基于MMS街景的导航数据采集方法研究
李观石，刘波，陆藩藩，宋法奇
（江苏省基础地理信息中心，江苏南京 210013）
摘 要 本文利用MMS街景数据，结合基础地理信息数据进行导航数据的采集、加工与整理。主要分析了街景数据的特点和数据采集中的关键技术，阐述了基于街景数据的导航数据的采集流程，并介绍了该技术方法在江苏省电子导航地图数据库建设项目的应用情况。
关键词 导航；数据采集；街景；MMS
1 引言
当前，导航电子地图获得了广泛的应用和普及，其信息量越来越丰富，更新周期越来越短，这对导航数据的采集提出了更高的要求。传统导航数据的采集存在很多弊端，如大比例尺地形图的现势性难以保证，遥感影像的大部分地物属性（如人行道、禁行标志等）难以判读等。此外，导航地图人工调绘的效率不高，易受人为主观因素的影响，难以满足导航电子地图的更新周期和精度要求。
为了弥补传统数据采集方式的不足，移动道路测量系统（MMS）逐渐被引入到导航数据采集中来。MMS通过集成GPS(全球定位系统)、CCD(成像系统)、INS (惯性导航系统或航位推算系统)等传感器和设备，在车辆高速行进之中，快速采集道路及两旁地物的可量测实景影像序列。MMS街景数据采集具有快速化、自动化、信息量大的特点，为导航数据快速获取提供了一个重要手段。
2 基于街景的导航数据采集关键技术
2.1 街景影像量测技术
MMS道路测量车利用GPS定位系统、IMU惯导系统和CCD立体成像系统，根据载体坐标和姿态，获取带有坐标信息的地物近景影像，为导航数据提供可量测的高清晰街景影像。
利用GPS直接解算的单点定位坐标的精度一般为20米左右，这一结果难以满足导航电子地图生产的需要。MMS利用DGPS技术对数据进行差分测量，提高影像的定位精度。DGPS方法通过双机测量，补偿在GPS定位解算中引入的自然误差因素来提高定位的精度。
影像量测对象主要包括道路宽度、POI点坐标等。
2.2 地物图像识别技术
MMS影像模式识别对象主要包括路标路牌信息、车道信息等。MMS图像识别采用自适应图像分割、灰度投影、形状分析和立体影像匹配等技术，实现了车载立体影像中道路交通标志的快速自动检测及其空间位置、尺寸等几何信息的计算，对图像识别率能够达到80%左右。路标路牌图像识别技术实现了路标方向采集和道路车道识别的智能化和自动化，经过后期人工检查和人工干预，大大提高了导航信息的采集效率，使MMS利用率达到了最大化。
2.3 街景影像与地图集成技术
在街景数据的采集过程中，积累了大量的影像数据和道路轨迹信息，仅南京市就有数据730G，街景照片160多万张，道路轨迹里程1400余公里。街景影像与地图集成实现了地图浏览和影像显示的同步浏览，街景地物的坐标信息获取，地物图片截取等功能，更好的为数据采集作业服务，实现数据采集的自动化、智能化。集成技术主要实现了街景影像展示系统、POI图像收集系统，街景影像量测系统和街景影像地图定位系统等。
街景影像展示系统。根据街景图片对应的定位文件，实现了街景影像的漫游、放大、缩小、轨迹选择等功能。每个位置照片包含左前方、前方和右前方三对立体相对，即每个曝光点存在六张照片，每对照片的重叠度在90%左右。
POI点图像收集系统。主要实现了POI点处店牌、周边环境或所处楼宇外观照片收集，可以对图片进行任意裁剪。
街景影像量测系统。首先导入相机参数文件，根据立体成像原理，实现相对距离量测、绝对坐标量测，对道路宽度、车到宽度、路灯高度等能够精确量测，也能够对POI等点位进行绝对坐标定位。
街景影像地图定位系统。将影像模块嵌入到地图系统，实现了影像漫游地图进行同步，地图漫游影像进行同步。
3 街景数据获取基本流程
进行MMS道路采集车作业时，需要做好如下工作：
⑴数据分区
为提高工作效率，便于管理，将数据采集区域根据MMS道路采集车每天的行驶里程划分为多个测区，并规划采集路线，制定MMS道路车采集路线规划图。在本项目中按1:1万DLG图幅划分测区或者自行分区，形成工作区索引图。同时可以根据不同地区不同地形的分布特点、作业区域以及初步调查的特点进行相应的调整。路线规划的基本原则是：高等级道路必须采集；行驶路线避免重复；规划的里程每天约为60至100公里。
⑵作业准备
MMS实地调绘工作展开前，应由相关技术负责人做好MMS车辆的维护保管、车载UPS充电等工作，检查基站工作是否正常，并根据天气预报情况决定次日是否出勤测量。准备工作底图的图纸（根据调查多少和分割情况），根据密集程度底图放大打印。
⑶作业执行
MMS车辆行驶之前，需要在空旷地带静止30分钟左右捕获GPS卫星信号；MMS车辆在行驶过程中，需要根据路况缓速行驶，避免剧烈颠簸；利用惯性导航装置导航时，时间不要超过1分钟，否则会出现记录的轨迹漂移；相机的曝光间隔距离为5米，根据光线情况（中午、傍晚光线强度不同）调整相机的曝光度，降雨降雪时应停止采集工作；MMS车辆采集完之后，需要现场进行数据的转换与存储。
⑷后期数据处理
数据备份与存储；GPS数据根据基站数据差分处理，保证数据精度；数据坐标转换，由WGS84坐标转换为西安80坐标系；数据处理与提取，将坐标转为为作业软件要求的格式。
4 江苏省导航电子地图数据库数据采集
4.1 项目概况
基于全省基础地理信息，建设我省导航电子地图数据库，对全省10.26万平方公里的面积进行导航数据的采集，包括道路信息、背景信息和检索信息。
4.2 道路拓扑信息构建
道路拓扑信息是指道路和其相邻道路的连通关系。几何拓扑指道路在几何位置上的关系，法规拓扑则需要考虑道路的转向限制因素，因为在车辆行驶过程中在几何拓扑中连通的路段有可能会因交通限制而不可达。
道路网络中存在两类交通限制信息：第一类是动态的交通限制信息，例如发生在路段上的交通堵塞，其特点是随时间不断变化；第二类是静态的交通限制信息，例如设置在结点处的禁止通行标志，其特点较长时间保持不变。在导航电子地图的建设过程中，主要采集第二类数据，即静态交通限制信息。交通限制信息对法规拓扑有重要意义，需要重点采集。路网拓扑构建的主要功能是生成道路网络的几何拓扑以及法规拓扑信息。包括以下功能：l路段自动打断，将路段在道路交叉点处一一打断，使得道路网络中不存在穿越交点的道路实体。2几何拓扑构建，分析被打断的道路数据的空间层次以及首末节点的距离关系生成几何拓扑信息。3交通标志挂接，将交通标志挂接到相关的路段上，修改路段的相应属性字段。4法规拓扑构建，根据路段所挂接的交通标志信息及其几何拓扑信息，生成该路段和行驶前方路段的法规拓扑信息。
4.3 MMS数据处理功能模块建立
建立MMS数据处理功能模块，嵌入到导航数据采集系统中，为MMS数据采集创建工作平台。该模块通过提取移动测量车采集的照片、GPS轨迹，并与地图浏览形成交互，为作业员提取道路属性信息、交通限制信息提供了采集平台。
该模块功能包括：道路轨迹预处理；MMS照片缩放、浏览、幻灯片播放、相机镜头切换功能；单视图、双视图和三视图相互切换功能；根据照片位置进行地图定位；根据轨迹点查找该点拍摄的照片；为道路添加特征照片；相片立体量测功能；地物坐标量测、地物之间距离量测等；配置信息设置功能。该模块界面如图1所示。
图1 MMS数据浏览与采集
4.4 基于街景影像的数据采集与入库
基本流程图如下图所示：
图2街景数据采集基本流程图
1）信息收集。收集与数字地图、航空影像、卫星影像、交通旅游图和行政区划图，公安、水利和交通的专题数据，各类图集和文字资料。在资料收集过程中，对所收集的资料进行整理，形成相应的文档，入库管理。应该特别注意收集资料的质量，如资料的完整性、准确性和现势性等，对不符合作业要求的进行重点标注、提出处理意见，整理成书面报告。
2）数据预处理。预处理工作主要包括：1影像拼接；2基于基础地形图的道路关系提取；3对各类要素信息进行融合；4进行数据的自动提取；5数据的集合处理和属性整理。
3）外业采集。利用MMS道路采集车进行道路信息和POI信息的采集，采集的成果包括照片、语音、视频以及现场手工标记等。对于现实存在而遗漏的数据需要补采、对于某些数据的几何信息需要实地确认、对于某些数据的属性信息需要补充完整、对于道路的交通规则信息需要组织内、外业分工采集。
4）内业整理。包括数据整合和数据编译。整合的主要任务是将外业作业成果融合到工作底图，进行统一编码、要素合并、几何要素规整、属性赋值、接边处理、分幅拼接、拓扑关系建立、连通关系建立等工作。数据编译完成最后的格式转换和数据压缩。
5）数据入库。数据入库阶段，需要对数据进行质量检查，发现错误并进行改正，然后将数据集纳入数据库进行管理。按照空间分布特征及其在导航应用中的重要程度，将导航数据要素分为交通网络类、显示背景类、信息索引类。
图3导航数据要素功能分类
5 结束语
当前，车载导航进入高速发展阶段，用户对电子地图的更新速度和兴趣点深度要求也越来越高。利用街景数据获取速度快，信息量丰富的特点，对导航数据是一项重要的补充，并且街景数据还可以以直观的提供道路景观，这是导航的一个重要发展趋势。随着生产成本的逐步降低以及导航市场认可度不断提高，街景数据在导航数据生产中必将得到越来越广泛的应用。
参考文献
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Research of Navigation Data Collection base on MMS Street View
Li Guanshi, LiuBo, Lu Fanfan, Song Faqi
(Provincial Fundamental Geomatics Centre of Jiangsu, Nanjing Jiangsu,210013)
Abstract This paper researches navigation data collection based on MMS street view data and fundamental GIS data. It mainly analyzes the specifications of the street view data and relative technologies for data collection. Last illustrates the work flow of the navigation data with street view data. This Technology was used very well in the project of Jiangsu navigation database building.
Keywords navigation, data collection, street view, MMS