CN115861201A - 一种基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法 - Google Patents

一种基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法 Download PDF

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万斐
黄昌狄
孙震宇
郑学勇
陈良周
魏进冬
田世顺
李凉
费文杰
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Abstract

本发明公开了一种基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法，包括步骤：接收测绘成果数据，确定数据采集区域及采集线路，采集原始三维激光点云数据和位置数据；对原始三维激光点云数据和位置数据进行处理，得到目标坐标系下的点云数据及位置文件；根据处理后的位置文件构建轨迹参考线一，基于时间间隔分割形成轨迹参考线二，经过轨迹质量筛选形成轨迹参考线三；加载待检测绘成果样本的矢量数据、点云数据、轨迹参考线，自动提取相对精度检测边长及绝对精度检测点，与待检测绘成果中的同名边长及同名点计算偏移值，统计中误差实现待检测绘成果的数学精度评价。本发明效率高；基于车载移动测量系统一体化采集，效率提升；精度可靠。

Description

一种基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法
技术领域
本发明属于测绘地理信息成果质量检查技术领域，尤其是涉及一种基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法。
背景技术
目前，测绘成果数学精度评价方式主要采用全站仪、测距仪、GNSS接收机等测绘仪器，以人工的方式外业采集精度检测数据，在内业以软件或人工的方式与同名数据进行比对，实现对测绘成果数学精度的评价。该方式虽然具有精度稳定等自身优势，但是存在人工野外工作时间长、工作强度大、作业成本高且效率低等缺点。
综上所述，现有的测绘成果数学精度评价方式存在工作强度大、效率低等技术问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种机械化程度高，溯源性好，评价效率高的基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法，包括以下步骤：
接收测绘成果数据，确定数据采集区域及采集线路，采集原始三维激光点云数据和位置数据；
对上述获得的原始三维激光点云数据和位置数据进行处理，得到目标坐标系下的点云数据及位置文件；
根据处理后的位置文件构建轨迹参考线一，基于时间间隔分割形成轨迹参考线二，经过轨迹质量筛选形成轨迹参考线三；
加载待检测绘成果样本的矢量数据、点云数据、轨迹参考线，自动提取相对精度检测边长及绝对精度检测点，与待检测绘成果中的同名边长及同名点计算偏移值，统计中误差实现待检测绘成果的数学精度评价。
进一步的，所述测绘成果数据为矢量数据成果，包含水系图层、交通图层、植被图层、居民地图层。
进一步的，所述采集区域为测绘成果数据抽取样本后所覆盖区域内可通车的道路；所述采集线路为车载移动测量系统在采集区域内数据采集的路线，其至少包含3处卫星信号无明显遮挡的区域。
进一步的，所述车载移动测量系统至少包括车载式激光扫描仪，全球卫星导航系统GNSS接收机，及惯性测量单元IMU。
进一步的，所述确定数据采集区域及采集线路，并采集原始三维激光点云数据和位置数据中，
按照采集线路以时速30km/h至50km/h往返行驶时，所述车载移动测量系统对采集区域内的地物要素进行扫描，得到采集区域的目标数据；
将车载移动测量系统行使至卫星信号无明显遮挡区域，停稳静置3至5分钟后，以时速30km/h至50km/h在卫星信号无明显遮挡区域周边道路往返行驶，采集周边的地物要素，得到所述采集区域的目标数据，所述地物要素至少包括建筑物和道路边线。
进一步的，对位置数据进行处理，得到位置文件，其包含时间信息、质量信息、位置信息；
根据待检测绘成果的平面坐标系的椭球参数、投影参数信息设置目标数据平面坐标系的信息；
对点云数据、位置文件和目标数据平面坐标系信息进行处理，得到目标坐标系下的点云数据和采集轨迹。
进一步的，所述轨迹参考线一根据处理后的位置文件中的坐标信息经连接、平滑生成；
所述轨迹参考线二根据处理后的位置文件中的时间信息，从第一幅样本边界起点开始每间隔8-12秒作垂直于轨迹参考线一的垂线，按垂点分割形成；
所述轨迹参考线三根据处理后的位置文件中的质量信息，保留质量信息值为1并且连续5个以上的位置，经连接、平滑生成。
进一步的，所述待检测绘成果样本的矢量数据为居民地层中的建筑物数据；
根据轨迹参考线二对点云数据进行分块；
以待检测绘成果样本的矢量数据中房屋边线为基准向两侧做18-22厘米缓冲面，将落在缓冲面内的点云数据根据直线拟合算法在二维平面内得出相对精度检查边长，与所述待检测绘成果中的同名边长计算差值，其中，所述待检测绘成果中的同名边长是指在待检测绘成果中与检测边相同位置的矢量边长；
重复此步骤，每个样本获取20至50个同名边长差值，每个样本计算相对精度中误差；
根据轨迹参考线三对点云数据进行分块；
以待检测绘成果样本的矢量数据中房屋边线为基准向两侧做18-22厘米缓冲面，将落在缓冲面内的点云数据根据直线拟合算法在二维平面内自动拟合出直线，以各拟合线的交点为绝对精度的检测点，与所述待检测绘成果中的同名点计算偏移值，其中，所述待检测绘成果中的同名点是指在待检测绘成果中与检测点相同属性点的坐标，坐标由软件自动获取；
重复此步骤，采集区域获取20至50个同名点偏移值，计算绝对精度中误差；
汇总各个样本的相对精度及绝对精度的中误差实现对测绘成果的数学精度评价。
进一步的，所述矢量数据成果为大比例尺地形图或地理实体或高精地图。
进一步的，所述车载移动测量系统接收测绘成果数据之前进行初始化操作。
本发明的有益效果是，1)效率高，与全站仪、GNSS接收机等传统数学精度评价方法比较，传统方法一般为技术人员用全站仪采集绝对精度检测点，用激光测距仪量测相对边长，一般2人2天完成10幅左右；本发明基于车载移动测量系统一体化采集，以半自动化提取检测数据，一般2人2天完成20幅，效率大幅提升；2)精度可靠：与全站仪、GNSS接收机等传统数学精度评价方法比较，传统方法一般为技术人员人工观测获得检测数据，其中观测误差、偶然误差等误差不能消除；本发明以时间切片的方式消除车载移动测量系统中的系统误差，提高了相对精度的可靠性，同时，车载移动测量系统在数据采集及解算中无人为干预；3)溯源性好：与全站仪、GNSS接收机等传统数学精度评价方法比较，传统方法一次性采集后无法还原实际检测位置；本发明是在点云数据中半自动获取检测数据，可多次、重复采集，具有较好的溯源性。
附图说明
图1为本发明的车载移动测量系统数据采集示意图。
图2为本发明的位置数据解算示意图。
图3为本发明的目标平面坐标系设置示意图。
图4为本发明的点云数据示意图。
图5为本发明的数据加载示意图。
图6为本发明的相对精度边长采集示意图。
图7为本发明的精度统计示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
一种基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法，包括以下步骤：
步骤1，待检测绘成果接收，确定数据采集区域及采集线路。其中，所述测绘成果是指大比例地形图、地理实体、高精地图等矢量数据成果；所述采集区域是指测绘成果抽取样本后所覆盖区域内可通车的道路；所述采集线路是指车载移动测量系统在采集区域内数据采集的路线，包含至少3处卫星信号无明显遮挡的区域；
步骤2，采用车载移动测量系统以一定采集方式对所述采集区域按照采集线路进行数据采集获取目标数据。其中，所述车载移动测量系统至少包括：车载式激光扫描仪，全球卫星导航系统GNSS接收机和惯性测量单元IMU；所述目标数据包括：原始三维激光点云数据和位置数据；主要包括：
对车载移动测量系统进行初始化操作；
当搭载初始化操作后的所述车载移动测量系统的测量车在所述的采集区域内按照采集线路以时速30km/h至50km/h往返行驶时，所述车载移动测量系统对采集区域内的地物要素进行扫描，得到所述采集区域的目标数据1；然后，将测量车行使至卫星信号无明显遮挡区域，测量车停稳静置3至5分钟后，以时速30km/h至50km/h在所述卫星信号无明显遮挡区域周边道路往返行驶，采集周边的地物要素，得到所述采集区域的目标数据2。其中，所述地物要素至少包括：建筑物和道路边线。
步骤3，对所述目标数据进行数据处理，得到目标坐标系下的点云数据。其中，所述目标坐标系表示所述待检测绘成果的坐标系。主要包括：
利用第二数据处理软件对所述位置数据进行数据处理，得到位置文件，其中，所述第二数据处理软件包括：Inertial Explorer8.70软件；
利用第三数据处理软件根据所述待检测绘成果的平面坐标系的椭球参数、投影参数等信息设置目标数据的平面坐标系信息，其中，所述第三数据处理软件包括：LeicaInfinity3.0.1；
利用第四数据处理软件对所述原始点云数据、所述位置文件和所述目标数据坐标系信息进行处理，得到目标坐标系下的点云数据和采集轨迹，其中，所述第四数据处理软件包括：PEGASUS Manager v2018.2.2；
步骤4，根据所述处理后的位置文件构建轨迹参考线一，基于时间间隔分割形成轨迹参考线二，经过轨迹质量筛选形成轨迹参考线三。主要包括：
所述轨迹参考线一是根据处理后的位置文件中的坐标信息经连接、平滑生成；
所述轨迹参考线二是根据处理后的位置文件中的时间信息(GPSTIME)，从边界起点开始每间隔10秒作垂直于轨迹参考线一的垂线，按垂点分割形成；
所述轨迹参考线三是根据处理后的位置文件中的质量信息(QUALITY)，保留质量信息(QUALITI)值为1并且连续5个以上的位置，经连接、平滑生成。
步骤5，在第一数据处理软件加载待检测绘成果样本矢量数据、点云数据、轨迹参考线等相关数据，自动提取相对精度检测边长及绝对精度检测点，与待检测绘成果中的同名边长及同名点计算偏移值，计算中误差实现待检测绘成果的数学精度评价。其中，第一数据处理软件车载点云地理信息成果质检软件。主要包括：
将所述的待检测绘成果样本矢量数据、点云数据、轨迹参考线等数据导入所述第一数据处理软件中，其中，所述待检测绘测成果样本矢量数据一般为居民地层中的建筑物数据；
在所述第一数据处理软件中，根据所述轨迹参考线二，对点云数据进行分块；软件再以所述待检测绘成果样本矢量数据中的房屋边线为基准向两侧做20厘米缓冲，将落在缓冲面内的所述点云数据根据直线拟合算法在二维平面内自动得出相对精度检查边长，与所述待检测绘成果中的同名边长计算差值，其中，所述待检测绘成果中的同名边长是指在待检测绘成果中与检测边相同位置的矢量边长，边长值由软件自动获取；重复此步骤，每个样本获取20至50个同名边长差值，每个样本计算相对精度中误差；
在所述第一数据处理软件中，根据所述轨迹参考线三，对点云数据进行分块，软件再以所述待检测绘成果中房屋边线矢量数据为基准向两侧做20厘米缓冲，将落在缓冲面内的所述点云数据根据直线拟合算法在二维平面内自动拟合出直线，以各拟合线的交点为绝对精度的检测点，与所述待检测绘成果中的同名点计算偏移值，其中，所述待检测绘成果中的同名点是指在待检测绘成果中与检测点相同属性点的坐标，坐标由软件自动获取；重复此步骤，采集区域获取20至50个同名点偏移值，计算绝对精度中误差；
汇总各个样本的相对精度及绝对精度的中误差实现对测绘成果的数学精度评价。
为使本发明实施目的、技术方法和优点更加清楚，下面将以浙江省某地区1:500数字地形图的数学精度评价为例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
步骤1：
首先，接收生产单位提交的1:500数字地形图的测绘成果。
其次，根据待检测绘成果的批量及抽样方案随机抽取一定数量的样本，其中，所述批量为测绘成果的工作总量，所述抽样方案为根据批量大小确定样本数量。如待检的1:500数字地形图的批量为30.1平方公里，折合1:500标准图幅(50cm×50cm)为481.6幅，根据抽样方案随机样本量为40幅，其中，抽样方案详见GB/T 24356-2009《测绘成果质量检查与验收》；
最后，根据样本分布的范围，结合地理环境情况，规划数据采集路线，并确定5处卫星信号无明显遮挡的区域；采集线路的规划主要参考百度地图的影像地图及电子地图数据开展。
步骤2：
首先，将车载移动测量系统固定至测量车并检查固定松紧情况，连接相关线路、接通电源，启动车载移动测量系统；
其次，将测量车行驶至卫星信号无明显遮挡区域，先将测量车停稳静态观测5分钟，再以绕8字或左右拐弯、加减速等方式对车载移动测量系统进行初始化操作，使车载移动测量系统的全球卫星导航系统GNSS接收机和惯性测量单元IMU的误差收敛小于1.0，并无较大波动；
然后，初始化操作完成后，将测量车行驶至第一幅样本范围内，按照采集路线以时速30km/h至50km/h的方式行驶采集道路两侧的建筑物、道路等地物数据，按序完成20幅样本目标数据的采集；
最后，将测量车行驶至第一处卫星信号无明显遮挡的区域，静置5分钟，使车载移动测量系统的全球卫星导航系统GNSS接收机和惯性测量单元IMU的误差收敛小于1.0后，以时速30km/h至50km/h的方式行驶采集周边的建筑物、道路等目标数据；重复此步骤，按序完成5处卫星信号无明显遮挡区域的目标数据采集。车载移动测量系统的采集示意图如图1。
步骤3：
首先，利用Inertial Explorer 8.70数据处理软件对位置数据进行解算；其中，位置数据为车载移动测量系统GNSS接收机观测数据、IMU惯导单元的观测数据以及距离采集区域范围20公里以内的含GPS、GLONASS、BEIDOU等不同星座的频率为1HZ的基准站观测数据；经解算，获得位置文件，位置文件中包含位置信息、时间信息、质量信息等；位置数据解算示意图如图2。
其次，根据1:500地形图的成图坐标系，即2000国家大地坐标系的椭球参数(长半轴、短半轴、扁率等)、投影参数(高斯-克吕格投影、3度分带、中央子午线等)信息，在LeicaInfinity 3.0.1数据处理软件设置目标数据的平面坐标系信息；目标平面坐标系设置示意图如图3。
然后，基于原始点云数据、位置文件和目标数据坐标系信息，在PEGASUS Managerv2018.2.2数据处理软件中进行数据处理，获得2000国家大地坐标系(中央子午线120°)的点云数据及采集轨迹。点云数据如图4。
步骤4：
首先，根据处理后的位置文件中的平面坐标信息，经连接、平滑生成轨迹参考线一；
其次，根据处理后的位置文件中的时间信息(GPSTIME)，从边界起点开始每间隔10秒作垂直于轨迹参考线一的垂线，按垂点分割形成基于时间间隔分割形成轨迹参考线二；
最后，根据处理后的位置文件中的质量信息(QUALITY)，保留质量信息(QUALITI)值为1并且连续5个以上的位置，经连接、平滑生成轨迹参考线三。
步骤5：
首先，在车载点云地理信息成果质检软件数据处理软件加载1:500地形图40幅样本矢量数据、点云数据、轨迹参考线等相关数据；数据加载示意图如图5。
其次，在车载点云地理信息成果质检软件中，根据所述轨迹参考线二，对点云数据进行分块；再以1:500地形图样本图幅中的房屋边线为基准向两侧做20厘米缓冲，将落在缓冲面内的所述点云数据根据直线拟合算法在二维平面内自动得出相对精度检查边长，与1:500地形图样本图幅中的原边长计算差值；重复此步骤，每个样本有软件自动获取20至50个同名边长差值，计算每个样本相对精度中误差；相对精度边长采集示意图如图6。
然后，在车载点云地理信息成果质检软件中，根据所述轨迹参考线三，对点云数据进行分块，再以1:500地形图样本图幅中的房屋边线为基准向两侧做20厘米缓冲，将落在缓冲面内的所述点云数据根据直线拟合算法在二维平面内自动拟合出直线，以各拟合线的交点为绝对精度的检测点，与1:500地形图样本图幅中的原房屋角点计算位移值；重复此步骤，由软件自动获取采集区域获取20至50个同名点位移值，计算绝对精度中误差；绝对精度检测点采集示意图如图7。
最后，汇总各个样本的相对精度及采集区域的绝对精度的中误差实现对测绘成果的数学精度评价。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
接收测绘成果数据，确定数据采集区域及采集线路，并采集原始三维激光点云数据和位置数据；
对上述获得的原始三维激光点云数据和位置数据进行处理，得到目标坐标系下的点云数据及位置文件；
根据处理后的位置文件构建轨迹参考线一，基于时间间隔分割形成轨迹参考线二，经过轨迹质量筛选形成轨迹参考线三；
加载待检测绘成果样本的矢量数据、点云数据、轨迹参考线，自动提取相对精度检测边长及绝对精度检测点，与待检测绘成果中的同名边长及同名点计算偏移值，统计中误差实现待检测绘成果的数学精度评价。
2.根据权利要求1所述的基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法，其特征在于：所述测绘成果数据为矢量数据成果，包含水系图层、交通图层、植被图层、居民地图层。
3.根据权利要求1所述的基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法，其特征在于：所述采集区域为测绘成果数据抽取样本后所覆盖区域内可通车的道路；所述采集线路为车载移动测量系统在采集区域内数据采集的路线，其至少包含3处卫星信号无明显遮挡的区域。
4.根据权利要求1所述的基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法，其特征在于：所述车载移动测量系统至少包括车载式激光扫描仪，全球卫星导航系统GNSS接收机，及惯性测量单元IMU。
5.根据权利要求1所述的基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法，其特征在于：所述确定数据采集区域及采集线路，并采集原始三维激光点云数据和位置数据中，
按照采集线路以时速30km/h至50km/h往返行驶时，所述车载移动测量系统对采集区域内的地物要素进行扫描，得到采集区域的目标数据；
将车载移动测量系统行使至卫星信号无明显遮挡区域，停稳静置3至5分钟后，以时速30km/h至50km/h在卫星信号无明显遮挡区域周边道路往返行驶，采集周边的地物要素，得到所述采集区域的目标数据，所述地物要素至少包括建筑物和道路边线。
6.根据权利要求1所述的基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法，其特征在于：
对位置数据进行处理，得到位置文件，其包含时间信息、质量信息、位置信息；
根据待检测绘成果的平面坐标系的椭球参数、投影参数信息设置目标数据平面坐标系的信息；
对点云数据、位置文件和目标数据平面坐标系信息进行处理，得到目标坐标系下的点云数据和采集轨迹。
7.根据权利要求6所述的基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法，其特征在于：
所述轨迹参考线一根据处理后的位置文件中的坐标信息经连接、平滑生成；
所述轨迹参考线二根据处理后的位置文件中的时间信息，从第一幅样本边界起点开始每间隔8-12秒作垂直于轨迹参考线一的垂线，按垂点分割形成；
所述轨迹参考线三根据处理后的位置文件中的质量信息，保留质量信息值为1并且连续5个以上的位置，经连接、平滑生成。
8.根据权利要求7所述的基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法，其特征在于：所述待检测绘成果样本的矢量数据为居民地层中的建筑物数据；
根据轨迹参考线二对点云数据进行分块；
以待检测绘成果样本的矢量数据中房屋边线为基准向两侧做18-22厘米缓冲面，将落在缓冲面内的点云数据根据直线拟合算法在二维平面内得出相对精度检查边长，与所述待检测绘成果中的同名边长计算差值，其中，所述待检测绘成果中的同名边长是指在待检测绘成果中与检测边相同位置的矢量边长；
重复此步骤，每个样本获取20至50个同名边长差值，每个样本计算相对精度中误差；
根据轨迹参考线三对点云数据进行分块；
以待检测绘成果样本的矢量数据中房屋边线为基准向两侧做18-22厘米缓冲面，将落在缓冲面内的点云数据根据直线拟合算法在二维平面内自动拟合出直线，以各拟合线的交点为绝对精度的检测点，与所述待检测绘成果中的同名点计算偏移值，其中，所述待检测绘成果中的同名点是指在待检测绘成果中与检测点相同属性点的坐标，坐标由软件自动获取；
重复此步骤，采集区域获取20至50个同名点偏移值，计算绝对精度中误差；
汇总各个样本的相对精度及绝对精度的中误差实现对测绘成果的数学精度评价。
9.根据权利要求2所述的基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法，其特征在于：所述矢量数据成果为大比例尺地形图或地理实体或高精地图。
10.根据权利要求1所述的基于车载移动测量系统的测绘成果精度评价方法，其特征在于：采集原始三维激光点云数据和位置数据之前进行初始化操作。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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