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摘 要：自2006年《关于加强数字中国地理空间框架建设与应用的指导意见》（国测国字【2006】35号）发布发来，我国各省市数字城市建设如火如荼。数字交通是数字城市乃至数字国家、数字社会的重要组成部分。数字城市的先行战略启动应首先考虑数字交通，即实现城市交通管理的的数字化，网络化、一体化。数字交通建设重点是城市交通智能化系统的全面建设，即充分利用现代化的通讯、定位、遥感、以及地理信息系统、电子地图和其它相关技术来减少交通拥挤、提高交通量、改善交通安全状况、充分利用路网资源并减少对环境的影响，从而改善地面交通运输条件的一项具有战略意义的工程。
关键词：车载；测量；数据采集；GPS；姿态
1.研究目标
立足道路交通信息数字化、智慧化发展需求，致力于解决当前信息化建设过程中存在的问题，满足数字化、智慧化的未来发展方向，通过集成可量测实景影像、统一地理底图信息、交通管理基础信息以及各职能部门的专题数据信息等，建立起应用到全省各级交通、道路管理部门的数据集，保障全省各级交通道路管理部门在办公决策审批过程中能获取各种基础信息，实现科学、合理高效的行政决策；对外，能方便、快捷地向社会提供相关服务和政府信息公开。
2.总体思路
以搭载GPS/IMU、高清立体相机、高清视频采集记录仪等多种传感器的移动车载测量系统进行道路交通信息的采集与获取。
以同步控制技术、GPS/IMU组合定位定姿技术、立体测图技术三大技术为技术支撑，进行多传感器采集成果的解算与要素信息提取。
3.设计原则
1） 统一框架，统一标准
遵循GA/T 493-2004《城市警用地理信息系统建设规范》、GA491-2004《城市警用地理信息分类与代码》、CH/Z1002-2009《可量测实景影像》，全省范围内的所有城市的城乡道路，采用统一的数据技术标准，和同样的数据结构。
2） 可扩展性、兼容性
在统一框架的基础上，结合全省市道路交通具体数据格式和技术特征，构建具有良好的灵活扩展性和标准化的结构，以保证各业务系统之间数据无障碍地共享交换，同时技术上实现与国家和省级相关项目的安全衔接。
3） 统一规划、分布实施
在统一规划指导下，统一确立各阶段重点，明确分工，合理利用資金分步实施，避免系统陷入相互不兼容或者前期投资浪费的情况。
4） 整体分散、适度集中
将基础性强、需求范围广、使用频率高的数据集中管理，构建面向内部的政务基础共享数据库。集中共享数据与各部门数据库同步更新。
二.移动车载双目立体测量系统
1.系统概述
本次采集技术采用先进的立体移动测量系统进行，系统中搭载双目立体测量系统、高清视频采集记录仪、GNSS/INS组合定位定姿系统以及车轮编码器等，多传感器在软件系统的控制下协同工作，同步采集立体影像数据以及后视场景影像数据、定位定姿数据。双目立体测量系统安装在作业车辆上面，实时采集覆盖全路面的立体影像，建立道路路面及两旁附属设施的道路影像数据库，用于道路旁地物属性（道路设施、路面状态等）提取。
由于城乡道路多数不超过4车道，且较少有中央隔离带，为了保证采集数据的完整性，同时为了避免需要进行往返两次采集，针对本次研究，在测绘车上专门增配一个同步高清视频采集记录仪，在行车过程中，同步采集后视影像。按此方法，对于少于6车道的道路、无绿化带隔离的道路，进行一趟采集，即可获取道路双向数据。
对于软件环境方面，数据采集软件主要功能包括传感器数据的同步保存，从传感器中获取原始采集数据并将数据高速存储在车载计算机硬盘中，实时采集、存储、监控车载设备和系统状态。
2.核心技术
车载系统是一种多源数据采集和融合的综合性系统。涉及到的源数据包括全景影像数据、激光扫描数据、位置与姿态数据等。这些数据由不同的采集计算机获取，每种传感器和计算机有自己的工作频率或内部时间。为了在统一的时间和坐标系下展示、融合、分析这些数据，需要建立一个统一的时间和位置基准。本系统设计的时间同步方案为：把绝对的时间基准引入相对系统。设计一个相对时间系统，给没有时间功能的设备提供每帧数据的时间标签。数据采集时，一并记录每帧数据产生的时间。
根据此次研究，本项目设计和实现了一套多传感器同步控制器，它集成了GPS、IMU、车轮编码器（DMI）和其它控制信息，建立了统一的时间基准、线性参考空间坐标系和GPS空间坐标系（WGS84）。系统能依据用户设定的测量要求，以时间或距离作为触发条件对多传感器进行同步控制。当发出相应的同步控制指令时，控制激光扫描仪和全景影像采集系统的数据采集，实现异源数据的时间基准统一，从而能够将激光点云和全景影像由局部坐标系转换到绝对测量坐标系下。
3. GPS/IMU组合定位定姿技术
GPS/IMU组合定位定姿系统（POS）是构建高效率和高精度车载移动三维测量系统的最重要部件，本系统依赖定位定姿（POS）系统提供位置和姿态信息。POS系统采用GPS/INS/ODO组合定位，其主要部分为GPS与惯性测量单元IMU两个部分，同时辅以里程表（ODO）。
GPS具有定位精度高、全球覆盖等特点，但卫星信号在受到阻挡时会对定位结果产生影响，另一方面，GPS一般只能提供每秒一次的定位数据，对高速车载移动测量来说，测量车可能在一秒内移动了10—20米的距离，并且其姿态经过了较大的变化。因此，必须采用其它传感器弥补GPS定位和定姿的不足，采用GPS/INS/ODO组合定位系统正好能够解决这个问题。
总结
此次技术研究采用的移动测量系统进行公路资源数据采集的作业效率显著提高，多传感器在软件系统的控制下协同工作，同步采集了立体影像数据以及定位定姿数据，，中途无需停车，大大提升了作业效率。另一方面，增加了后视摄像记录仪，可以实现一次采集，即可获取全部的道路影像。
城市道路路上车速较快，因而对采集时作业车的安全性需要高度重视。为了采集分布在道路两侧的各类道路设施，传统的作业方式需要频繁停车和变换车道，而这恰恰是最影响作业安全的。
车载的多传感器移动测量系统采集过程中无需停车，无需专门变道，可实时采集覆盖全路面的立体影像，采集时的行车要求与非采集状态下行车要求无异，保障了作业人员和车辆的安全。
车载的多传感器移动测量系统采用GNSS/INS组合定位定姿系统以及车轮编码器，空间坐标信息通过后处理解算，几何精度高且不受基站距离的影响。而网络RTK的方式，精度显著受离基站距离影响，系统误差无法避免。另一方面，公路设施的属性信息采用传统的作业方式，只能作业人员现场记录，内业再进行处理。一旦作业人员撤离现场，质量无法检查。而车载的多传感器移动测量系统，在采集过程中，拍摄了实地影像，可作为属性信息的现场还原，便捷、有效地保障了数据质量。
参考文献：
[1]基于多传感器融合的车载三维测量系统时空配准 2007石波，卢秀山，王冬，... - 《传感器与微系统》
[2]GPS定位中两种七参数坐标转换方法的误差分析 2002刘亚平，郑若奇，曹立强 - 《中国港湾建设》
[3]车载移动测量系统数据配准与分类识别关键技术研究 2014 李艳红 -《武汉大学》
关键词：车载；测量；数据采集；GPS；姿态
1.研究目标
立足道路交通信息数字化、智慧化发展需求，致力于解决当前信息化建设过程中存在的问题，满足数字化、智慧化的未来发展方向，通过集成可量测实景影像、统一地理底图信息、交通管理基础信息以及各职能部门的专题数据信息等，建立起应用到全省各级交通、道路管理部门的数据集，保障全省各级交通道路管理部门在办公决策审批过程中能获取各种基础信息，实现科学、合理高效的行政决策；对外，能方便、快捷地向社会提供相关服务和政府信息公开。
2.总体思路
以搭载GPS/IMU、高清立体相机、高清视频采集记录仪等多种传感器的移动车载测量系统进行道路交通信息的采集与获取。
以同步控制技术、GPS/IMU组合定位定姿技术、立体测图技术三大技术为技术支撑，进行多传感器采集成果的解算与要素信息提取。
3.设计原则
1） 统一框架，统一标准
遵循GA/T 493-2004《城市警用地理信息系统建设规范》、GA491-2004《城市警用地理信息分类与代码》、CH/Z1002-2009《可量测实景影像》，全省范围内的所有城市的城乡道路，采用统一的数据技术标准，和同样的数据结构。
2） 可扩展性、兼容性
在统一框架的基础上，结合全省市道路交通具体数据格式和技术特征，构建具有良好的灵活扩展性和标准化的结构，以保证各业务系统之间数据无障碍地共享交换，同时技术上实现与国家和省级相关项目的安全衔接。
3） 统一规划、分布实施
在统一规划指导下，统一确立各阶段重点，明确分工，合理利用資金分步实施，避免系统陷入相互不兼容或者前期投资浪费的情况。
4） 整体分散、适度集中
将基础性强、需求范围广、使用频率高的数据集中管理，构建面向内部的政务基础共享数据库。集中共享数据与各部门数据库同步更新。
二.移动车载双目立体测量系统
1.系统概述
本次采集技术采用先进的立体移动测量系统进行，系统中搭载双目立体测量系统、高清视频采集记录仪、GNSS/INS组合定位定姿系统以及车轮编码器等，多传感器在软件系统的控制下协同工作，同步采集立体影像数据以及后视场景影像数据、定位定姿数据。双目立体测量系统安装在作业车辆上面，实时采集覆盖全路面的立体影像，建立道路路面及两旁附属设施的道路影像数据库，用于道路旁地物属性（道路设施、路面状态等）提取。
由于城乡道路多数不超过4车道，且较少有中央隔离带，为了保证采集数据的完整性，同时为了避免需要进行往返两次采集，针对本次研究，在测绘车上专门增配一个同步高清视频采集记录仪，在行车过程中，同步采集后视影像。按此方法，对于少于6车道的道路、无绿化带隔离的道路，进行一趟采集，即可获取道路双向数据。
对于软件环境方面，数据采集软件主要功能包括传感器数据的同步保存，从传感器中获取原始采集数据并将数据高速存储在车载计算机硬盘中，实时采集、存储、监控车载设备和系统状态。
2.核心技术
车载系统是一种多源数据采集和融合的综合性系统。涉及到的源数据包括全景影像数据、激光扫描数据、位置与姿态数据等。这些数据由不同的采集计算机获取，每种传感器和计算机有自己的工作频率或内部时间。为了在统一的时间和坐标系下展示、融合、分析这些数据，需要建立一个统一的时间和位置基准。本系统设计的时间同步方案为：把绝对的时间基准引入相对系统。设计一个相对时间系统，给没有时间功能的设备提供每帧数据的时间标签。数据采集时，一并记录每帧数据产生的时间。
根据此次研究，本项目设计和实现了一套多传感器同步控制器，它集成了GPS、IMU、车轮编码器（DMI）和其它控制信息，建立了统一的时间基准、线性参考空间坐标系和GPS空间坐标系（WGS84）。系统能依据用户设定的测量要求，以时间或距离作为触发条件对多传感器进行同步控制。当发出相应的同步控制指令时，控制激光扫描仪和全景影像采集系统的数据采集，实现异源数据的时间基准统一，从而能够将激光点云和全景影像由局部坐标系转换到绝对测量坐标系下。
3. GPS/IMU组合定位定姿技术
GPS/IMU组合定位定姿系统（POS）是构建高效率和高精度车载移动三维测量系统的最重要部件，本系统依赖定位定姿（POS）系统提供位置和姿态信息。POS系统采用GPS/INS/ODO组合定位，其主要部分为GPS与惯性测量单元IMU两个部分，同时辅以里程表（ODO）。
GPS具有定位精度高、全球覆盖等特点，但卫星信号在受到阻挡时会对定位结果产生影响，另一方面，GPS一般只能提供每秒一次的定位数据，对高速车载移动测量来说，测量车可能在一秒内移动了10—20米的距离，并且其姿态经过了较大的变化。因此，必须采用其它传感器弥补GPS定位和定姿的不足，采用GPS/INS/ODO组合定位系统正好能够解决这个问题。
总结
此次技术研究采用的移动测量系统进行公路资源数据采集的作业效率显著提高，多传感器在软件系统的控制下协同工作，同步采集了立体影像数据以及定位定姿数据，，中途无需停车，大大提升了作业效率。另一方面，增加了后视摄像记录仪，可以实现一次采集，即可获取全部的道路影像。
城市道路路上车速较快，因而对采集时作业车的安全性需要高度重视。为了采集分布在道路两侧的各类道路设施，传统的作业方式需要频繁停车和变换车道，而这恰恰是最影响作业安全的。
车载的多传感器移动测量系统采集过程中无需停车，无需专门变道，可实时采集覆盖全路面的立体影像，采集时的行车要求与非采集状态下行车要求无异，保障了作业人员和车辆的安全。
车载的多传感器移动测量系统采用GNSS/INS组合定位定姿系统以及车轮编码器，空间坐标信息通过后处理解算，几何精度高且不受基站距离的影响。而网络RTK的方式，精度显著受离基站距离影响，系统误差无法避免。另一方面，公路设施的属性信息采用传统的作业方式，只能作业人员现场记录，内业再进行处理。一旦作业人员撤离现场，质量无法检查。而车载的多传感器移动测量系统，在采集过程中，拍摄了实地影像，可作为属性信息的现场还原，便捷、有效地保障了数据质量。
参考文献：
[1]基于多传感器融合的车载三维测量系统时空配准 2007石波，卢秀山，王冬，... - 《传感器与微系统》
[2]GPS定位中两种七参数坐标转换方法的误差分析 2002刘亚平，郑若奇，曹立强 - 《中国港湾建设》
[3]车载移动测量系统数据配准与分类识别关键技术研究 2014 李艳红 -《武汉大学》