车载激光扫描技术研究与应用现状

信息技术

摘要：近年来，随着三维激光扫描技术的不断发展和完善，车载激光扫描技术的应用越来越广泛。本文针对车载激光扫描技术，概述了该技术的工作原理，系统组成，处理流程，工程应用以及今后的发展。

关键词：车载激光扫描系统应用现状

0引言

三维激光扫描技术是测绘领域继ＧＰＳ技术之后的一次技术革命，又被称为实景复制技术。它突破了传统的单点测量方法，具有快速，非接触式，渗透，实时，动态的，主动的，高密度，高精度，数字化，自动化等特点。三维激光扫描技术可以获取高精度高分辨率的数字地形模型，因为它能够提供扫描物体表面的三维点云数据。按照载体的不同，三维激光扫描系统又可分为机载、车载、地面和手持型几类。在许多环境下，车载激光扫描系统就可以克服利用地面激光测量系统扫描而造成的费时费力的问题，例如对大范围的区域进行制图。

1车载三维激光扫描系统的组成

在普通车的顶部的行李架上稳固连接车载三维激光扫描系统的传感器部分，或者直接在车顶直接加装一个定制部件的过渡板。激光传感器头、数码相机、ＩＭＵ与ＧＰＳ天线的姿态或位置可以通过车顶支架调整。传感器头与导

航设备间的相对姿态和位置关系靠高强度的结构保证。

2车载三维激光扫描系统的工作原理

车载激光扫描系统是将激光扫描仪与ＧＰＳ、ＩＭＵ联合使用。在测量的过程中，ＧＰＳ测量记录道路两侧目标地物在世界坐标系的位置，激光扫描仪则负责记录影像纹理、形状距离，另外，还需要记录测量车行进的方向角以及行进过程中的加速度，可以计算任一时刻在每个方向上的速度，为ＩＭＵ提供一些参数，从而可以采集到车载平台在任意时刻下的行进状态。同时，ＧＰＳ会实时记录下测量车在世界坐标系下的坐标位置，这一位置为绝对位置，激光扫描仪会实时记录下测量车到道路两侧目标建筑物的相对距离和测量的角度，这个距离是激光脉冲发射点到目标地物表面的距离，根据几何关系，可以很容易的计算得出任一时刻，激光扫描脉冲发射点到目标建筑物的距离。利用空间和时间上的检校信息，就可以整合得到目标地物表面在世界坐标系下的绝对坐标，从而实现在没有任何参考点的情况下，动态、实时地获取道路两侧目标地物表面的三维信息的功能。

3车载三维激光扫描系统的研究现状

近年来迅速发展起来三维激光扫描技术，这一高新技术已经有许多西方发达国家将它应用于对敌观测系统和快速获取特定目标的立体模型。目前，许多国际研究机构都投入了大量的人力，物力和财力，进行相关技术的研究和开发。详细情况见表１。

4车载三维激光扫描系统的应用

现如今，车载三维激光扫描系统已经被越来越多的应用到各行各业。它可以完成大区域地形图测量；交通部门可以利用它进行事故的勘测，规划部门可以进行森林的计测，军事部门进行实战电脑模拟，建筑部门还可以进行各项建筑的实景建模。在２００８年４月，在希腊从雅典到克林斯曼对一条长达１２０ｋｍ的公路进行了详尽的测量工作。这项工程是在ＣＡＤ中将主要的地物特征重建，用来扩建一条新的高速公路。整个过程中以每小时５０ｋｍ的车速，测量了９．８亿个点，仅仅花费了３个小时。

同时间段，英国的Ｌｅｉｃｅｓｔｅｒ利用车载三维激光扫描系统将很多有科学价值的历史建筑物区域建模并完成归档，耗费的时间不长，但是达到了很高的精度。

国内某矿区，利用三维激光扫描仪制作了详实的矿区三维模型，结合地质、水文、采矿等数据，可用于开采方量计算、开采设计、回填方案制定、稳定性分析等矿山安全生产的多个方面。先进的法如三维激光扫描仪可在短期内完成大量的数据采集工作，结合强大的矿山后处理方案，是建设三维数字化矿山的必备工具。

5车载三维激光扫描系统的发展

车载三维激光扫描系统作为测绘科学的领先产品，是一种直接主动式测量方法，受天气条件的影响少，作业安全，作业周期快，易于更新，时效性强，而且，在数据处理后，所有带有３Ｄ坐标的点云都可以被输出到ＣＡＤ的环境下进行进一步的数据处理和加工。从现在的形势来看，车载激光扫描系统基本涵盖测绘的各个领域。但是其自身还存在很多不足，如：系统获得的数据具有分布不规律，坐标不连续；用于普通地形测量的系统所发射的激光脉冲很容易被水吸收而很难产生发射光，因此，该系统难以确定水系的边界；到目前为止，还没有一套通用的作业规范和流程；目前ＬｉＤＡＲ系统的价格昂贵，也一定程度上限制了该系统的普

车载激光扫描技术研究与应用现状

胡雨佳（辽宁地质工程职业学院）

名称

ＧＰＳＶａｎ

ＶＩＳＡＴ

ＧＩＭＴＭ

ＫＩＳＳ

ＧＩ－ＥＹＥ

ＣＤＳＳ

ＷＵＭＭＳ

ＬＤ２０００

ＬａｓｅｒＳｃａｎ－ｎｅｒＭＭＳ

ＤＤＴＩ

开发单位

ＯｈｉｏＳｔａｔｅ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ｏｆＣａｌｇａｒｙ

ＮＡＶＳＹＳ

ＭｕｎｉｃｈＵ－

ｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ

ｔｈｅＦｅｄｅｒａｌ

Ｍｉｌｉｔａｒｙ

ＮＡＶＳＹＳ

Ａａｃｈｅｎ大地

测量研究所

武汉测绘科

技大学

立得公司

武汉大学

美国数字数

据技术公司

平台

汽车、

火车

汽车

卡车

汽车

影像传感器

ＧＰＳ，陀螺，里

程计，ＩＭＵ

单色ＣＣＤ，彩

色摄像机

ＣＣＤ，摄像机

ＳＶＨＳ，单色

ＣＣＤ，录音设

备

ＣＣＤ

单色ＣＣＤ

ＣＣＤ，激光扫

描仪

彩色ＣＣＤ

激光扫描仪

触摸屏，录音

设备

参考文献

Ｇｏａｄ，１９９１

Ｎｏｖａｋ，１９９１

Ｓｃｈｗａｒｚ，１９９３

ＥＩ－Ｓｈｅｉｍｙ，１９９９

Ｇｏｅｔｓｅｅａｎｄ

Ｂｒｏｗｎ，１９８４

Ｃａｓｐａｒｙ，１９９５

Ｂｒｏｗｎ，１９９８

Ｂｅｎｎｉｎｇａｎｄ

Ａｕｓｓｅｍｓ，１９９８

ＬＩ等，１９９９

ＬＩ等，２００１

ＤＤＴＩ（网站）表1主要移动测图系统

301

（上接第３０１页）

摘要：利用ＰｏｗｅｒＢｕｉｌｄｅｒ可以开发各种实用的管理信息系统，

查询模块是系统功能模块中重要的组成部分，本文通过介绍学生档

案管理系统的学生信息查询模块，提供了一种通用查询模块的编程方法及技巧。

关键词：ＰｏｗｅｒＢｕｉｌｄｅｒ学生信息查询

0引言

在学生档案管理系统中数据查询模块包括如下多个子模块：学生信息查询、学生德育查询、奖学金信息查询、违纪学生查询、教师信息查询、请假学生查询、奖励查询、班级信息查询、班级考核查询等。本文介绍学生信息查询子模块的详细的设计过程。

1学生查询模块设计在系统主窗口中，打开“数据查询”下拉菜单。选择“学生信息查询”选项，进入“学生信息查询”窗口ｗ＿ｑｕｅｒｙ＿ｘｓｘｃ，如图１所示。首先选择一个查询的关键字：班级，选择“＝”号，输入要查询的班级值：网Ｚ０１１，单击“查询”按钮，提示符合查询条件的有三位学生。选择ａｎｄ复选框（可以进行复合查询），选择另一个关键字：所在市，选择“＝”号，输入查询值：鞍山，再单击“查询”按钮，符合查询条件的有一位学生。找到符合条件的记录后，可查看当前学生的家庭档案和学生个人简历。对查询的结果可以浏览、打印输出。学生个人简历以Ａ４纸打印输出。

图1学生信息查询窗口w_query_xsxc

2查询功能的实现

2.1窗口对象的实例变量声明如下：ｓｔｒｉｎｇｘｍ，ｘｈｓｔｒｉｎｇｘｓｃｍ，ｘｓｚｈｉｎｔｇｅｔ，ｘｃｚ，ｃｏｕ

2.2窗口对象的Ｏｐｅｎ事件脚本修改如下：ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿１．ｄｗ＿１．ｓｅｔｔｒａｎｓｏｂｊｅｃｔ（ｓｑｌｃａ）ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿１．ｄｗ＿１．ｒｅｔｒｉｅｖｅ（）

ｃｏｕ＝ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿１．ｄｗ＿１．ｒｏｗｃｏｕｎｔ（）ｇｅｔ＝ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿１．ｄｗ＿１．ｇｅｔｒｏｗ（）

ｘｓｃｍ＝ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿１．ｄｗ＿１．ｇｅｔｉｔｅｍｓｔｒｉｎｇ（ｇｅｔ，＂姓名＂）

2.3ｔａｂ＿１控件的ＳｅｌｅｃｔｉｏｎＣｈａｎｇｅｄ事件脚本修改如下：

ｇｅｔ＝ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿１．ｄｗ＿１．ｇｅｔｒｏｗ（）ｉｆｇｅｔ＜＞０ｔｈｅｎ

ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿２．ｄｗ＿２．ｓｅｔｔｒａｎｓｏｂｊｅｃｔ（ｓｑｌｃａ）ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿２．ｄｗ＿２．ｒｅｔｒｉｅｖｅ（）

ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿３．ｄｗ＿３．ｓｅｔｔｒａｎｓｏｂｊｅｃｔ（ｓｑｌｃａ）ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿３．ｄｗ＿３．ｒｅｔｒｉｅｖｅ（）ｇｅｔ＝ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿１．ｄｗ＿１．ｇｅｔｒｏｗ（）

ｘｓｃｍ＝ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿１．ｄｗ＿１．ｇｅｔｉｔｅｍｓｔｒｉｎｇ

（ｇｅｔ，＂姓名＂）

ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿２．ｄｗ＿２．ｓｅｔｆｉｌｔｅｒ

（＂ｘｓｃｍ＝＇＂＋ｘｓｃｍ＋＂＇＂）

ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿２．ｄｗ＿２．ｒｅｔｒｉｅｖｅ（）

ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿３．ｄｗ＿３．ｓｅｔｆｉｌｔｅｒ（＂姓名

＝＇＂＋ｘｓｃｍ＋＂＇＂）

ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿３．ｄｗ＿３．ｒｅｔｒｉｅｖｅ（）ｅｌｓｅ

ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿２．ｄｗ＿２．ｒｅｓｅｔ（）ｔａｂ＿１．ｔａｂｐａｇｅ＿３．ｄｗ＿３．ｒｅｓｅｔ（）

ｍｅｓｓａｇｅｂｏｘ（＂提示＂，＂查无此人！＂）ｅｎｄｉｆ

2.4ｔａｂ＿１控件的ｃｒｅａｔｅ事件脚本如下：ｔｈｉｓ．ｔａｂｐａｇｅ＿１＝ｃｒｅａｔｅｔａｂｐａｇｅ＿１ｔｈｉｓ．ｔａｂｐａｇｅ＿２＝ｃｒｅａｔｅｔａｂｐａｇｅ＿２ｔｈｉｓ．ｔａｂｐａｇｅ＿３＝ｃｒｅａｔｅｔａｂｐａｇｅ＿３ｔｈｉｓ．Ｃｏｎｔｒｏｌ［］＝｛ｔｈｉｓ．ｔａｂｐａｇｅ＿１，＆ｔｈｉｓ．ｔａｂｐａｇｅ＿２，＆ｔｈｉｓ．ｔａｂｐａｇｅ＿３｝

2.5ｔａｂ＿１控件的ｄｅｓｔｒｏｙ事件脚本如下：ｄｅｓｔｒｏｙ（ｔｈｉｓ．ｔａｂｐａｇｅ＿１）ｄｅｓｔｒｏｙ（ｔｈｉｓ．ｔａｂｐａｇｅ＿２）ｄｅｓｔｒｏｙ（ｔｈｉｓ．ｔａｂｐａｇｅ＿３）

基于PowerBuilder 查询模块的设计

王超

（辽宁建筑职业学院）

信息技术

及应用

。基于以上的缺陷，车载三维激光扫描仪的发展或许

会有以下的趋势：仪器的研制国产化，点云数据处理软件的公用化，与其他测量设备如ＧＰＳ、全站仪的联合测量。

参考文献：

［１］王冬，

卢秀山．车载式三维信息采集系统中多坐标系统转换实现［Ｊ］．测绘科学，２００７（０４）．［２］王力，李广云，贺磊．使用定标球的激光扫描数据配准方法［Ｊ］，测绘科学，

２０１０（０５）．［３］朱国敏，马照亭，孙隆祥，李成名．城市三维地理信息系统中三维模型的快速构建方法［Ｊ］，地理与地理信息科学，２００７（０４）．

［４］康永伟，钟若飞，吴俣．车载激光扫描仪外参数标定方法研究［Ｊ］．红外与激光工程，２００８（Ｓ３）．

302

三维激光扫描技术及其应用探讨

【摘要】本文首先对三维激光扫描技术的理论、系统组成、工作原理进行分析，对三维激光扫描技术的特点进行总结，对三维激光扫描流程进行探讨，并对三维激光扫描技术的应用进行研究。【关键词】三维激光扫描；应用；测量引言三维激光扫描技术是对激光测距技等原理进行利用并以此获得数据的一种新型技术，广泛应用于变形监测、工程测量、地形测量、断面和体积测量等领域，具有一些优势，包括无需合作目标、精度较高、密度较高、效率较高以及全数字特征等。三维激光扫描技术能够真实描述扫描对象的整体结构，以及形态特性，能够迅速准确的生成三维数据模型，防止基于点数据的分析方法导致的片面性。把三维激光扫描技术和控制策略相互结合在一起，能够得到扫描目标的坐标。本文对有关三维激光扫描技术及其应用进行分析和探讨，不足之处，敬请指正。 1 三维激光扫描技术三维激光扫描技术选用的是非接触式高速激光测量的方法，对相关物体几何数据及影音资料进行获取，最后利用后处理软件对数据进行处理和分析，转换成具有坐标系的三维空间坐标及模型，并能够用多种数据格式输出，满足空间数据库的数据源，以及三维激光扫描技术的不同应用需求。 1.1 系统组成（1）三维激光扫描仪；（2）数码相机；（3）后处理软件；（4）电源以及附属设备。 1.2 工作原理三维激光扫描技术利用设备内部的激光脉冲发射器，向相关目标物体发射一束激光脉冲，通过反光镜旋转，发射出的激光脉冲扫描目标，信号接收器接收反射回来的激光脉冲，对相关数据进行记录，包括每个激光脉冲从发射到被测物表面，然后返回设备所经过的时间，以此获取目标到扫描中心的距离，除此之外扫描控制模块对每一个激光脉冲的水平扫描角α和竖向扫描角β进行控制，最后经过后处理软件自动解算，得出目标的相对三维坐标，也就是云点，经过转换后，在绝对坐标系中表现为三维空间位置坐标或者模型。 1.3 三维激光扫描技术的特点三维激光扫描技术的特点，可以总结为高精度、高速度、高分辨率、非接触式以及优良的兼容性等优势，甚至称之为测绘领域继gps技术之后的一次具有影响力的技术革命。利用和传统测量技术进行对比，包括全站仪、近景摄影测量以及航空摄影测量等，具体而言具有以下特点：（1）非接触式三维激光扫描技术是一种非接触式的高速激光测量手段，无需布置反射棱镜，直接扫描目标体即可，通过对目标体表面云点的三维坐标数据进行采集。假如被测目标处于环境恶劣、人员甚至无法到达现场的情况，常规测量技术无法胜任此项任务，那么三维激光扫描技术的优势就被凸显出来。（2）数字化程度较高、可扩展性三维激光扫描技术所获取的数据均为数字信号数据，具有较高的数字程度，处理起来较为简便，可以便利的用于数据的分析、输出以及显示，后处理软件人机友好的用户界面，可以和其它软件及时进行数据共享，能够和外接数码相机、gps等设备相互配合使用，从而拓宽了各自的应用范围，因此三维激光扫描技术具有较好的可扩展性。（3）高分辨率三维激光扫描技术的分辨率较高，能够方便快捷的采集高质量、高密度的数据，这是高

三维激光扫描系统

三维激光扫描系统基本介绍三维测量可定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴的位移测量系统经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标(X、Y、Z)及各项功能的测量”。三维测量的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。应用领域机械、汽车、航空、军工、家具、工具原型等测量高精度的几何零部件以及测量复杂形状的机械零部件。三维测量技术的应用领域：最近几年，三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟，目前三维扫描设备也逐渐商业化，三维激光扫描仪的巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据。这样一来可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。因此，其已经成为当前研究的热点之一，并在文物数字化保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。 (1)测绘工程领域：大坝和电站基础地形测量、公路测绘，铁路测绘，河道测绘，桥梁、建筑物地基等测绘、隧道的检测及变形监测、大坝的变形监测、隧道地下工程结构、测量矿山及体积计算。 (2)结构测量方面：桥梁改扩建工程、桥梁结构测量、结构检测、监测、几何尺寸测量、空间位置冲突测量、空间面积、体积测量、三维高保真建模、海上平台、测量造船厂、电厂、化工厂等大型工业企业内部设备的测量;管道、线路测量、各类机械制造安装。 (3)建筑、古迹测量方面：建筑物内部及外观的测量保真、古迹(古建筑、雕像等)的保护测量、文物修复，古建筑测量、资料保存等古迹保护，遗址测绘，赝品成像，现场虚拟模型，现场保护性影像记录。 (4)紧急服务业：反恐怖主义，陆地侦察和攻击测绘，监视，移动侦察，灾害估计，交通事故正射图，犯罪现场正射图，森林火灾监控，滑坡泥石流预警，灾害预警和现场监测，核泄露监测。 (5)娱乐业：用于电影产品的设计，为电影演员和场景进行的设计，3D游戏的开发，虚拟博物馆，虚拟旅游指导，人工成像，场景虚拟，现场虚拟。三维测量方式 1)将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，这项技术就是三坐标测量机的原理。三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，可以替代多种表面测量工具，减少复杂的测量任务所需的时间，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息。

三维激光扫描分类及工作操作规范

三维激光扫描分类及工作操作规范 Revised by Hanlin on 10 January 2021

一、地面激光扫描系统 1、概述地面激光扫描仪系统类似于传统测量中的全站仪，它由一个激光扫描仪和一个内置或外置的数码相机，以及软件控制系统组成。二者的不同之处在于激光扫描仪采集的不是离散的单点三维坐标，而是一系列的“点云”数据。这些点云数据可以直接用来进行三维建模，而数码相机的功能就是提供对应模型的纹理信息。 2、工作原理三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经物体表面漫反射后，沿几乎相同的路径反向传回到接收器，可以计算日标点P与扫描仪距离S，控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。三维激光扫描测量一般为仪器自定义坐标系。X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。获得P的坐标。进而转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。 3、作业流程整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源以及附属设备构成，它采用非接触式高速激光测量方式，获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据。最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。（1）、数据获取利用软件平台控制三维激光扫描仪对特定的实体和反射参照点进行扫描，尽可能多的获取实体相关信息。三维激光扫描仪最终获取的是空间实体的几何位置信息，点云的发射密度值，以及内置或外置相机获取的影像信息。这些原始数据一并存储在特定的工程文件

三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用

三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用徐晓雄刘松林李白随着信息技术研究的深入及数字地球、数字城市、虚拟现实等概念的出现，人们对空间三维信息的需求更加迫切。基于测距测角的传统工程测量方法，在理论、设备和应用等诸多方面都已相当成熟，新型的全站仪可以完成工业目标的高精度测量，GPS可以全天候、一天24小时精确定位全球任何位置的三维坐标，但它们多用于稀疏目标点的高精度测量。随着传感器、电子、光学、计算机等技术的发展，基于计算机视觉理论获取物体表面三维信息的摄影测量与遥感技术成为主流，但它在由三维世界转换为二维影像的过程中，不可避免地会丧失部分几何信息，所以从二维影像出发理解三维客观世界，存在自身的局限性。因此，上述获取空间三维信息的手段难以满足应用的需求，如何快速、有效地将现实世界的三维信息数字化并输入计算机成为解决这一问题的瓶颈。三维激光测量技术的出现和发展为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段，为信息数字化发展提供了必要的生存条件。20世纪90年代，随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格的逐步下降，它在测绘领域成为研究的热点，应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体三维模型的主要方式之一。

使用国产地面激光扫描仪扫描的输电线三维模型三维激光扫描测量技术的特点三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，能够对任意物体进行扫描，且没有白天和黑夜的限制，快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据。它具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点，可以极大地降低成本，节约时间，而且使用方便，其输出格式可直接与CAD、三维动画等工具软件接口。目前，生产三维激光扫描仪的公司有很多，它们各自的产品在测距精度、测距范围、数据采样率、最小点间距、模型化点定位精度、激光点大小、扫描视场、激光等级、激光波长等指标会有所不同，可根据不同的情况如成本、模型的精度要求等因素进行综合考虑之后，选用不同的三维激光扫描仪产品。

车载激光扫描技术研究与应用现状

信息技术摘要：近年来，随着三维激光扫描技术的不断发展和完善，车载激光扫描技术的应用越来越广泛。本文针对车载激光扫描技术，概述了该技术的工作原理，系统组成，处理流程，工程应用以及今后的发展。关键词：车载激光扫描系统应用现状 0引言三维激光扫描技术是测绘领域继ＧＰＳ技术之后的一次技术革命，又被称为实景复制技术。它突破了传统的单点测量方法，具有快速，非接触式，渗透，实时，动态的，主动的，高密度，高精度，数字化，自动化等特点。三维激光扫描技术可以获取高精度高分辨率的数字地形模型，因为它能够提供扫描物体表面的三维点云数据。按照载体的不同，三维激光扫描系统又可分为机载、车载、地面和手持型几类。在许多环境下，车载激光扫描系统就可以克服利用地面激光测量系统扫描而造成的费时费力的问题，例如对大范围的区域进行制图。 1车载三维激光扫描系统的组成在普通车的顶部的行李架上稳固连接车载三维激光扫描系统的传感器部分，或者直接在车顶直接加装一个定制部件的过渡板。激光传感器头、数码相机、ＩＭＵ与ＧＰＳ天线的姿态或位置可以通过车顶支架调整。传感器头与导航设备间的相对姿态和位置关系靠高强度的结构保证。 2车载三维激光扫描系统的工作原理车载激光扫描系统是将激光扫描仪与ＧＰＳ、ＩＭＵ联合使用。在测量的过程中，ＧＰＳ测量记录道路两侧目标地物在世界坐标系的位置，激光扫描仪则负责记录影像纹理、形状距离，另外，还需要记录测量车行进的方向角以及行进过程中的加速度，可以计算任一时刻在每个方向上的速度，为ＩＭＵ提供一些参数，从而可以采集到车载平台在任意时刻下的行进状态。同时，ＧＰＳ会实时记录下测量车在世界坐标系下的坐标位置，这一位置为绝对位置，激光扫描仪会实时记录下测量车到道路两侧目标建筑物的相对距离和测量的角度，这个距离是激光脉冲发射点到目标地物表面的距离，根据几何关系，可以很容易的计算得出任一时刻，激光扫描脉冲发射点到目标建筑物的距离。利用空间和时间上的检校信息，就可以整合得到目标地物表面在世界坐标系下的绝对坐标，从而实现在没有任何参考点的情况下，动态、实时地获取道路两侧目标地物表面的三维信息的功能。 3车载三维激光扫描系统的研究现状近年来迅速发展起来三维激光扫描技术，这一高新技术已经有许多西方发达国家将它应用于对敌观测系统和快速获取特定目标的立体模型。目前，许多国际研究机构都投入了大量的人力，物力和财力，进行相关技术的研究和开发。详细情况见表１。 4车载三维激光扫描系统的应用现如今，车载三维激光扫描系统已经被越来越多的应用到各行各业。它可以完成大区域地形图测量；交通部门可以利用它进行事故的勘测，规划部门可以进行森林的计测，军事部门进行实战电脑模拟，建筑部门还可以进行各项建筑的实景建模。在２００８年４月，在希腊从雅典到克林斯曼对一条长达１２０ｋｍ的公路进行了详尽的测量工作。这项工程是在ＣＡＤ中将主要的地物特征重建，用来扩建一条新的高速公路。整个过程中以每小时５０ｋｍ的车速，测量了９．８亿个点，仅仅花费了３个小时。同时间段，英国的Ｌｅｉｃｅｓｔｅｒ利用车载三维激光扫描系统将很多有科学价值的历史建筑物区域建模并完成归档，耗费的时间不长，但是达到了很高的精度。国内某矿区，利用三维激光扫描仪制作了详实的矿区三维模型，结合地质、水文、采矿等数据，可用于开采方量计算、开采设计、回填方案制定、稳定性分析等矿山安全生产的多个方面。先进的法如三维激光扫描仪可在短期内完成大量的数据采集工作，结合强大的矿山后处理方案，是建设三维数字化矿山的必备工具。 5车载三维激光扫描系统的发展车载三维激光扫描系统作为测绘科学的领先产品，是一种直接主动式测量方法，受天气条件的影响少，作业安全，作业周期快，易于更新，时效性强，而且，在数据处理后，所有带有３Ｄ坐标的点云都可以被输出到ＣＡＤ的环境下进行进一步的数据处理和加工。从现在的形势来看，车载激光扫描系统基本涵盖测绘的各个领域。但是其自身还存在很多不足，如：系统获得的数据具有分布不规律，坐标不连续；用于普通地形测量的系统所发射的激光脉冲很容易被水吸收而很难产生发射光，因此，该系统难以确定水系的边界；到目前为止，还没有一套通用的作业规范和流程；目前ＬｉＤＡＲ系统的价格昂贵，也一定程度上限制了该系统的普车载激光扫描技术研究与应用现状胡雨佳（辽宁地质工程职业学院）名称ＧＰＳＶａｎＶＩＳＡＴＧＩＭＴＭＫＩＳＳＧＩ－ＥＹＥＣＤＳＳＷＵＭＭＳＬＤ２０００ＬａｓｅｒＳｃａｎ－ｎｅｒＭＭＳＤＤＴＩ开发单位ＯｈｉｏＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣａｌｇａｒｙＮＡＶＳＹＳＭｕｎｉｃｈＵ－ｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｔｈｅＦｅｄｅｒａｌＭｉｌｉｔａｒｙＮＡＶＳＹＳＡａｃｈｅｎ大地测量研究所武汉测绘科技大学立得公司武汉大学美国数字数据技术公司平台汽车、火车汽车卡车汽车汽车汽车汽车汽车汽车汽车影像传感器ＧＰＳ，陀螺，里程计，ＩＭＵ单色ＣＣＤ，彩色摄像机ＣＣＤ，摄像机ＳＶＨＳ，单色ＣＣＤ，录音设备ＣＣＤ单色ＣＣＤＣＣＤ，激光扫描仪彩色ＣＣＤ激光扫描仪触摸屏，录音设备参考文献Ｇｏａｄ，１９９１Ｎｏｖａｋ，１９９１Ｓｃｈｗａｒｚ，１９９３ＥＩ－Ｓｈｅｉｍｙ，１９９９ＧｏｅｔｓｅｅａｎｄＢｒｏｗｎ，１９８４Ｃａｓｐａｒｙ，１９９５Ｂｒｏｗｎ，１９９８ＢｅｎｎｉｎｇａｎｄＡｕｓｓｅｍｓ，１９９８ＬＩ等，１９９９ＬＩ等，２００１ＬＩ等，２００１ＤＤＴＩ（网站）表1主要移动测图系统 301

海量车载激光扫描点云数据的快速可视化方法

海量车载激光扫描点云数据的快速可视化方法激光扫描系统能够直接获取被测目标表面的三维空间坐标，具有采样密度高、点云分布密集等特点，正逐渐成为三维空间信息快速获取的主要手段之一，被广泛应用于文物保护、三维重建、数字地面模型生产、城市规划等领域[1]。现代车载激光扫描系统，通常安装多个激光扫描头采集三维点云数据，如Optech公司的LYNX系统，Riegl公司的VMX-450系统。车载激光扫描系统沿着某一轨迹采集数据，多个高频采样激光头数据相互叠加，产生海量三维点云数据，其数据量随着轨迹的延长而线性增加。例如，VMX-450系统在约一个小时内，可获取40 km左右长度的点云数据，数据量高达1 TB。对于车载激光扫描系统采集的海量三维点云数据，单在数据量方面即对后续数据处理(如点云滤波、分割，目标识别，三维重建和可视化等)带来巨大的挑战。为实现海量点云数据的空间分析及可视化，需要实时、高效地完成点云数据的调度和查询工作。空间数据的调度，关键在于数据的索引与检索，索引的性能优劣直接影响到系统的效率和分析能力。因此，如何建立合理的空间索引机制，是解决海量空间数据组织和快速调度的关键问题。许多标志性索引方法已被广泛应用于空间数据的检索、查询、存储以及管理，如四叉树[2]、R树[3, 4]、R* 树[5]和八叉树[6]等。在地理信息系统中，支持二维空间数据的索引方法已非常成熟。但是，随着三维点云数据的广泛应用，迫切需要在虚拟地理环境下可视化全部三维点云数据。在三维点云数据可用性不断增强的驱动下，出现了一些具有可视化和三维点云数据管理功能的商业软件[7, 8]。然而，Quick Terrain Reader、Point Tools等商业点云处理软件对载入点云数据量有严格限制，不支持车载海量激光点云数据的实时三维可视化，从而引发了完善三维激光点云数据空间索引方法的热潮。 R树或R*树的每个子块包含一个对象，这些子块可以彼此重叠。文献[9]提出利用三维 R 树结构管理虚拟环境下的三维建筑物。文献[10]提出使用三维 R 树结构快速索引激光点云数据。但是，如何有效解决R 树子块重叠是三维点云数据管理尚未解决的问题。四叉树索引是一种基于树的空间索引，它按照一定的规则，将已知范围的空间递归地均分成 4个部分，直到每个子块满足条件为止[11]。文献[12]提出了一种基于四叉树的三维点云渲染方法，此方法在假设连续点属于同一条扫描线的前提下，只存储每个叶子节点内的点的位置以节省存储空间。但是，这种方法无法对多扫描仪获取的无序点云建立索引。八叉树作为四叉树的3D扩展亦被广泛应用于三维数据索引。文献[13]提出了基于八叉树的三维点云数据的多尺度可视化方法。文献[14]提出了一种开源的八叉树点云数据索引标准数据格式，并测试其在海量点云特征提取算法方面的适用性。文献[15]通过哈希表数据结构优化八叉树结构，实现三维点云数据的快速检索。文献[16]设计了一种基于外存的多分辨率数据结构，实现了海量点云数据的实时可视化与交互编辑。一般情况下，基于八叉树的树结构比较适合处理三维点云数据，并且该方法有现行开源标准数据格式[14]。但是，对车载激光扫描系统采集的三维数据使用八叉树索引具有分布不均等缺点，会出现大量空的叶节点。这直接造成了点云存储空间的低利用率，并且增加了空间数据查询的复杂度。相比四叉树结构，八叉树结构需要更多的存储空间，更难实现。快速检索算法通常需要耗

车载三维激光扫描系统简介

一、系统简介三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。近些年来，三维激光扫描仪已经从固定朝移动方向发展，最具代表性的就是车载三维激光扫描仪，车载三维激光扫描仪是将三维激光扫描设备、卫星定位模块、惯性测量装置、里程计、360°全景相机、总成控制模块和高性能板卡计算机集成并封装于汽车的刚性平台之上，在汽车移动过程中，快速获取高精度定位定姿数据、高密度三维点云和高清连续全景影像数据，通过统一的地理参考和摄影测量解析处理，实现无控制的空间地理信息采集与建库。汽车、三维激光扫描仪、数据处理软件，这三部分共同组成了车载三维激光扫描系统。图1.车载三维激光扫描系统图2.系统工作原理图

二、发展状况随着地理空间信息服务产业的快速发展，地理空间数据的需求也越来越旺盛。地理空间数据的生产，成为世界经济增长的一大热点。目前世界上最大的两家导航数据生产商NavTech和Tele Atlas均将车载三维激光扫描系统作为其数据采集与更新的主要手段，并将该技术视为公司的核心技术。我国在车载三维激光扫描系统测图领域的研究起步较早，现已在多传感器集成、系统误差检校、直接地理参考技术、交通地理信息系统等方面取得突破性的进展，其中最具代表性的有李德仁院士主持、立得空间信息技术有限公司研制的LD2000-RM车载道路测量系统和刘先林院长主持、首都师范大学研制的SSW车载测图系统。三、国内的应用经过多年的发展和应用，车载三维激光扫描系统已在我国基础测绘、应急保障测绘、街景导航地图测绘、三维数字城市建设、矿山测绘、公路GIS与公路路产管理、电力GIS数据采集与可视化管理、铁路GIS与铁路资产管理、公安GIS数据采集等项目中得到广泛应用。较为成功案例有黑龙江测绘局基于移动道路测量系统的数字道路采集生产、武汉市汉阳沌口经济技术开发区电子地图测制、韩国高速公路公司道路设施调查维护、湖北楚天

三维激光扫描仪的原理与其应用

三维激光扫描仪 2.1三维激光扫描仪研究背景自上个世纪60年代激光技术已经开始出现，激光技术以其单一性和高聚积度在20世纪获得巨大发展。实现了从一维到二维直至今天广泛应用的三维测量的发展，实现了无合作目标的快速高精度测量。而且数字地球，数字城市等一系列概念的提出，我们可以看到：信息表达从二维到三维方向的转化，从静态到动态的过渡将是推动我国信息化建设和社会经资源环境可持续发展的重要武器。目前，各种各样的三维数据获取工具和手段不断地涌现，推动着三维空间数据获取向着实时化、集成化、数字化、动态化和智能化的方向不断地发展，三维建模和曲面重构的应用也越来越广泛[1]。传统的测绘技术主要是单点精确测量，难以满足建模中所需要的精度、数量以及速度的要求。而三维激光扫描技术采用的是现代高精度传感技术，它可以采用无接触方式，能够深入到复杂的现场环境及空间中进行扫描操作。可以直接获取各种实体或实景的三维数据，得到被测物体表面的采样点集合“点云”，具有快速、简便、准确的特点。基于点云模型的数据和距离影像数据可以快速重构出目标的三维模型，并能获得三维空间的线、面、体等各种实验数据，如测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实等。其中，地面三维激光扫描技术的研究，已经成为测绘领域中的一个新的研究热点。它采用非接触式高速激光测量的方式，能够获取复杂物体的几何图形数据和影像数据，最终由后处理数据的软件对采集的点云数据和影像数据进行处理，并转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，能以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同项目的需要。目前这项技术已经广泛应用到文物的保护、建筑物的变形监测、三维数字地球和城市的场景重建、堆积物的测定等多个方面。 2.2 三维激光扫描技术研究现状 2.2.1 主要的三维激光扫描仪介绍随着三维激光扫描技术研究领域的不断扩大，生产扫描仪的商家也越来越多。主要的有瑞士Leica公司，美国的FARO公司和3D DIGITAL公司、奥地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech公司、法国MENSI公司、中国的北京荣创兴业科技发展公司等。这些扫描仪在扫描距离、扫描精度、点间距和数量、光斑点的大小等指标有所不同[2]。主要的分类见图1-1和表1-1。

三维激光扫描系统

三维激光扫描系统 1.概述三维光纤激光切割机是由专用光纤激光切割头、高精度电容式跟踪系统、光纤激光器以及工业机器人系统组成，对不同厚度的金属板材进行多角度、多方位柔性切割的先进设备。三维机器人激光切割机设备广泛应用于金属加工、机械制造及汽车零部件制造等对3D工件有加工需求的生产中。 2.三维光纤激光切割机器人 (1)三维激光切割原理激光通过激光器产生后，由反射镜传递并通过聚集镜照射到加工物品上，使加工物品(表面)受到强大的热能而温度急剧增加，使该点因高温而迅速的熔化或者汽化，配合激光头的运行轨迹从而达到加工目的。 (2)光纤的选择根据金属板材的厚度不同，选用不同的光纤激光器功率，三维切割光纤激光器的功率一般分200W、300W、400W、500W与1000W等多种规格;对不同功率的激光器配备不同的冷却系统，以保障激光器的正常工作。同时要根据机械臂的工作半径和加工工件的大小选定合适长度的操作光纤传输激光，以满足客户切割要求。 (3)辅助气体的要求三维光纤激光切割机采用的辅助气体是99.99%的氧气，这样对切割的精度、速度和切割的断面效果有很大的帮助。耗电耗材：系统耗电：<8KW(根据选配激光器功率大小而异) 零星耗材：<0.5元/小时(包括高功率激光器水冷系统的滤芯、切割头气嘴和切割头保护镜片) 吹气费用：<6元/小时(以用纯氧辅助切割2MM内碳钢为例) 性能指标: 激光功率:200W/300W/400W/500W/1000(根据工件材质和料厚可选) 激光波长:1070NM 工作区域:半径2米的半球形工作区域(选配半径2米的机械手) 切割速度:0-15米/分钟(根据功率大小和工件材质与厚度可调) 供电电源:三相交流380V 用电功率: <8KW(根据选配激光器功率大小而定) 冷却方式:风冷/水冷(根据选配激光器功率大小而定) 切割头焦距：5-7英寸(根据工件厚度可选)

浅谈三维激光扫描技术原理及应用

浅谈三维激光扫描技术原理及应用摘要：三维激光扫描技术是—种新型的测绘技术，被称为“实景复制技术”。本文介绍了三维激光扫描仪的系统分类、基本原理、技术特点，探讨了三维激光扫描技术的应用。关键词：三维激光扫描技术工作原理技术特点应用 1、引言近年来，随着工程测量服务领域的不断拓宽以及三维设计制造对测量精度的要求，传统的测量仪器如全站仪、断面仪等已不能满足高精度的三维坐标采集和“逆向工程”的需要。相比这些传统的测量技术，三维激光扫描技术具有极大的技术优势，特别是在数据采集方面，具有高效、快捷、精确、简便等特点，被广泛的应用于各个领域。 2、三维激光扫描技术随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用,这项国际上近期发展的高新技术已经引起了广大科研人员的关注。这种技术采用非接触式高速激光测量方式，来获取地形或复杂物体的几何图形数据和影像数据，最终通过后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理分析，转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或者建立结构复杂、不规则场景的三维可视化模型，既省时又省力,同时点云还可输出多种不同的数据格式，做为空间数据库的数据源和满足不同应用的需要。 2.1 三维激光扫描系统组成整个系统通常由以下四部分组成：1)三维激光扫描仪；2）数码相机；3）后处理软件；4)电源以及附属设备。如图1：图1 地面激光扫描仪系统组成与坐标系 2.2 三维激光扫描仪的分类三维激光扫描仪按照扫描平台可以分为：机载(或星载)激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。三维激光扫描仪作为现今时效性最强的三维数据获取工具，按照其有效扫描距离可进行如下分类： (1)短距离激光扫描仪：其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为

机载和车载式激光扫描技术

机载和车载式激光扫描技术 2011-03-04 16:26:18 作者：admin来源：浏览次数：为将基础设计方案作为设计规划的基础，用于地区通道巴苏木的改建和扩建工程，需要借助直升飞机和车辆上安装的测量系统来提取存档数据，并用CARD/1进行处理，准备用于设计。测量控制中要遵守RAS测量规范中对于这一测量方法的准确度要求。同样这一测量方式的安全性、便捷性和节约成本的特点都为您的设计拓宽了发展空间。在交通车辆范围内对存档数据进行提取，这种操作模式对测量提出了特殊的挑战和要求。需要采取安全防护和隔离措施，才能允许并可能执行测量操作。尽管已提供了安全保护措施，在道路或轨道区域内进行的工作，对于测量小组而言仍然是危险的。而且几乎就不可能做到在毫无干扰的情况下完成一次测量操作。此外，测量作业还经常会对交通运行状况造成影响，特别是在车流量非常大的高速公路或主干线上根本不能长时间封锁车道。下面介绍了一种测量方法，可以允许在道路交通中安全无干扰的完成测量，并同时可为道路设计提取适宜的基础数据，而且还满足了RAS测量规范的准确度要求。项目在已设计的OD Bassum的改建和扩建工程中，要将路段的长度从11.64km缩短为10.037km，下萨克森州政府下属的道路施工和交通部门、尼恩堡的业务部（Dipl.-Ing. Bernd Habermann）共同承担了任务，完成工程所需的测量工作，并建立基础设计图作为整体设计的基础资料。这一任务的重要组成部分就是借助车载扫描仪（MLS）和机载扫描仪（ALS），完成一条1.3km长的地图通道的存档数据提取。并基于国家特殊的“编码2000“完成已提取点云的矢量化操作。利用大地坐标控制测量方式，除了可提交证明，而且用这种组合式的数据采集方法也可达到一定的准确度要求，并且允许在道路设计方案中使用扫描数据。机载扫描技术(ALS) 和车载扫描技术(MLS) 为完成点数据和图片数据的采集，需要利用直升飞机和车辆上安装的测量系统来执行测量。在这一过程中需要用到TopEye (ALS)和Streetmapper (MLS)两种系统。ALS/MLS系统基本上是由下面几种组件构成的： ▲GPS, INS/IMU ▲一台或多台激光扫描仪 ▲照相机和录像机系统 ▲用于MLS的计程仪(Wegmesser) 由于车载系统的照相机图片对于高精度要求的项目而言，通常都只能用于识别对象。并且由于行驶速度，要求仪器必须要达到相当高的数据采集频率。因此照相机系统通常配备的是中等的分辨率（2-4百万分辨率）。相对而言，飞机上装配的激光扫描系统就配备了一台高分辨率并且已校准过的照相机（Rollei AIC，39百万分辨率）。这两种系统都可在最短的时间内为长路段设施准确的提取存档数据。由于车载式测量系统较高的扫描频率，并且测量车是与行驶中的车流“一同行驶“的，因此避免了对交通状况造成影响。飞行为了从空中提取尽可能高分辨率的航拍图，并保存激光扫描数据，飞行过程中只能保持到地面150m的高度。在两条平行线路上方完成的飞行测量保证了为以后的分析操作准备一个足够宽的走廊带。对于航拍数据可以达到下面的分辨率：航拍图：地表分辨率2cm 点云：大约为每平方米50个测量点行驶测量车辆可沿两个行驶方向完成对每条行驶轨迹的测量。数据采集速度受交通状况影响，在30km/h到50km/h之间。基于较低的速度进行统计，两台扫描仪(测量频率为200000点/秒)采集的点密度为每平方米3000个测量点。两种照相机系统都是沿行驶方向架设的。在行驶方向上还可增加一台录像机，记录整个过程。对测量数据的分析在结束了飞行和行驶过程后，测量数据就已准备完毕。然后需要将激光扫描数据转换到本地的坐标系中，并自动进行分类。对分类后的结果进行一次可视的检查，或者进行一次手动的后续编辑，都可保障已准备的点的数据质量。两种扫描系统的激光扫描数据可组合使用，因此在后续的分析过程中，可使用一个点

面向车载激光扫描点云快速分类的点云特征图像生成方法_杨必胜

第39卷　第5期测　绘　学　报 Vol .39,No .5　2010年10月 Acta Geodaetic a et Cartogra phica Sinic a Oct .,2010 文章编号:1001-1595(2010)05-0540-06 面向车载激光扫描点云快速分类的点云特征图像生成方法杨必胜1,2,魏　征1,2,李清泉1,2,毛庆洲1, 2 1.武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,湖北武汉430079; 2.武汉大学时空数据智能获取技术与应用教育部工程研究中心,湖北武汉430079 A Classification -oriented Method of Feature Image Generation for Vehicle -borne Laser Scanning Point Clouds YANG Bisheng 1,2,W EI Zheng 1,2,LI Qingquan 1,2,MAO Qing zhou 1,2 1.State Key Laboratory of Information Engineering in Survey ing ,Ma pping and R emote Sensing ,Wuha n University ,Wuhan 430079,China ; 2.Engineering Resea rch Center for Spatio -temporal Da ta Smart Acquisit ion and Applica tion ,Ministry of Educa tion of China ,W uhan University ,W uha n 430079,China Abstract :An efficient method of feature image gener at ion of point clouds to automatical ly classify dense point cl ouds into d ifferent categories is proposed ,such as terra in points ,build ing points .The method first uses pl anar proj ect ion to sort points into d ifferent grids ,then calculates the weight s and fe ature val ues of grids according to the dist ribut ion of l aser scanning points ,and finall y generates the fe ature image of point clouds .Thus ,the proposed method adopt s contour extr act ion and tr acing me ans to extr act the bound aries and point clouds of man -made o bjects (e .g .bu ildings and trees )in 3D based on the image generated .Exper iments show that the proposed method provides a promising sol ut ion for cl assifying and extract ing man -made objects from vehicl e -borne l aser scanning point clouds . Key words :vehicl e -borne laser scanning ;data cl assi fication ;object extract ion ;image segmentat ion 摘　要:以车载激光点云数据为研究对象,提出一种适合于其快速分类与目标提取的点云特征图像生成方法。首先将扫描区域进行平面规则格网投影,通过分析格网内部点云的空间分布特征(平面距离、高程差异、点密集程度等)确定激光扫描点的定权,从而生成车载激光扫描点云的特征图像。利用生成的点云特征图像,可采用阈值分割、轮廓提取与跟踪等手段提取图像分割的建筑物目标的边界,从而确定边界内部点云数据,实现目标分类与提取。本文以Optech 公司的车载激光扫描数据为试验对象,验证本文提出方法的可行性和实用性。关键词:车载激光扫描;数据分类;目标提取;图像分割中图分类号:P 208 文献标识码:A 基金项目:国家自然科学基金(40871185);教育部新世纪优秀人才支持项目(NCET -07-0643);对地观测技术国家测绘局重点实验室经费;测绘遥感信息工程国家重点实验室专项科研经费 1　引　言三维扫描技术起源于20世纪80年代,在获取空间信息方面提供了一种全新的技术手段,使传统的单点采集数据变为连续自动获取数据,且激光扫描仪能够直接获取被测目标表面点云的三维空间坐标,具有采样密度高、点云分布密集等特点,其已被广泛地运用于文物保护、三维重建、数字地面模型生产、城市规划等领域。机载激光扫描数据在DEM 生成、建筑物顶部重建等方面的处理技术已相对成熟[1-6]。但机载激光扫描只能获取地物的顶部数据,缺乏立面的细节信息(如建筑物墙面)。近年来,以车辆为搭载平台,集成GPS 、INS 、激光扫描仪、CCD 相机等多种传感器,在传感器同步控制的基础上实现道路以及道路两侧建筑物、树木等地物的表面数据的快速获取已成为国际上研究的热点。国际摄影测量与遥感协会已开设多个专题组从事这方面的研究与讨论。国内外的研究机构与公司也相继推出了一些车载激光扫描系统,如:日本东京大学空间信息科学中心研制的VLMS [7-8],3D Laser Mapping 和IG I 公司合资开发的S treetM apper 系统[9],加拿大Optech 公司的Ly nx 系统[10]。与机载激光扫描点云数据相比,车载激光扫描点云数据中存在大量Z 平面上的点云数据,如垂直于地面的一些竖直面上的点云数据。因而针

三维激光扫描分类及工作流程

浅论三维激光扫描技术的应用及前景

浅论三维激光扫描技术的应用及前景【摘要】三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术。作为一项新的数据获取手段，地面三维激光扫描仪可以快速、精确和高效地测量目标的三维影像数据，突破了传统的测量和数据处理方法，赢得了全新的研究和应用领域。本文简单介绍了三维激光扫描技术的工作原理、技术特点、工程应用和发展方向等几方面的状况。【关键词】三维激光扫描；特点；应用 0 引言随着科学技术的不断发展，出现了集成多种高新技术的新型测绘仪器—地面三维激光扫描仪，它采用非接触式高速激光测量方式，在复杂的现场和空间对被测物体进行快速扫描测量，直接获得激光点所接触的物体表面的三维坐标、色彩信息和反射强度—点云数据。点云数据经过计算机处理后，结合CAD可快速重构出被测物体的三维模型及线面、体、空间等各种制图数据。这项技术可用于变形监测、工程测量、地形测量、断面和体积测量等领域,具有不需要合作目标、高精度、高密度、高效率、全数字特征等优点。 1 地面三维激光扫描仪测量原理地面三维激光扫描系统主要有三部分组成，扫描仪、控制器(计算机)和电源供应系统。激光扫描仪本身主要包括激光测距系统和激光扫描系统，同时也集成ＣＣＤ和仪器内部控制和校正等系统。在仪器内，通过一个测量水平角的反射镜和一个测量天顶距的反射镜同步、快速而有序地旋转，将激光脉冲发射体发出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域，测距模块测量每个激光脉冲的空间距离，同时扫描控制模块控制和测量每个脉冲激光的水平角和天顶距，最后按空间极坐标原理计算出扫描的激光点在被测物体上的三维坐标。扫描仪的内部有一个固定的空间直角坐标系统。当在一个扫描站上不能测量物体全部而需要在不同位置进行测量时；或者需要将扫描数据转换到特定的工程坐标系中时，都要涉及到坐标转换问题。为此，就需要测量一定数量的公共点，来计算坐标变换参数。为了保证转换精度，公共点一般采用特制的球面标志和平面标志。点云数据以某种内部格式存储，因此用户需要厂家专门的软件来读取和处理，OPTEC的ILRIS-3D软件，Cyrax2500的Cyclone软件、LMS-Z420的3D-RiSCAN软件、MENSI的Realworks 等都是功能强大的点云数据处理软件，他们都具有三维影像点云数据编辑、扫描数据拼接与合并、影像数据点三维空间量测、点云影像可视化、空间数据三维建模、纹理分析处理和数据转换等功能。三维激光扫描流程图如图1所示。

三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用

三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用三维信息获取技术，也称为三维数字化技术。它研究如何获取物体表面空间坐标，得到物体三维数字化模型的方法。这一技术广泛应用于国民经济和社会生活的许多领域，如在自动化测控系统中，可以测微小、巨大、不规则等常规方法难以测量物体。随着信息技术研究的深入及数字地球、数字城市、虚拟现实等概念的出现，人们对空间三维信息的需求更加迫切。基于测距测角的传统工程测量方法，在理论、设备和应用等诸多方面都已相当成熟，新型的全站仪可以完成工业目标的高精度测量，GPS 可以全天候、一天24小时精确定位全球任何位置的三维坐标，但它们多用于稀疏目标点的高精度测量。随着传感器、电子、光学、计算机等技术的发展，基于计算机视觉理论获取物体表面三维信息的摄影测量与遥感技术成为主流，但它在由三维世界转换为二维影像的过程中，不可避免地会丧失部分几何信息，所以从二维影像出发理解三维客观世界，存在自身的局限性。因此，上述获取空间三维信息的手段难以满足应用的需求，如何快速、有效地将现实世界的三维信息数字化并输入计算机成为解决这一问题的瓶颈。三维激光测量技术的出现和发展为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段，为信息数字化发展提供了必要的生存条件。20世纪90年代，随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格的逐步下降，它在测绘领域成为研究的热点，应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体三维模型的主要方式之一。