卸双电池设计，便于安装拆卸，且GNSS基站采用单点静态观测，只需一台接收机即可独立确定待求点的绝对坐标，比较方便进行外业测绘作业。

具体地，在开始进行数据的采集前，需要进行下述设备安装、调试和设置的准备工作：

1、基站设立：基站架设点位尽量选在交通便利、能够覆盖整个测区的位置，远离高压线和大功率无线电发射源，距离高压线不小于50m，与发射源距离不小于200m；视野开阔，视场内一般不应有高度角大于15°的成片障碍物。GNSS基站测量采用单点静态观测，记录同步静态数据，后期进行平差解算得到绝对坐标，需根据需要的坐标系统在观测前做好相关参数的设置，设置采样间隔5Hz，保障基站点位的采样精度。

2、车载平台外业采集：车载平台包括扫描车、车载连接套件和车载供电系统，连接套件易安装、防尘防水、伸缩导轨，防过拉挡板设计，供电系统可在发动机熄火状态保持供电4小时以上，扫描车通过车载连接套件安装有上述集成激光扫描仪、惯性导航模块和全景摄像机的承载平台；车载平台在进行外业采集作业前，根据测区范围，规划扫描车行驶路线。作业时，扫描车按照规划路线行驶，车速保持在30km/h-60km/h。在两个不同的时间段内分别来回各扫描一次，两次扫描时车速及扫描频率尽量接近，以通过激光扫描仪和全景摄像机获取路面及道路两侧的点云数据及全景影像。不同时间段扫描一是为了避免出现扫描死角导致点云有漏洞，二是为避免扫描仪一次扫描后的有效点云范围未达到测图边界。两次扫描的路线要错开一定距离才能起到校核和补充的作用。

3、电动车平台、背包平台外业采集：巷道较窄的居民区内部，通常采用电动车平台或背包平台来安装上述承载平台和相关采集设备，因此，电动车速、人行速度放缓，根据扫描路线情况，设置短距高频采集，确保点云的密度和有效范围。其中，电动车平台包括绿色能源电动车和电动车连接套件，连接套件易安装、防尘防水，4轮电动车，车身稳固，理论续航里程100km；背包平台采用人体工程力学设计，稳固，省力。

进一步的，在完成上述准备工作后开始进行数据采集，测绘数据采集子系统进行外业采集地形数据的流程包括：

根据现场地形规划采集线路，并选择基站位置；

安装、调试完成上述测绘数据采集子系统的各个设备；

移动设备按照上述采集线路进行数据采集；

数据采集完成后将采集到的数据传输到上述数据处理子系统进行后处理。

具体地，在事先选好的基站点位置架设好基站，手簿连接基站RTK并设置静态观测，采样间隔设置5Hz，将量测好的天线高填入手簿；将移动设备106（如扫描车）停在空旷无遮挡、GPS信号好的位置，静止5分钟，进行惯性导航模块102POS初始化；根据采集路段，移动设备106行驶速度控制在30-60km/h，设置全景摄像机103参数为高质量，激光扫描仪101设置采集距离为350米，线速100，拍照间隔1s；开始采集时，进测区前先进行一段加减速行驶，使惯导初始化；在车辆行驶过程中，注意平板上轨迹行驶情况及卫星接收情况，如有卫星数较少的位置，解算时会有位置精度的损失；在行驶过程中，如有较大范围不在测区范围内，则在平板上点选“停止LAS采集”，激光雷达停止扫描，POS数据继续采集，点云解算时去掉不需要的POS数据；完成采集后停止LAS采集，并回到空旷且GPS信号较好的位置，停车5分钟进行POS静止，这时POS继续采集；5分钟后，停止POS采集，关闭扫描仪并关机，关闭电源，设备拆卸装箱，整个外业采集流程结束，然后将采集到的数据传输到上述数据处理子系统进行后处理。

更进一步的，上述数据处理子系统200的后处理模块201对测绘数据采集子系统采集到的数据进行后处理的步骤包括：

通过解算软件对惯性导航模块和基站采集的数据进行POS解算；

若POS解算合格进一步对激光扫描仪采集的数据进行点云解算；

点云解算并格式转换后和所述全景摄像机采集的全景数据进行拼接并着色后输出。

具体地，可以根据各个数据采集设备采集的不同类型的数据在数据处理子系统上建立对应的文件夹来保存数据并根据文件夹的命名来相区别，例如，“BASE”文件夹存放基站数据；“CCD” 文件夹存放拍摄的图片，全景摄像机采集照片需按顺序放入对应的1、2、3、4、5、6文件夹；“LAS” 文件夹中存放激光扫描仪原始数据，按照扫描仪类型存入原始激光文件，如AS900扫描仪将rxp文件放入“LAS” 文件夹下的Riegl文件夹；“PARA”文件夹存放参数文件，包括标定EP文件、dandian.txt、guanxi.txt、peizhun.txt、Camera.calib等文件；(名称固定，其中EP文件为标定得到，其他文件在后期处理过程中由软件自动生成)；“POST”文件夹存放惯性导航数据和POS解算出来的PosT文件；“ROVER”文件夹存放采集的GPS和IMU数据；“SYNC”文件夹存放log日志数据和TRIG数据；“TRACE”文件夹存放采集过程中的轨迹数据。

然后基于上述数据进行内业数据后处理，主要包括POS解算、点云解算和拼接着色。其中：通过POS解算软件（如GNSS/INS数据解算软件Inertial Explorer）对惯性导航模块102和基站采集的数据进行数据转换后POS解算并生成PosT文件，该文件按时间输出载体的位置、姿态信息，POS解算时使用紧耦合的方式双向解算，进行平差解算得到载体的绝对坐标,提高解算精度；解算软件Inertial Explorer提供定位定姿数据多种处理功能，联合惯性导航模块的数据和基站的静态数据解算完后输出自定义格式的POS轨迹数据，支持多基站解算功能，支持IGS、CORS等数据下载功能并兼容GPS、GLONASS、BDS等多种卫星导航系统和多种IMU数据格式。POS解算的输出结果合格则进行点云解算，不合格则调整相应设备的参数重复POS解算，直到合格为止再进行点云解算。点云解算则通过点云预处理软件CoPre对激光扫描仪101采集的原始激光文件进行解码，并对激光点坐标进行转换，从而得到WGS-84坐标系下的LAS格式点云，同时软件还会对全景摄像机拍摄的照片进行统一处理（同步匹配和重命名）后进行拼接，然后对点云进行着色并输出显示；点云预处理软件CoPre支持一键式解算生成las格式的点云数据，支持点云着色功能，支持多种椭球、坐标系的转换，支持自定义坐标系下的点云输出。将多种地形数据传输到数据处理子系统进行自动解算、拼接融合和着色，从而测绘出比较真实的地形，减少外业重测、补测工作，提高了测绘工作的效率。

进一步的，上述数据处理子系统200包括地名地址更新模块202，地名地址更新模块对上述全景摄像机采集的全景数据进行核对，并将核对结果返回全景摄像机的采集现场进行地名地址更新。地名地址数据是地理空间框架数据库的重要组成部分，是对地名、地址信息的结构化描述与标识。带有空间坐标的地名地址数据以坐标点位的方式描述某一特定空间位置上自然或人文地理实体的专有名称和属性，以满足各种专题信息空间定位要求。地名地址数据主要分为地名地址数据和兴趣点数据，可以根据已有的地籍数据信息、地名地址数据库以及兴趣点数据库，对地名地址进行实时更新。

地名地址更新工作分为内业、外业两块，内业主要是利用地名地址更新模块基于上述全景摄像机采集的全景数据核对兴趣点数据库，并新增、修改、删除不一致的兴趣点数据，将全景数据与兴趣点数据一一对应，外业主要是根据内业反馈的不一致兴趣点进行实地核查、拍照。具体流程如下：

1、通过上述测绘数据采集子系统100进行外业数据采集，主要使用全景摄像机103拍摄全景照片数据。

2、通过上述数据处理子系统200的后处理模块201进行数据解算，处理全景照片及轨迹数据，并分块。

3、地名地址更新模块202根据轨迹及全景照片数据，核对已有兴趣点数据库，进行判别并更新，包括：

将现在没有的兴趣点数据放到减量库中，并从原库中删除；

将新增的兴趣点数据放到增量库中，并标注编号；

将修改的兴趣点数据放到增量库中，标注编号，并从原库中删除；

对新增的和修改的兴趣点数据进行外业拍照编号后入库；

对上述兴趣点数据检查、整合然后入库。

4、外业根据内业的地名地址更新模块反馈的不一致兴趣点进行实地核查并编号。

本实施例的实施原理为：将激光扫描仪、惯性导航模块和全景摄像机集成安装到承载平台形成外业测绘数据采集子系统，并可将系统安装于不同的移动设备上，便于通过不同的移动设备采集多种地形数据，提高了外业数据采集的效率，减轻外业人员的负担；且将多种地形数据传输到数据处理子系统进行自动解算融合，从而测绘出比较真实的地形，在一定程度上代替常规测绘数据采集设备，减少外业重测、补测工作，提高了测绘工作的效率。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种集成式多平台移动测绘系统，包括测绘数据采集子系统和数据处理子系统，其特征在于：所述测绘数据采集子系统包括激光扫描仪、惯性导航模块、全景摄像机、基站以及承载平台，所述承载平台用于集成安装所述的激光扫描仪、惯性导航模块和全景摄像机，所述承载平台安装于扫描车上，其中，

所述测绘数据采集子系统用于采集待测地形数据，其中，采集待测地形数据包括：在两个不同的时间段内沿预先规划的采集路线来回各扫描一次，所述来回扫描时所经过的采集路线之间相互错开一定距离，且来回扫描时车速及扫描频率接近；

所述数据处理子系统用于对所述测绘数据采集子系统采集到的数据进行后处理。

2.根据权利要求1所述的集成式多平台移动测绘系统，其特征在于：所述激光扫描仪包括Riegl VUX-1三维激光扫描仪。

3.根据权利要求2所述的集成式多平台移动测绘系统，其特征在于：所述测绘数据采集子系统采集待测地形数据的步骤包括：

根据现场地形规划采集线路，并选择基站位置；

安装、调试完成所述测绘数据采集子系统的各个设备；

移动设备按照所述采集线路进行数据采集；

数据采集完成后将采集到的数据传输到所述数据处理子系统进行后处理。

4.根据权利要求1所述的集成式多平台移动测绘系统，其特征在于：所述数据处理子系统对所述测绘数据采集子系统采集到的数据进行后处理的步骤包括：

通过解算软件对惯性导航模块和基站采集的数据进行POS解算；

若POS解算合格进一步对激光扫描仪采集的数据进行点云解算；

点云解算并格式转换后和所述全景摄像机采集的全景数据进行拼接并着色后输出。

5.根据权利要求1所述的集成式多平台移动测绘系统，其特征在于：所述基站包括GNSS基站，所述的GNSS基站采用单点静态观测。

6.根据权利要求5所述的集成式多平台移动测绘系统，其特征在于：所述数据处理子系统包括地名地址更新模块，其中，所述地名地址更新模块用于对所述全景摄像机采集的全景数据进行核对，并将核对结果返回全景摄像机的采集现场进行地名地址更新。

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