移动道路测量技术在智能交通中的应用

2012-09-10 12:08:17 来源：智能交通杂志作者:马庆郭晟评论：人

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摘要：本文阐述了智能交通GIS中基于移动道路测量技术的道路实景地理信息的管理原理和特点，并将它作为道路信息管理系统的底层地理数据平台，通过道路实景影像数据的可视、可读、可写、可量、可画、可链接、可挖掘等功能有效支撑道路交通管理中的道路实景展现、预案制作、抢险指挥、统计分析、案件取证、道路规划、设施维护、出行服务等各种应用。

近年来，我国城市道路和公路建设飞跃发展，智能交通管理信息化需要把现代高新技术引入到交通管理中来提高现有道路的科学化管理水平，从而改善整个道路交通的管理效率，提高道路设施的利用率，实现道路交通管理的科学性和有效性。2008年的南方雪灾、四川地震反应出道路交通管理急需在预案能力、应急能力、整体指挥能力得到提高。

回溯道路交通管理信息化的发展历程，大致经过了档案管理、MIS系统、GIS系统几代的发展。每一次信息化的变革均带来信息化管理的理念与效果的巨大提高！目前在世界级信息化高潮中，随着3S、3G通讯、多媒体设备的发展和应用，已经进入全新的可量测实景化信息管理的阶段，被称为"真图"实景信息化管理。

1.现有智能交通管理中地理信息系统的瓶颈

智能交通管理中地理信息系统必须建立在完整的道路、设施数据之上，在GIS系统中同时进行宏观与细节的控制，可以说路网及设施地理信息数据是智能交通信息化管理工作的血液。

GPS、GIS进入中国已达十数年之久，而地理信息数据的匮乏及更新缓慢一直是制约着各相关产业发展的瓶颈。

随着道路建设的快速发展，对于目前的道路交通管理信息化来说，最重要的是数据的现实性如何保证，如果地图不是最新的道路情况，将使得信息管理出现各种问题。早在十多年前，中国很多城市就已经开展智能交通系统的建设，然而很难取得预期的效益。尤其在地理信息系统中,仍然使用传统的测绘方式,坐标数据通过人工测量或航测方式获得,属性采集需要通过大量的人工调绘完成,事后再经过繁琐的手工编辑,将坐标数据和属性数据整理在一起,导入数据库中。其测量精度和更新上不能适应交通管理的特定需要。

道路地理信息的重要性在2008年的特大雪灾和汶川地震中再次得以体现，但同时也暴露出一些问题。目前，我国交通管理部门主要使用的是符号化的二维地图，在地图上只有地形和标志地物的概要信息，没有详细的环境信息。而一旦灾害发生，决策者最想在第一时间知道的就是灾害现场的环境信息，环境信息是进行灾害评估、抢险救援的重要依据。在交通管理方面也体现出二维电子地图包含的信息有限的问题，比如交通管理部门仅能从传统数字测绘产品中提取20%左右的有用地理信息。

那么必须采用先进的技术来保障交通管理信息化的推广进程。

2.移动道路测量系统

"移动道路测量系统"在国外称为"MobileMappingSystem"（MMS），是代表当今测绘界最为前沿的科技水平之一，代表着未来道路交通地理信息数据获取方式的发展主流。它是在机动车上装配GPS（全球定位系统）、CCD（视频系统）、INS（惯性导航系统）或航位推算系统等先进的传感器和设备，在车辆的高速行进之中，快速采集道路及道路两旁地物的空间位置数据和属性数据，如：道路中心线或边线位置坐标、目标地物的位置坐标、路（车道）宽、桥（隧道）高、交通标志、信号灯（机）电子警察等道路设施。数据同步存储在车载计算机系统中，经事后编辑处理，形成各种交通信息图层数据。如图一所示。

图一

在MMS移动道路测量的方式下，地物的坐标数据和属性数据的采集是通过近景摄影测量的方式一次性完成的，且数据成果是连续的全要素地理数据。所拍摄的实景图像不但真实地反映了道路环境现状，而且任意地物都与地理位置相关联，可方便地完成地物的位置坐标和几何尺寸计算，丰富信息的数据源，能有效支持GIS的数据挖掘工作，为道路交通实景信息化管理奠定良好的数据基础。

3.道路交通实景信息化特征

MMS采集的数据称为可量测实景影像，如图二，从不同角度拍摄，利用专门的内业处理软件能从影像获取用户需要的信息：交通标志、标线和交通设施位置等。

图二

3.1."可视"--人眼视野

如图二，以符合人眼视觉习惯的实景图片来显示实景环境，可方便地进行查询、缩放和漫游；利用基于MMS的GIS系统，我们再也不只看到那些抽象的点、线、面了，而更进一步将关心的所有路网、相关设施以及沿线的环境直观形象地展现在面前，随时等待查询每条道路、每个户外设备、标志、标线等，并随心所欲地以符合人眼视觉的方式浏览道路两旁的影像。

3.2."可读"--搜索

我们可以将影像放大，到任意局部用鼠标以简单点击方式进行各种查询，如图三的广告牌属性信息，同时可以在影像上看到选定的广告牌，与一般地图上抽象的点相比，影像显得更加形象直观。

图三

3.3."可写"--影像标注

可直接在实景图片上标注属性信息；如图二所示，可以将灯的高度标注在影像上。

3.4."可画"--三维建模

基于有地理参考和真实纹理的实景图片，可轻松建立虚拟3D模型：

3.5."可量"--按需测量

在影像上选择同名点（如下图红点所示），不需要到实地，在室内即可测量出车道宽度，经过量测，图示车道宽度为3.779米。

图四

3.6."可链接"--与其他数据集成

如图三，点击图片中标注过的地物，可直接链接获取任意搭建好的数据通道中的数据，可以将多种数据集合到一起。

3.7."可挖掘"--信息化

研究表明:由于人脑比特率低，因此，很难在短时间记住七条以上的数据。但是人脑却具有极高的分辨率，如果将信息被排列在一个相互可以被识别的模型内，例如：人类的脸或地球，人脑则能够同时吸收成千上万条信息。"数字地球"正是基于这样一个原理，成为人类信息的载体。

这种完全符合人眼视觉感受的地球全息图包含着大量的有用知识，是以知识为基础的地理信息系统（knowledgebasedGIS），具有最大程度数据挖掘的价值。

4.道路交通管理实景信息化的应用

4.1.道路实景展现

目前的道路数据库主要以GIS地图和公路属性库来表示，例如图五中的公路显示，其中有路面、标线、标志、监测设备、广告设施、消能桶、绿化带、排水沟等各种道路及沿线设施，在信息化管理系统中选择地图上任何对象，将展现该对象的各种属性。如图五。

图五

而作为上级管理部门，还需要知道该路段实际是什么样子，故在实景化交通管理中，增加MMS生产的数字测量影像数据作为补充，让所有用户只用在系统中就能了解道路完整信息，如图六：

图六

4.2.预案制作

08年的大雪、汶川地震等灾害给交通管理部门提出了新的信息化课题：

1.最优应急预案是什么形式？

2.什么样的数据对突发事件的指挥最有帮助？

"防患于未然"是应急工作的主要防治措施。应急预案涉及到公安、交通、民政、军事等各个方面及各级部门，而一旦出现紧急情况，各方面按预案充分协调才能将灾难的损失减到最少，那么应急预案的制作就至关重要：

应急预案文件：以往的应急预案是文件方式的，分发到不同单位。

应急预案GIS模拟：通过电子地图描述各种行动路线，并在地图上标绘行动细节，公路等专业数据与电子地图数据的结合，对区域内危险进行定性或定量分析，并就整个区域内的建筑危险性、车流量情况、人口密度、路网情况、预防措施等情况进行分析、评估，从而确定应急预案，并有针对性地开展演练、增设相关设施、最大限度地确保安全。

应急预案实景模拟：在GIS模拟的基础之上，通过MMS采集的全要素城市近景影像建立影像电子地图，自动将当前位置的周边环境信息的影像地图关联起来。通过全要素近景影像地图，可以方便的查看目标单位、道路沿线的建筑物信息及周边环境状况、人文信息，对于重点保护单位需要制作应急预案，MMS提供的数据是应急预案制作的重要支撑数据。本系统以地图为背景，直接制作各种预案，采用GIS工具制作符合行业信息标准的图示符号，如：最佳路线，控制区，设备资源，疏散路线…等等。预案库随时等待指挥系统的调用。

图七

系统以选定的最佳路线进行街景影像的导航。从而帮助相关部门制定记录片式的应急预案，并且任意位置可以按需测量，可以提前标注，更好的实现辅助决策；系统展示的应急预案具备了全方位、可测量、可挖掘的特性，可以让人员在模拟环境下充分熟悉现场环境。

4.3.抢险指挥

抢险指挥决策支持包括对应急抢险过程中组织救援的支持和对救援指挥中现场信息的获取、分析和处理。应急救援支持功能实现对救援资源（包括内部资源：监控设备、交警巡逻车、牵引设备和路政设备；社会资源：公安部门、消防部门、医疗救护部门和环卫部门等）空间分布查询；对救援现场的地理状况、周围环境的查询及三维的模拟；对应急救援现场静态图的获取和其他现场信息的查看；查询合适的救援预案和交通疏导计划；查看救援相关人员并可以通过电话等方式进行应急救援的组织。

抢险指挥这些功能的实现主要通过空间位置的关联，将救援地点附近的空间信息通过二维地图、三维模拟、视频和现场图片的方式为救援指挥者提供直观明确的救援地点环境和作业信息；同时通过路线、桩号和关键字将救援需要的救援资源、救援预案和交通疏导方案以及其他相关信息提取出来，供救援人员组织救援时参考。

指挥中心可以接入现场的各种监控及汇报信息，数据通过无线网络传输到指挥中心，指挥中心调用突发事件现场的历史影像，通过对比分析，便于领导进行指挥决策。灾情现场的数据可以通过以下方式获得：

移动视频信号：巡逻车的视频信息（主要用于现场指挥），手持视频设备（主要用于向指挥中心上传数据）；

固定视频信号：交通道口的监控视频信息及其它设备（辅助手段）。

另外还可以支持决策系统，主要功能是：快速、准确地完成灾情信息的收集、处理和存贮，快速、灵活地以图、文、声、像等方式进行各类紧急信息的历史资料、实时信息和预测信息的查询；通过应用各种专业数学模型进行险情预报、联合调度的仿真计算、灾情估算、工程安全风险分析，从而及时、准确地制定和选择应急调度方案；通过关联系统的应急联动指挥预案、要情会商、事后总结等功能模块，为应急决策和调度指挥提供全方位的决策支持，为应急管理和决策实施提供现代化管理手段。

图八

4.4.统计分析规划

基于空间数据，根据设定的条件，可以对公路设施进行统计，便于分析决策，例如在广州智能交通数据采集中，根据MMS采集的数据，统计出广州某城区交通标线面积共约30万平方米，为年度预算提供了确切的数据支持！

4.5.灾后评估

四川地震后，国家地震局使用MMS设备在北川等地进行了灾后的数据采集，采集到的DMI数据，不仅可以作为影像资料，还可以通过影像进行测量和细节挖掘，是灾害评估、灾后重建工作重要数据来源之一。

图九

同理，在道路交通方面，例如化学物质洒落造成的路面损毁、台风水毁、火灾、塌方、泥石、工程施工破坏、重大交通事故等，都可以使用MMS设备采集数据。

4.6.案事件取证

交通案事件取证一般需要的是案事件发生之前的影像资料、案事件发生之时的影像资料及案事件发生之后的影像资料，目前国内已有公安部门采购了德国的类似产品，可以在案事件现场进行拍摄，获取的影像作为专家会审、刑事案件侦破、重大事故责任划分的依据之一。

而MMS采集的道路历史影像正是珍贵的案事件发生之前的影像，既是资料，也是数据，可以进行按需测量、细节挖掘。

在案事件发生之时及案事件发生之后，也可以通过MMS采集获取有力数据依据。

4.7.智能交通

目前，智能交通管理已经从"点控制"、"线控制"，已发展到整个城市区域"面控制"。通过计算机网络和遍布区域的检测器、摄像头、大型可变电子诱导显示屏、实时交通诱导广播等，进行科学控制和诱导交通。与之相比，中国的城市智能交通管理还存在问题，很多城市虽然建立了交通管理控制中心，但没有最大程度地发挥交通管理控制系统的效能，为交通管理服务。其中最关键的一个问题就是交通基础地理数据框架问题。

智能交通系统的基础就是交通数据。通常把交通数据划分为两类：静态交通数据和动态交通数据。静态交通数据是指包括道路信息、交通附属设施信息、停车场信息、车辆管理信息等随时间变化较小的数据，它又可以分为基础数据(如道路路网数据等)和历史数据(如车辆违章历史数据等)；动态数据主要指各类实时采集到的交通数据，如交通流量信息、视频监控信息、公交车位置信息等。就现阶段而言，中国的城市智能交通更关心的是动态数据，而忽略了静态数据。一般静态数据采用的是几年前的基础数据，而且更新周期也很长。但实际上我国的道路基础设施建设很快，如路网的建设，道路的渠化，交通标志的完善等等，前后的基础数据变化也很大，系统采用的数据根本无法满足智能管理的要求。

目前，制约中国ITS建设的原因之一就在于缺乏全面、准确的地理信息系统。我国现有1：1万等基本比例尺地形图大多是10年前生产出来的，在很多方面早已不能满足需要。近年来，各行各业对地理信息进行更新的要求日趋强烈。然而，落后的数据采集方式一直是制约我国地理信息建设的瓶颈。移动测量技术作为一种道路数据采集与更新的手段，是解决智能交通建设中数据问题的解决之道，它具备高效率、高精度、低成本等诸多优点。从美国、加拿大等发达国家道路测量方式的演进来看，移动测量技术代表着未来道路测量、地图修测的主流。

4.8.出行服务

公共出行服务主要实现基于WebGIS的公路基础地理信息、路况信息的发布功能，出行路线个性化选择功能和公路沿线景点设施实景导游功能。具体为：基于WebGIS建立信息发布和查询系统，出行者可通过此系统查询路网空间信息和实时路况信息；路径选择子系统构建在信息发布与查询系统之上，根据系统的路况情况，为出行路线选择提供支持服务，用户可以选择起点和终点，系统根据路网信息，当前路况信息，通过网络分析，动态生成出行路线，显示于电子地图；此外通过虚拟实景子系统实现道路沿线景观（路面、边坡、绿化等）及设施（如收费站、服务区、停车区、加油站等）的可视化浏览和查看。

图十