王孟和;储征伟;郑勇;赵斌
【摘 要】针对传统的城市地下空间测量方法存在的困难和问题,试验了一种基于3DSLAM(Simultaneous Localization And Mapping—实时定位与制图)移动扫描技术的地下空间测量新方法.采用iMS3D三维移动测量扫描仪对南京市新街口地区的地下空间进行了扫描测量,分别对地下停车场、地下通道、地下商场等不同类型的地下空间进行了快速高效的三维激光点云数据采集和实景影像采集,通过后处理软件,实现了对不同地下空间结构的测量,测量结果满足相关规范要求,同时还实现了对地下空间主要建(构)筑物的三维建模及实景影像管理.试验结果表明:该技术不仅可以快速有效地对地下空间进行快速有效的数据采集和测量,还可以同步构建三维模型及实景影像,为城市地下空间测量提供了一种新的技术手段. 【期刊名称】《城市勘测》
【年(卷),期】2017(000)003
【总页数】5页(P119-123)
【关键词】地下空间测量;三维激光点云数据;3DSLAM移动扫描技术;实景影像
【作 者】王孟和;储征伟;郑勇;赵斌
【作者单位】南京市测绘勘察研究院股份有限公司,江苏 南京 210019;南京市测绘勘察研究院股份有限公司,江苏 南京 210019;北京华泰天宇科技有限公司,北京 100029;北京华泰天宇科技有限公司,北京 100029
【正文语种】中 文
【中图分类】P234.4
地下空间是指为了满足人类社会生产、生活、交通、环保、能源、安全、防灾减灾等需求，而在城市规划区内地表以下进行开发、建设与利用的空间及与之相连的下沉式空间[1]。近年来，随着中国经济持续快速发展与城市化水平的提高，中国城市地下空间开发利用得到了大发展，其主要成就表现在：
(1)城市地铁建设的快速发展带动了城市地下空间资源的大规模开发利用。地铁建设推进了城市定向、有序的发展，并带动地铁沿线房地产业的发展和地下商业交通的开发利用；
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(2)城市高层建筑的“上天入地”推进了城市空间的立体开发；
(3)充分开发利用地下空间资源的防护潜能，提高了城市综合防灾抗毁能力；
mcu解密(4)城市地下空间的开发利用已步入法制化轨道。
为加强对城市地下空间的开发利用和管理，促进地下空间合理开发利用，适应城市发展需要，我国重庆、上海、广州、深圳等多个城市规划部门制定了城市地下空间开发利用管理办法[1]。结合城市地下空间测量与普查，制订了专门的地下空间测量规范和技术规程，使得地下空间测量有了科学的技术依据。城市地下空间的开发利用越来越充分，而采用科学有效的测量手段，获取城市地下空间的二维、三维数据，将显得尤为重要。
城市地下空间测量是一个全新的测量研究领域，是地下空间开发利用管理的基础工作。地上部分采用传统测量方法进行测量；联系测量和地下起算数据传递采用联系三角形法、陀螺经纬仪和铅垂仪组合法、导线直接传递法以及激光投点法[1，2]；地下测量采用数字测量技术，对于非可接触地下空间设施的探测则可采用高密度电法、地质雷达等城市物探技术。通过测量获取的属性主要是地下空间设施的空间位置属性，比如坐标、高程、宽度、净空等。
对地下空间三维信息获取困难的问题，科研工作者研发了各种地下空间移动激光测量系统。包括动态测量部分和静态纠正部分，动态测量部分由线阵激光扫描仪、高精度IMU和里程计等传感器高度集成，安装在轻便的移动平台上，在移动过程中快速获取地下空间三维点云信息；静态纠正部分由一系列三维空间合作标靶组成，根据一定原则分布在地下空间中，其作用相当于控制点组合，对移动测量系统获取数据进行位置和姿态纠正[3]。而跨界而来的SLAM技术的出现，将大幅提高地下空间三维数据采集的效率。
城市地下空间具有其独特的机构特征，地表地物的测量技术手段在城市地下空间进行测量时往往遇到很多难以攻克的技术难点和技术瓶颈。
(1)城市地下空间结构复杂，单一技术手段难以一次性获取全貌数据。
城市地下空间结构复杂。本次测试环境中，有地下停车场、地下通道、地下商场等，每种地下空间的结构复杂，且内部结构不规整，采用单一的测量技术手段非常难以一次性获取整体的地下空间数据。采用传统的技术手段进行地下空间测量，往往需要多种技术手段结合使用，而且很容易遗漏一些区域，且实际操作过程也是十分复杂的。尤其是有一些地下空间属于异形结构，传统测量技术手段难以完成测量。
(2)地下空间难以直接使用GPS信号辅助测量。
在进行地下空间测量过程中，难以依赖GPS导航定位信号，而传统的测量仪器往往无法进行室内的测量。迫切需要一种新的技术手段，能取代传统高度依赖GPS等技术手段的作业方式。
(3)可供测量开放的时间有限，要求测量手段高效便捷。
城市地下空间按照其是否对外开放来划分，暂且可分为对公众开放空间和非开放空间。公众开放空间比如地铁、地下商场、停车场等，这些空间在营业时间人流密集，人、车辆等可移动物对传统测量、静态三维激光扫描、移动三维激光扫描等测量方式的影响均较大。所以，一般对城市地下空间的测量或者三维激光扫描要选择人稀少或者夜晚进行，作业时间有限。
非开放空间的进入审核严格，比如人防工程、地铁站台空间、地下市政设施空间等。在每次进行测量时，需得到管理部门许可后方可进入，且能够进行测量的时间非常有限。如果用静态架站的方法来做，因为工期过长，几乎无法实现。
综上所述，城市地下空间测量必须要求测量手段简单快捷，测量速度快，效率高。
松脂油为了有效解决上述问题，进行了本次试验，选用北京华泰天宇科技有限公司的三维移动扫描设备(iMS3D)，对南京中央商厦地下两层停车场、莱迪广场地下商场、天安国际地下停车场、南方证券地下一层停车场(含斜坡)、商贸大厦地下停车场、淮海路地下通道等地下空间进行了扫描测量。试验结果表明，iMS3D可以有效地解决复杂地下空间、异形结构、碎部结构测量的问题以及地下空间难以直接使用GPS信号辅助测量的难题，且其扫描效率是传统测量手段和静态激光扫描效率的数倍，每小时可采集数万平方米的三维点云数据，可有效利用许可作业时间，以最快的速度采集城市地下空间的三维点云数据。
(1)基于实时定位与制图(SLAM)的城市地下空间数据采集技术
目前移动测量系统主要指基于机动车辆的移动道路测量系统。其中，移动道路测量系统通过机动车上装配的GPS、INS、数码相机、数码摄像机和激光雷达等设备，在车辆高速行进之中，快速采集道路及道路两旁地物的空间位置数据[3]，特别适合于公路、铁路和电力线等带状地区的基础信息获取。强氧化剂
中频加热这种技术是完全基于GNSS的位置服务的，一旦进入地下空间，就完全失去作用。
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地面激光扫描技术是一种从复杂实体或实景中重建目标全景三维数据及模型的技术。激光扫描技术突破了传统的单点测量方式，具有速度快、非接触、高密度、自动化等特性，是继GPS后测绘领域又一次重大技术革新。激光扫描技术标志性的设备——激光扫描仪是从主动式非接触激光测距仪发展而来。非接触激光测距的方式主要有基于三角原理的单点式、直线式、结构光式测距和基于飞行时间法的脉冲式、相位式。地面激光扫描仪(Terrestrial Laser Scanner，TLS)是采用主动式非接触激光测距，通过扫描镜及伺服马达实现三维扫描，高速度、高密度、高精度地获取目标表面三维点坐标及纹理的信息采集系统。
目前进行三维扫描常见的技术设备有两大类：一类是静态扫描仪，这些设备在城市地下空间扫描时需要事先进行导线布设，然后在布设的已知点上进行一站一站的扫描，处理数据时需要拼接点云，效率特别低，不适合在海量的城市地下空间扫描中应用。另一类是三维移动扫描设备。首先大多数的技术设备配备有高精度的惯性导航系统，设备成本和使用成本高，不利于进行海量城市地下空间数据采集；其次设备在使用的过程中需要在已知点上严格对中整平，每次采集之前所花费的时间很长，工作效率非常低。
基于实时定位与制图(SLAM)的城市地下空间三维数据采集技术将激光扫描技术与移动测量技术的优势相结合，形成一项全新的三维移动测量技术。该技术通过激光点云扫描所在环境的特征点，通过特征点来反算扫描机器所在的位置，实现在没有GPS信号和复杂惯性导航系统的环境下，仅依靠设备自身配置的简单惯性测量装置，使用SLAM算法来实现同步定位与制图的目的，有效解决了地下空间难以直接使用导航信号辅助测量的难题，实现城市地下空间数据的快速、便捷、低成本的采集。
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