移动测量系统的精度分析及检测

文章编号:0494-0911(2009)12-0040-03
中图分类号:P21 文献标识码:B
移动测量系统的精度分析及检测
刘梅余
1,2
,王卫安2,鲍 峰
2
(1.福建省测绘院,福建福州350003;2.同济大学测量与国土信息工程系,上海200092)
A ccuracy Analysis and D etection ofMM S
L I U M e i yu ,WANG W e ian ,B AO Feng
摘要:从移动测量系统的缘起及基本原理入手,以同济大学MM S 为例,说明MM S 的精度及其影响因素,并对其进行检测。

关键词:移动测量系统;精度分析;检测
收稿日期:2009-02-16
作者简介:刘梅余(1982)),男,福建长汀人,助理工程师,主要从事GPS 技术研究和应用工作。

一、
引 言近年来,随着社会发展对空间信息需求的扩大、质量要求的提高以及要求数据更新速度的加快,作为空间信息数据应用端和服务端的G I S 发展迅速,在为广大的用户创造了巨大的经济和社会效益的同时,数据问题已经极大地阻碍了测绘信息化的发展。

在我国这样的发展中国家,空间信息变化剧烈,道路等基础设施建设日新月异,城市交通网和高等级公路网的建设周期缩短,都使得测绘成果必须快速更新,方可具备实时、全面、准确等实用特征。

社会的发展促使人们需要获得更多更加全面的数据。

然而,有很多信息是传统的测量手段无法获取的或者获取的代价非常大,如:公路管理部门需要知道每条公路上斑马线的面积、路灯的个数及种类和道路设施的完备性;广告管理部门需要知道哪些广告牌没有按规定摆放;园林绿化部门很需要知道树木、草坪等的位置、占地面积、生长情况等。

所有这些,仅仅依靠传统的测绘手段是难以满足要求的。

大量事实说明,数据问题已经成为GIS 发展的瓶颈问题,在数据采集、加工和更新的成本方面,传统的测绘方式已经不能满足人们日益增长的空间信息需要,测绘科技工作者必须寻求高效、廉价及更新速度快的空间数据获取技术和方式方法。

二、MM S 及其简要分析
移动测量系统(m ob ile m app i n g syste m,MM S)是为了满足社会对空间信息的需求而集成的一个系统,它集成了GPS 、RS 、I N S 和CCD 等多种技术。

实
际上,MMS 是集成了定位定姿模块、控制模块、影像采集模块和数据处理输出模块的一个移动的、自动采集各种三维连续地理空间数据的科学和技术,它使用一定的数据处理方法对所采集的数据进行处
理和加工,最终生成各种空间信息应用系统所需要的图形、数据等信息。

MM S 能够高效快捷地采集影像数据,一般设置成一个CCD 相机一秒钟采集两张影像或者每移动8m 或15m 采集一张影像,然后利用GPS 和DR 或I NS 对影像进行地理参考构建,把定向后的影像用于立体摄影测量处理来解析特征数据连同它的位置信息,这种方法获取的空间特征和相关属性数据可以直接传送到G IS 数据库中或者转换到数字地图中。

这样一来,通过MM S 技术,G I S 数据采集就完全基于具备直接地理参考的多个数字影像传感器的自动工作,野外数据采集的时间大大减少,工作强度大幅度较低,同时和传统使用的地形图的精度相比位置信息的质量有了显著提高,为G I S 数据库建立或更新的瓶颈问题提供了良好的解决方案。

三、MM S 精度分析及检测
1.同济大学MM S 的配置情况
同济大学MM S 采用九座商务车为运载分系统,以2台天宝GPS 接收机作为定位分系统,以4台彩色CCD 相机为立体影像采集分系统,以一套航位推算系统提供定姿数据及在GPS 失锁时提供定位数据。

2.MM S 的作业流程
作业主要分为外业数据采集和内业数据处理两个阶段,下面分别介绍这两个阶段的作业流程。

40
测 绘 通 报 2009年 第12期
外业作业流程图如图1所示,内业数据处理流程图如图2
所示。

图1 MM S 外业作业流程 图2 MM S 内业处理过程
3.移动测量系统的误差来源和影响
MM S 测量中出现的各种误差按其来源大致可分为以下几种类型:¹GPS 误差:主要指GPS 定位误差;ºDR 误差:主要是DR 定姿误差和GPS 失锁后DR 的定位误差;»摄影瞬间位置的内插误差;¼传感器位置转移误差;½与车速有关的误差:主要包括时间同步误差和曝光点位置姿态内插误差;¾内业量测误差。

(1)与车速有关的误差
与车速有关的误差主要体现在以下两个方面:1)在一定的距离内,车速越快,采集到的影像越少,这会使量测误差增大。

2)由于GPS /DR 具有一定的采样率(通常为10H z),很明显在一定路线的情况下,GPS /DR 测点个数与车速成反比。

车速越快,则在一定的距离内,所采集到的位置信息越少,则其定位精度会相应降低。

(2)内业量测误差
获取了具有直接地理参考的影像后,在计算机上进行量测时存在误差,该误差与影像清晰度有关;同时内业量测误差还与所量测的目标有关,量测目标清晰,则精度相对较高。

图3为对MM S 同一影像数据两次量测数据之差的分布图,其两次量测
之差的平面中误差为?0.083m,高程中误差为?0.034m。

图3 两次量测误差分布图
(3)与摄影距离有关的误差
MM S 定位精度随摄影距离的变化如图4所示,在短距离内(小于30m )精度可以基本可以保证在0.6m
范围内。

图4 MM S 精度随摄影距离变化图
4.MM S 系统性能测试方案
从应用角度来看,测试应该涵盖以下部分:1)有效服务距离:给出在一定的距离下MM S 能达到的精度;
2)可靠性:多次、大量量测的目标,其精度应该稳定在一定范围内;
3)精度及其均匀性:给出不同距离条件下不同定位成果的精度、精度分布的均匀性、精度随距离是否衰减等情况;
4)其他:系统的完备性、容错性以及系统的智能化、自动化等功能。

野外测试部分主要包括两个步骤:一是用其他仪器如全站仪、经纬仪、GPS 等测量目标点坐标;二是用MM S 对目标点区域进行影像采集及目标点量测。

1)测试区域:同济大学四平路校园及嘉定校区校园。

2)选点原则:原则上需要选取在影像上易于识
41
2009年 第12期 刘梅余,等:移动测量系统的精度分析及检测
别的目标点,在GPS信号良好地段和信号失锁地段都应该有点分布。

3)外业数据采集:用其他仪器采集目标点三维坐标时,应选择在天气情况良好,有利于提高精度的条件下进行,以保证目标点的精度符合要求。

本次测试是用全站仪来进行目标的坐标测量。

用索佳SET530R电子全站仪时可知R A=?5d,R s= ?3mm,当测站与待定点之间的平距为s=30m,方位角A=45b,竖直角B=5b时,R x=2.183mm,R y= 2.183mm,R H=2.132mm。

由此可见用全站仪进行目标点三维定位的精度完全可以满足要求,可以把其观测值看作/真值0,从而得出MM S的误差。

4)内业数据处理:主要是对MMS影像进行定位定姿处理,对每张影像重建地理参考,进而依据摄影测量的原理,对目标点进行量测。

本次测试全站仪测量于2007年5月24日到5月25日进行,天气条件晴朗,通视等情况良好。

测区是位于同济大学西南楼门口足球场四周及游泳馆前面的道路,采用的仪器是索佳SET530R电子全站仪,测角精度为?5d,无协作目标测距精度为?(3mm+2@10-6D)。

本次测量的主要目的就是为了检校MMS的定位精度。

因而,预先用全站仪在MMS能采集到影像的地方测量了一批地物点的三维坐标,然后与MM S 量测的同一目标的坐标进行比较,以便得出MM S的定位精度。

本次测量一共得到141个有效的三维点坐标。

对这141个点的实际测量坐标和内业测量坐标进行汇总,对结果进行分析得到如下结果。

(1)CCD1、2精度
图5即为CCD1、2所摄影像对量测值与用全站仪所测对应地物点差值的分布图。

从图上可知,高程误差小于平面误差,高程方面141个点中只有15个点的误差超过了?0.5m,90%的量测目标的误差小于?0.5m;平面误差方面有较多量测目标的误差超过了?0.5m,这需要在观测条件、观测方法、数学模型等方面有较大的提高。

对以上数据进行求解中误差,得到平面中误差为?0.551m,高程中误差为?0.321m。

(2)CCD3、4精度
图6为CCD3、4所摄影像对量测值与用全站仪所测对应地物点差值的分布图。

对以上数据进行求解中误差,得到平面中误差为?0.569m,高程中误差为?0.655m。

图5CCD1、2
的误差分布图
图6CCD3、4的误差分布图
四、结束语
本文主要介绍了MM S的工作机理,对其进行了精度分析;然后利用全站仪数据对其进行了检测,说明目前MM S能够达到的精度,并且初步探讨了影响MM S精度的因素。

充分说明了MM S目前可以广泛地作为常规测量的重要补充,并且随着技术的进步,必将会得到更广泛的应用。

参考文献:
[1]刘梅余.移动测量系统精度分析及提高研究[D].上
海:同济大学,2008.
[2]L I R.M ob ile M appi ng:A n Em erg i ng T echno logy for Spa-
ti a l D ata A cquisition[J].P ho t og ramm etry Eng ineer i ng
and R e m o te Sens i ng,1997,63(9):1085-1092.
[3]孙红星.GPS/I N S组合定位定姿及其在MM S中的应用
[D].武汉:武汉大学,2004.
42测绘通报2009年第12期。