利用高端地理空间技术将以色列的道路网络数字化

以色列的国家公路公司正在着手实施一项大规模的多年期项目，以将其整个网络数字化。测量公司 Kav Medida 已获得使用先进的 GIS 软件、无人机和 360° 移动测绘相机绘制网络北半部地图的合同。由此产生的数字化地图将显着提高以色列道路维护和监测的准确性和效率，提供与灯杆臂长度、标志高度、交通标志方位角、沟渠类型和横截面深度相关的详细测量数据。本文详细介绍了如何捕获和利用地理空间数据，以及该公司如何实施创新解决方案来提高生产力，同时降低运营成本。

与许多现代国家一样，以色列也在不断改善其交通基础设施。Netivei Israel 是以色列的国家公路公司，目前正在更新其错综复杂的道路网络的地图。Netivei Israel 管理着以色列 90% 的道路，从规划和建设阶段一直到维护。由于 8,500 公里道路网络的动态特性以及以色列不断增长的人口对新的、管理良好的道路的需求不断增长，Netivei Israel 决定着手一项雄心勃勃的多年期基于 GIS 的项目，以数字化其整个道路基础设施. Kav Medida 是以色列著名的测量公司，已获得一份合同，在同类项目中绘制以色列北半部的道路地图。它利用 Esri 的 ArcGIS Pro 以精确的精度创建数字化地图，主要使用开源的QGIS，配合自主开发的客制化工具。通过使用正射影像、航空成像、地面 360° 移动测绘以及（在极少数情况下）现场实地观察、精确测量和有关道路特征的详细数据，可以生成高分辨率数字化地图。

使用先进的基于 GIS 的方法，将升级当前的 GIS 系统，以显着提高以色列道路维护和监控的准确性和效率。地图的详细程度在以色列是前所未有的。例如，有与照明杆臂长度、标志在道路上方的高度、交通标志的方位角、沟渠类型和不同横截面的深度相关的详细测量，仅举几个例子。这些详细的地图无疑将为未来自动驾驶汽车在以色列道路上行驶铺平道路。

Kav Medida 的测绘车。

地理信息系统道路测绘

从 2021 年开始，Netivei Israel 开始了一项大规模的工作，使用先进的地理信息系统 (GIS) 方法绘制其所有道路的地图。这是一项重大发展，有可能彻底改变道路的监控和维护方式，因为它将完全集成到 Netivei Israel 现有的 GIS 系统中。预计这项工作将对以色列交通网络的效率和安全产生深远影响。

该项目涉及每月交付 200 公里的地图绘制道路，同时确保严格的质量保证 (QA) 标准和多项监督控制。每批可交付成果将包括一个地理数据库 (Esri GDB)，该数据库包含 37 个要素图层，例如灯杆、油漆条、公交车站、交通标志等。此外，还将提供两套 PDF 格式的地图（正射影像和非正射影像），每段道路根据预定义的制图参数按索引划分。每批将根据三类比例绘制索引，即 1:250（十字路口）、1:500（立交桥）和 1:1,250（高速公路）。最后，全景 (360°) 图像将通过指向 Web 应用程序的链接传送。

该项目为土地测量员带来了各种障碍，例如适应 GIS 环境而不是更熟悉的 DWG/DGN CAD 软件、满足苛刻的生产要求、绘制能见度有限的区域以及在 GPS 限制或安全区域操作。尽管存在这些挑战，团队必须优先考虑在既定参数内保持项目准确性，以确保其整体成功。Kav Medida 的方法旨在带来一致且可靠的长期结果。该方法包括三个方面：数据收集、数字化和分类以及数据分发。

使用正射影像捕获道路特征。

地理空间数据处理

对于数据收集，主要使用两种测绘设备：无人驾驶飞行器（UAV 或“无人驾驶飞机”）和 360° 移动测绘摄影测量相机。当一起使用时，这些先进技术有 80% 的重叠，无需现场评估即可绘制出总特征的 95%。这种方法可以节省成本、更精确的测量和更快的输出。

为确保两种设备的地理定位一致，建立了相同的地面控制点 (GCP) 作为地理配准基准，每 500 米设置一个 GCP。一旦捕获并处理了所有数据，就可以在办公室开始绘图工作。十名 GIS 操作员开始将数据分成块的任务，而 GIS 经理负责监督每个团队成员的分配。每个操作员都在自己的专业领域内工作，例如数据整理、数字化、分类、质量保证等。

项目中创建的其中一张地图的最终输出。

尽管该项目管理良好，但工作流程存在并行工作限制形式的限制。当多个用户同时使用同一个地理数据库时，使用专有 GIS 软件进行制图会受到限制。为了解决这个问题，QGIS被用来构建一个服务器环境来控制操作员进行的所有工作。更具体地说，该解决方案包含一个服务器，可以动态监控和构建 GDB，同时自动生成更多见解。这些见解包括：哪个层由哪个操作员映射，QA 过程中的薄弱环节在哪里，哪个层每个操作员消耗更多时间，GDB 列表错误等等。QGIS 已被证明更具成本效益，因为它是一个开源应用程序，没有许可证费用，并且对项目的团队规模没有限制。实际上，这种独特的服务器方法使 GIS 团队能够在 COVID-19 封锁期间在家工作，这也允许从海外聘请专业人才。最重要的是，Orbit（3D 移动地图软件）构建了一个 QGIS 插件，以便所有航拍图像都可以简化到工作环境。

使用移动测绘系统测量灯杆高度。

基于无人机的测绘的关键作用

该项目的目标之一是尽量减少后期制作劳动力。为了实现这一目标，我们使用可靠的 DJI Phantom 4 RTK 等先进设备来实现更舒适的摄影测量过程。飞行路线设置为最低点（垂直）配置，图像之间的前向和侧向重叠为 80%。无人机的飞行路径被安排为跟随地形，使其保持在以色列整个 SRTM 地形高程数据库的标称范围内。高级无人机数据处理包括图像块的航空三角测量，然后创建分辨率为 1.5 厘米/像素的真实正射影像。需要创建真正的正射影像而不是标准的正射影像，这主要是由于数字化要求，要求像公交车站这样的高大物体以绝对 2D 精度数字化。

在每月制作价值 200 公里的高分辨率真实正射影像时，挑战之一是需要高性能计算机处理。为此，Kav Medida 位于荷兹利亚的总部安装了一个由高级个人计算机组成的网络集群，并且自项目启动以来一直在 24/7 运行。处理主要通过 Python 脚本自动进行，用于正射镶嵌和产品导出阶段。还有其他子产品，如数字表面模型 (DSM)，以及可用于立体映射系统的各种外部方向文件，以进行额外的提取和 3D 网格划分。

移动相机与 3D 网格模型结合使用以全面映射特征。

数据分布

所有 GIS 数字化完成后，数据将交付给客户和外部 QA 团队。鉴于该项目的广泛范围，数据包括来自无人机和移动测绘相机、GIS 数据库、正射影像和 DSM 文件以及地面控制点的数十 TB 数据。通过使用已发布的移动地图界面，所有用户都可以从移动和空中视角访问任何道路的任何部分。此外，最终用户可以利用内置的摄影测量工具通过互联网浏览器测量、测试和检查所有文件。最后一步是创建 PDF 地图，其中 60% 是使用 ArcGIS Pro 自动完成的。请参阅下图以 PDF 格式生成的 1:250 比例的示例索引。

道路交通的未来

除了服务于 Netivei Israel 自身的目的之外，自动驾驶汽车公司还可以利用更精确和完整的地图来帮助推动自动驾驶汽车技术的发展。这些预建地图将作为它们的基线，并且与主动激光雷达、雷达、传感器、摄像头、GPS 和机器学习相结合——这些支持技术将帮助自动驾驶汽车导航并随着时间的推移不断提高其交通性能。自动驾驶汽车公司将使用在线推送更新将即时数据集成到他们的自动驾驶汽车的地理数据库中。

展望未来，及时准确的数据对于以色列基础设施的许多方面将越来越重要，尤其是随着智慧城市的出现。物联网的一个这样的关键方面是在道路上实施自动驾驶汽车，其中实时数据将是必要且最重要的，包括车辆和道路数据。详细的地图是其中的一个组成部分。车辆将能够实时相互通信数据，并利用机器学习和人工智能 (AI) 的进步来处理这些数据。

结论

以色列正在利用尖端技术为先进的测绘方法铺平道路。随着道路测绘精度的不断提高，可以更有效、更精确地进行维护。以色列在使用数字信息系统存储和处理测绘数据方面的专业知识大大加快了测绘技术的进步。以色列在人工智能和机器学习方面的领先地位也促进了从传统技术向现代先进解决方案的快速转变，满足了该行业不断增长的需求。这将产生更准确的地图，这反过来将有助于自动驾驶汽车的普及，因为可以输入更详细和更准确的道路特征。测绘的未来确实令人兴奋，但也带来了新的挑战。

车辆和无人机用于绘制以色列公路网北半部的地图。