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三維激光全景技術(shù)在交通行業(yè)中的應(yīng)用

駱朝亮

(武漢海達(dá)數(shù)云技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430223)

一、引言

近年來(lái)，公路交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模不斷擴(kuò)大，已有交通基礎(chǔ)設(shè)施改擴(kuò)建、養(yǎng)護(hù)問(wèn)題日漸突出，高速公路的運(yùn)營(yíng)管理也開始受到人們的廣泛關(guān)注。為了保持公路的服務(wù)水平、減少公路資產(chǎn)的損失、延長(zhǎng)公路使用壽命、提升公路的服務(wù)水平，就需要通過(guò)采用科學(xué)的管理手段，把現(xiàn)代高新技術(shù)引入到交通數(shù)據(jù)采集和管理中來(lái)，從而提高整個(gè)高速公路交通的管理效率和高速公路設(shè)施的利用率，實(shí)現(xiàn)公路管理的科學(xué)性和有效性。

面對(duì)數(shù)量龐大、種類繁多、任務(wù)緊迫的交通基礎(chǔ)設(shè)施，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和管理方式由于存在人工作業(yè)效率低下、作業(yè)周期長(zhǎng)、管理顯示不直觀等不足之處，已難以適應(yīng)“智能交通、智慧城市”的發(fā)展要求。在此背景下，利用中海達(dá)三維激光全景測(cè)量技術(shù)能很好地解決上述問(wèn)題。

二、總體流程

三維激光全景測(cè)量技術(shù)是近幾年興起的一種快速、高效、非接觸式的測(cè)繪技術(shù)，其原理是通過(guò)在機(jī)動(dòng)車上裝配導(dǎo)航定位系統(tǒng)、高清全景相機(jī)、三維激光掃描儀、控制系統(tǒng)等傳感器和設(shè)備，在車輛高速行駛過(guò)程中，快速采集道路及兩旁地物的高清影像及激光點(diǎn)云，并根據(jù)各種應(yīng)用需要進(jìn)行各種要素特別是道路兩旁要素的任意任時(shí)的按需測(cè)量，包括道路中心線或邊線位置坐標(biāo)、目標(biāo)地物的位置坐標(biāo)、路(車道)寬、橋(隧道)高、交通標(biāo)志標(biāo)牌、道路設(shè)施等。其總體工作流程如圖1所示。

三、外業(yè)采集

1. 作業(yè)設(shè)備選擇

對(duì)于交通道路帶狀測(cè)量，根據(jù)其精細(xì)度要求，本文中選用的是中海達(dá)高精度三維激光全景移動(dòng)測(cè)量設(shè)備iScan-S，其總體性能參數(shù)見表1。

表1　作業(yè)設(shè)備性能參數(shù)

2. 數(shù)據(jù)采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集是項(xiàng)目實(shí)施的基礎(chǔ)，在外業(yè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，要嚴(yán)格按照要求的數(shù)據(jù)采集規(guī)范進(jìn)行。其總體工作可劃分為3個(gè)階段。

圖1　作業(yè)生產(chǎn)總流程

(1) 前期準(zhǔn)備

前期準(zhǔn)備階段需要做的工作包括線路勘查、線路規(guī)劃及設(shè)備檢查。

一般來(lái)說(shuō)，在采集區(qū)域較大或采集作業(yè)人員對(duì)路狀不熟悉時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行線路勘查工作，了解真實(shí)道路實(shí)際情況、車輛是否可以順利通行等實(shí)際狀況信息。

線路勘查后，根據(jù)移動(dòng)測(cè)量外業(yè)采集規(guī)范的作業(yè)要求，需要對(duì)每天的車輛采集路線進(jìn)行規(guī)劃，以提高采集作業(yè)效率，避免因采集線路不合理，出現(xiàn)漏采、錯(cuò)采、重復(fù)采的情況。

另外，每次外業(yè)采集之前，需要對(duì)作業(yè)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查，保證設(shè)備的正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2) 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

在前期準(zhǔn)備完成后，先進(jìn)行一次數(shù)據(jù)預(yù)采集，確保采集到的數(shù)據(jù)沒(méi)有問(wèn)題之后，方可開始進(jìn)行正式數(shù)據(jù)采集作業(yè)，根據(jù)預(yù)先規(guī)劃好的采集線路及采集順序，進(jìn)行道路數(shù)據(jù)采集。

(3) 數(shù)據(jù)整理

數(shù)據(jù)采集完畢后，要將數(shù)據(jù)從采集設(shè)備拷貝到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)磁盤中，并進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)整理。數(shù)據(jù)整理完畢后，將所有原始數(shù)據(jù)作為采集成果提交，提交原始數(shù)據(jù)清單。

3. 數(shù)據(jù)采集成果

數(shù)據(jù)成果主要包括三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)成果和高清全景影像數(shù)據(jù)。

四、內(nèi)業(yè)處理

針對(duì)外業(yè)采集到的激光點(diǎn)云和高清全景數(shù)據(jù)，可通過(guò)內(nèi)業(yè)處理，獲得相應(yīng)的成果數(shù)據(jù)，其內(nèi)業(yè)工作主要包括原始數(shù)據(jù)預(yù)處理、道路標(biāo)示標(biāo)牌等數(shù)據(jù)提取、實(shí)景三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)、交通道路三維建模幾個(gè)部分。

1. 數(shù)據(jù)預(yù)處理

原始數(shù)據(jù)預(yù)處理主要通過(guò)海達(dá)數(shù)云數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件將移動(dòng)測(cè)量獲取的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行融合解算處理、輸出帶坐標(biāo)的點(diǎn)云及與點(diǎn)云配準(zhǔn)了的全景影像(影像點(diǎn)云)。

2. 道路基礎(chǔ)信息提取

根據(jù)點(diǎn)云配準(zhǔn)了的全景影像中間成果數(shù)據(jù)，通過(guò)海達(dá)數(shù)云點(diǎn)云數(shù)字測(cè)圖軟件將道路邊線、道路中間線、標(biāo)示標(biāo)牌等交通道路要素?cái)?shù)據(jù)空間信息提取出來(lái)，輸出得到精細(xì)化的二維矢量圖。

3. 三維實(shí)景數(shù)據(jù)生產(chǎn)

三維實(shí)景數(shù)據(jù)生產(chǎn)主要通過(guò)海達(dá)數(shù)云三維實(shí)景數(shù)據(jù)生產(chǎn)軟件進(jìn)行線路軌跡編輯、三維面片提取、隱私處理、全景切片等，并將處理后的成果數(shù)據(jù)存入三維實(shí)景影像庫(kù)。

4. 道路三維建模

利用采集道路三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)點(diǎn)云三維建模軟件建立道路及周邊建筑物、標(biāo)示標(biāo)牌的模型，主要功能包括點(diǎn)云管理、點(diǎn)云瀏覽、UCS管理、點(diǎn)云裁切、點(diǎn)云選擇、點(diǎn)云擬合、3ds Max點(diǎn)云建模等，實(shí)現(xiàn)道路三維景觀建模和成果導(dǎo)出。

五、數(shù)據(jù)成果

經(jīng)過(guò)前面的內(nèi)業(yè)處理，可以獲得不同的最終成果數(shù)據(jù)，可直接作用于交通信息管理平臺(tái)的不同應(yīng)用。

1. 二維矢量圖

內(nèi)業(yè)中點(diǎn)云數(shù)字測(cè)圖軟件是基于ArcGIS平臺(tái)插件開發(fā)的，因此本文獲得的最終二維矢量成果數(shù)據(jù)格式就是SHP格式，能夠方便地實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理及編輯查看功能，如圖2所示。

2. 三維連續(xù)實(shí)景數(shù)據(jù)

內(nèi)業(yè)作業(yè)處理得到的道路三維建立實(shí)景數(shù)據(jù)庫(kù)，可以和交通信息管理平臺(tái)進(jìn)行良好對(duì)接，提供可視化信息管理，如圖3所示。

圖2　道路二維矢量數(shù)據(jù)成果

圖3　道路連續(xù)實(shí)景數(shù)據(jù)庫(kù)

3. 道路真實(shí)三維建模數(shù)據(jù)

通過(guò)內(nèi)業(yè)三維建模獲得道路三維建模數(shù)據(jù)成果，結(jié)合交通信息平臺(tái)，可用于交通道路規(guī)劃，網(wǎng)上模擬公里建設(shè)等現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，如圖4所示。

圖4　道路三維建模數(shù)據(jù)成果

六、結(jié)束語(yǔ)

采用三維激光全景技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)道路基礎(chǔ)設(shè)施信息的采集和管理工作，相比于傳統(tǒng)人工作業(yè)方式，有著如下幾方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：①采集快速；②數(shù)據(jù)豐富；③質(zhì)量可控；④成果多樣。

綜上所述，三維激光全景技術(shù)在道路交通行業(yè)中有著很好的應(yīng)用前景，在此方面，武漢海達(dá)數(shù)云技術(shù)有限公司有著深厚的技術(shù)積累，已經(jīng)形成了一整套完整的解決方案，能很好地解決交通行業(yè)中的實(shí)際問(wèn)題。

(本專欄由中海達(dá)和本刊編輯部共同主辦)