6-HawkScan低空激光扫描测图系统(V3)
三维激光扫描地形数据获取处理
三维激光扫描地形数据获取处理惠振阳;吴北平;徐鹏;国继鑫【摘要】利用三维激光扫描测量技术测得的点云数据获取数字地面模型的关键之处在于将地面点与非地面点进行分离.提出了一种基于高程直方图进行多阈值分割的方法.首先对点云进行离散化,然后进行多阈值分割分层,再对各层中的地面点进行连通,最后利用趋势面拟合法再次对各层地面点进行滤波,最终即可获取纯净的地面点.经试验验证,该方法有效可行.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)018【总页数】6页(P1-5,24)【关键词】点云数据;高程直方图;单阈值分割;多阈值分割;连通;趋势面拟合【作者】惠振阳;吴北平;徐鹏;国继鑫【作者单位】中国地质大学(武汉)信息工程学院,武汉430074;中国地质大学(武汉)信息工程学院,武汉430074;中国地质大学(武汉)信息工程学院,武汉430074;长安大学地质工程与测绘学院,西安710000【正文语种】中文【中图分类】P231.5三维激光扫描测量技术(light detection and ranging，LIDAR)是一种自动立体扫描技术，它是测绘领域继GPS测量技术之后又一项重大突破。
它采用非接触主动测量方式能够对物体进行立体扫描快速获取三维坐标，突破了传统测量(如全站仪测量，RTK测量等)单点测量技术的限制，具有速度快、精度高的特点，可以极大地降低成本，节约时间。
现经常用于获取高精度、高分辨率的数字地面模型。
利用三维激光扫描技术获取的点云数据建立数字地面模型很关键的一步就是要把地面点和非地面点区分开来，从而剔除非地面点获取“纯净”的地面点，这个过程称之为点云滤波。
现如今，许多文献都对点云滤波做出了研究。
主要有以下几类:以形态学为基础的滤波方法[1—4]，以拟合为基础的滤波方法[5]，以坡度为基础的滤波方法[6—10]，以扫描线为基础的滤波方法[11—13]。
每种方法都有其局限性，如以形态学为基础的滤波方法滤波结果过分依赖移动窗口大小的选择，对高程变化较大的区域滤波效果不好;以坡度为基础的滤波方法滤波结果则过度依赖坡度阈值的选择，而且对每个点的K临近进行查询也相当耗时，计算量过大。
三维激光扫描仪在风力发电机塔筒形变监测中的应用
第37卷第9期2021年5月甘肃科技Gansu Science and TechnologyV〇1.37 N〇.9May. 2021三维激光扫描仪在风力发电机塔筒形变监测中的应用黄晶晶(甘肃省地质勘查开发局第三地质矿产勘查院，甘肃兰州73()05(>)摘要：三维激光扫描仪在风力发电机塔筒形变监测中的应用，是对三维激光扫描仪所采集点云数据的一种广泛应 用。
结合本次实验数据也可得出，点云数据相对坐标结合计算机编程，可快速、高效、准确的汁算出风力发电机塔筒倾 斜率,从而推断出风力发电机运行状态是否安全可靠，关键词：三维激光扫描仪；风力发电机；倾斜率中图分类号:TM73习近平总书记提出“绿水青山，就是金山银山”的理念，让人们更加认识到保护人类居住环境的重 要性。
风能作为一种清洁能源，大力发展既能获得 一定的经济效益，同时又不会对环境造成污染，于 国于民都是一件好事。
甘肃风力资源丰富，随着国 家支持力度的增强，越来越多的风力发电厂建设运 行，投人运行的风力发电机也逐渐增多，风力发电 机的运行环境、运行安全、运行效率等问题也慢慢 凸显出来，从而受到了多方关注。
风力发电机塔筒是整个风力发电机组的支撑 部分，为整个风力发电机组的安全运转提供保障。
在风力发电机组长期循环运转的影响下，可能会使 风力发电机塔筒倾斜、弯曲、变形，从而导致整个机 组异常运行甚至发生倒塌事故。
为了避免发生风力 发电机塔筒倾斜的事故，需要及时掌握风力发电机 塔筒的外部形变情况。
为防止此类事故的发生，风 力发电厂会定期组织安排人员对风力发电机塔筒 进行监测。
风力发电机塔筒一般高度均在50m以上，塔筒材料一般为合金钢，但是一旦风机塔筒吊 装完成，想在风力发电机塔筒外侧做测量标志，利 用传统的监测手段监测其形变、弯曲等情况，工作 难度相当大。
利用三维激光扫描技术检测风力发电 机塔筒的异常形变是目前较为先进、高效的测量技 术，它具有非接触、高密度、高精度、数字化、自动化 等特点，可以很好的补充传统测量监测方面的不 足，极大的缩短了外业作业时间，减小返工的可能 性，有效解决了传统风力发电机塔筒形变监测中存 在的时效性、精确性、安全性等问题。
机载三维激光雷达(LIDAR)扫描测量技术在长输管道测量中的应用
机载三维激光雷达(LIDAR)扫描测量技术在长输管道测量中的应用摘要：本文论述了机载三维激光雷达扫描测量技术在长输管道测量中的应用，并结合实际论述了该技术的方法和特点，该方法在管道测量中充分体现了其高精度、高密度、高效率、产品丰富等特点，为今后该技术在长输管道勘察设计中的应用提供了有力的技术支持。
关键词：机载激光雷达；激光点云；正射影响；数字高程模型1机载LIDAR技术简介机载三维激光雷达扫描测量(以下简称机载LIDAR- Light Detection and Ranger)技术是继GPS以来在测绘遥感领域的又一场技术革命。
LIDAR是一种集激光、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统，用于获得数据并生成精确的DEM。
机载激光扫描可以获取更小的目标信息，如高压线，可以穿透植被等覆盖物获得地面点数据，而且可实时得到地表大范围内目标点的三维坐标，同时它也是目前唯一能测定森林覆盖地区地面高程的可行技术，可以快速、低成本、高精度地获取三维地形地貌、航空数码影像及其它方面的海量信息。
特别是对长输管网工程地处山区密林、植被茂密、无人进入的区域，传统的测量技术无法满足工期的要求，而且人员进入测区非常困难，因此，本项目的测绘工作，采用了机载三维激光雷达扫描测量。
2技术内容2.1获取数据的方法和原理机载激光雷达测量系统设备主要包括三大部件：机载激光扫描仪、航空数码相机、定向定位系统POS(包括全球定位系统GPS和惯性导航仪IMU)。
其中机载激光扫描仪部件采集三维激光点云数据，测量地形同时记录回波强度及波形；航空数码相机部件拍摄采集航空影像数据；定向定位系统POS部件测量设备在每一瞬间的空间位置与姿态，由GPS确定空间位置，由IMU测量仰俯角、侧滚角和航向角数据。
激光雷达工作原理图LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。
激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。
激光雷达系统
历史沿革
自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来，利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用。到 了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术，使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成 为可能。一百年以来，立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术，是国家基本比例尺地形图 测绘的重要技术。
激光雷达系统
激光探测及测距系统的简称
01 简介
03 技术发展 05 基本原理
目录
02 历史沿革 04 主要途径 06 主要用途
激光雷达LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称。
用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟 踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体 激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、 半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式， 探测方法分直接探测与外差探测。
基本原理
LIDAR是一种集激光，全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的系统，用于获得数据并生 成精确的DEM。这三种技术的结合，可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑。它又分为日臻成熟的用于获 得地面数字高程模型(DEM)的地形LIDAR系统和已经成熟应用的用于获得水下DEM的水文LIDAR系统，这两种系统 的共同特点都是利用激光进行探测和测量，这也正是LIDAR一词的英文原译，即：LIght Detection And Ranging - LIDAR。
基于三维激光扫描的矿山法隧道超欠挖及平整度智能化检测
基于三维激光扫描的矿山法隧道超欠挖及平整度智能化检测齐成龙（中国铁路设计集团有限公司土建工程设计研究院，天津300308）摘要：为了提高矿山法隧道施工过程中的超欠挖及平整度检测水平，将三维激光扫描与其他信息化手段结合，取得了一定的研究成果。
但是，超欠挖检测主要采用断面法实现，未充分发挥三维技术优势；平整度检测主要通过最大凹凸点到拟合平面的距离进行计算，不符合现行规范的靠尺法要求。
针对上述问题，利用切割、去噪、补全、降采样等算法，进行激光扫描点云预处理；通过聚类及BPA算法，将点云转化为空间三角网；借助三角网格投影及棱柱体体积积分，统计三维超欠挖情况；综合运用k-d树和八叉树算法，模拟靠尺法平整度计算流程，完成三维平整度计算。
在实际工程项目中进行应用验证，最终实现矿山法隧道施工阶段的智能化超欠挖和平整度检测。
关键词：隧道；点云；平整度；超欠挖；靠尺法；k-d树；智能化检测中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1672-061X（2024）02-0099-07 DOI：10.19550/j.issn.1672-061x.2024.01.29.0010 引言由于矿山法隧道在测量及施工过程中会产生误差，需要进行超挖或欠挖检测，以确定净空是否符合要求。
传统的隧道超欠挖检测主要利用断面仪、全站仪等设备，逐点、逐面测量开挖断面，易导致点位离散、采样间隔过大，常发生欠挖或漏测等情况。
同时，尽管我国多项技术标准对隧道初期支护阶段的混凝土表面平整度检测提出了明确规定，但一直采用人工靠尺手动测量，通过计算凹凸点的“矢高-弦长”比值形成平整度检测指标，导致初期支护阶段隧道混凝土表面的平整度检测基本停留在“范围小”“精度低”“速度慢”的状态。
为此，国内外学者将激光扫描与其他信息化手段相结合，开展了一系列超欠挖及平整度检测技术研究。
在超欠挖检测方面，李瑶等［1］通过三维激光扫描采集隧道开挖断面数据，根据断面超欠挖算法计算超欠挖的体积、面积、平均线性值以及每延米超挖、欠挖体基金项目：中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目［N2023G070、N2023G080-A（JB）］作者简介：齐成龙（1986—），男，高级工程师。
自动化轨道式龙门起重机堆场扫描系统
自动化轨道式龙门起重机堆场扫描系统时宏强 徐国新上海振华重工(集团)股份有限公司
摘 要:堆场扫描系统是自动化轨道吊的基础/核心子系统之一。介绍了堆场扫描系统的硬件配置,阐述了
该系统的核心功能以及与自动化轨道吊的着箱系统等其他子系统配合可以实现的功能,并分析了该系统工作的基本原理。 关键词:自动化轨道式龙门起重机;堆场扫描系统;3D扫描仪;着箱系统;激光系统
AutomatedRail-mountedGantryCraneYardScanningSystem
ShiHongqiang XuGuoxinShanghaiZhenhuaHeavyIndustriesCo.,Ltd.
Abstract:Yardscanningsystemisoneofthebasic/coresubsystemsofautomaticrail-mountedgantrycrane.First,
thehardwareconfigurationandcommunicationprofileoftheyardscanningsystemaredescribed.Then,thecorefunctionsofthesystemandthefunctionsthatcanberealizedbycooperatingwithothersubsystemssuchastheautomaticrailhoistingsystemareintroduced.Finally,thebasicprincipleofthesystemisdescribedindetail. Keywords:
automatedrail-mountedgantrycrane;yardscanningsystem;3Dscanner;loadingsystem;lasersystem
1 引言堆场扫描系统是一种基于激光扫描测距原理的自动化轨道式龙门起重机(以下简称轨道吊)子系统,可有效实现箱位信息的精准测量和校验,并在轨道吊作业过程中实现对吊具及负载集装箱与堆场码放集装箱的碰撞防护[1]。该系统还具备吊具及负
三维激光扫描仪有哪些分类【图解】
目前应用的三维激光扫描系统种类繁多，类型、工作领域不尽相同。
按照不同研究角度、工作原理可进行多种分类。
三维激光扫描系统从操作的空间位置可以划分为如下四类：（1）机载型激光扫描系统，这类系统在无人机或有人直升机上搭载,由激光扫描仪、成像装置、定位系统、飞行惯导系统、计算机及数据采集器、记录器、处理软件和电源构成，它可以在很短时间内取得大范围的三维地物数据。
（2）地面型激光扫描系统此种系统是一种利用激光脉冲对被测物体进行扫描,可以大面积、快速度、高精度、大密度的取得地物的三维形态及坐标的一种测量设备。
根据测量方式还可划分为两类一类是移动式激光扫描系统一类是固定式激光扫描系统。
所谓移动式激光扫描系统,是基于车载平台,由全球定位系统、惯性导航系统结合地面三维激光扫描系统组成。
固定式的激光扫系统,类似传统测量中的全站仪。
系统由激光扫描仪及控制系统、内置数码相机、后期处理软件等组成。
与全站仪不同之处在于固定式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。
其特点为扫描范围大、速度快、精度高、具有良好的野外操作性能.（3）手持型激光扫描仪此类设备多用于采集小型物体的三维数据,一般配以柔性机械臂使用。
优点是快速、简洁、精确。
适用于机械制造与开发、产品误差检测、影视动画制作与医学等众多领域。
（4）特殊场合应用的激光扫描仪,如洞穴中应用的激光扫描仪在特定非常危险或难以到达的环境中,如地下矿山隧道、溶洞洞穴、人工开凿的隧道等狭小、细长型空间范围内,三维激光扫描技术亦可以进行三维扫描。
三维激光扫描系统按照扫描仪的测距原理，又划分为如下三类：（1）使用脉冲测距技术。
其测距范围可达数百米，甚至上千米。
（2）基于相位测量原理。
主要用来进行中等距离的扫描测量,其扫描范围一般在米内,与采用脉冲测距原理的扫描设备相比,它的精度相对为高。
（3）基于光学的三角测量原理。
采用光学三角测量原理的扫描设备,一般工作距离较近,一般在数米数十米,主要应用于工程测量及逆向建模等工程中,可以达到很高的测量精度。
基于UAV_与TLS_的激光雷达扫描技术在地形测绘中的应用评估
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·176·2023年第21期文章编号：2095-6835（2023）21-0176-03基于UAV与TLS的激光雷达扫描技术在地形测绘中的应用评估刘建祥，李亚丽，唐轲（甘肃煤田地质局综合普查队，甘肃天水741000）摘要：无人机摄影测量（UAV）和地面激光扫描仪（TLS）技术已成为目前获取小尺度区域高时空分辨率地形数据的主要手段。
采用消费级的iPad Pro2021激光雷达来替代专业级TLS，以西北大学玉兰湖公园为研究区，采用“UAV+Apple 激光雷达”方案来获取地物表面的三维点云数据，通过融合2种传感器获取到的点云，生成了细节更精细、误差更小的三维地形模型。
根据迭代最近点算法评测，在理论重叠率100%的情况下，获取点云融合后的最小拟合误差（RMS），表明融合后的点云具有高匹配度和精度，同时具有UAV和激光雷达扫描技术的优点。
在此基础上提出使用iPad Pro2021的激光雷达传感器与UAV地形数据融合的思路，在融合误差和精度验证方面均有较好的效果，可为消费级激光雷达设备代替专业级TLS应用于高精度地表形变研究提供依据。
关键词：无人机摄影测量；地面激光扫描仪；点云融合；三维建模中图分类号：P225文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.21.054随着测量技术的发展，非接触式测量方法如无人机、InSAR和TLS已被广泛应用于研究和工程领域。
这些方法要求数据具有高空间密度和测量精度。
常用的精细制图方法有UAV和TLS[1]。
UAV通过运动结构和多视图立体配对技术获取高分辨率稠密点云，成本低且分辨率高[2]。
TLS通过激光计算物体位置和反射率，可获取中等规模的数字地形模型，具有高时间和空间分辨率[3]。
数字处理技术和新一代遥感技术的发展正改变高程建模和地形地貌分析方法[4]。
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数据处理软件RiPROCESS 坐标转换软件RiWORLD
扫描鹰HawkScan系列低空激光扫描测图系统 —— 系统工作流程
数据采集
激光原始数据 机上GNSS数据 地面基站数据
机上IMU数据
原始数码影像
后差分处理
激光航迹数据 激光点云大地定向
超高密度点云数据获取（可满足1：500规范要求） 同时获取带有位置、姿态信息的影像数据 根据航线设计定点进行激光开启、关闭及相机曝光
扫描鹰HawkScan系列低空激光扫描测图系统 —— HawkScan-1600
HS-1600 — 满足更远测距的需要
激光扫描单元
最大脉冲发射频率
820 kHz
多目标探测能力 接收无穷次回波
高性能的保证 — RIEGL Scanner Inside ——业界领先的核心技术
RIEGL激光扫描仪 —— 业界领先的核心技术
• 激光光植束被可穿剔透除植及被D，EM到达的真建实立地
表，这一过程中会产生多次回波。
平行线扫描机制 均匀的点云分布
• 由建地DE表M返所回需的的回真M波实T信地A号区形中信域包息自含。动着解构算 兼顾测程和点密度
RIEGL激光扫描仪 —— 业界领先• 的在核利用心脉技冲飞术行时间的原理进行测距
时，存在一个理论上的最大测距范围
平行线扫描机制
• 这一测距范围是由激光脉冲发射频率
和光速共同决定的MTA区域自动解算
均匀的点云分布
兼顾测程和点密度
• RIEGL对发出的脉冲序列进行精细编码 使得VUX-1可以对不同时间发出的脉冲 进行精确的识别，从而在不损失发射频 率的前提下进行更大范围的测距
集成及应用案例
内容提纲
低空激光LiDAR优势
低空激光LiDAR ——集低空飞行器和机载LiDAR双重优势
飞行高度低，任务计划灵活，无需繁复的空域申请 超强的应急和快速响应能力 适合中小范围及带状测图的高效解决方案 安全的保障：可在人员无法进入的区域或危险区域进行作业 优于传统航摄：直接、快速、准确的获取真实地表及地物三维信息
多目标探测能力 接收无穷次回波
高性能的保证 — RIEGL Scanner Inside ——业界领先的核心技术
RIEGL激光扫描仪 —— 业界领先的核心技术
平行线扫描机制 均匀的点云分布
MTA区域自动解算 兼顾测程和点密度
多目标探测能力 接收无穷次回波
高性能的保证 — RIEGL Scanner Inside ——业界领先的核心技术
点云坐标转换 点云分类、DEM生成 数字高程模型（DEM）
GNSS/IMU 联合解算
影像外方位元素
数字正射影像（DOM）
扫描鹰HawkScan系列低空激光扫描测图系统 —— HawkScan-600
机载/移动两用系统 农业、林业及其它GIS应用 总重仅4kg 适用于大型无人机平台
扫描鹰HawkScan系列低空激光扫描测图系统 —— HawkScan-600
小型有人机 根据航线设计定动点力进三行角激翼光开启、关闭及相机曝光
扫描鹰HawkScan系列低空激光扫描测图系统 —— HawkScan-1200
HawkScan
PHASEONE 工业相机
Future
扫描鹰HawkScan系列低空激光扫描测图系统 —— HawkScan-1200
高精度测绘级LiDAR系统
• 为满足无人机测绘的新需求，RIEGL推出世 界上第一款专门为无人机设计的测绘级三维 激光扫描仪 ——RIEGL VUX-1
高性能的保证 — RIEGL Scanner Inside ——业界领先的核心技术
RIEGL激光扫描仪 —— 业界领先的核心技术
平行线扫描机制 均匀的点云分布
MTA区域自动解算 兼顾测程和点密度
• 去除植被的影响，获得地表真实三 维信息是LiDAR相较于传统摄影测 量的一个重要优势。
• 对多次回波的探测能力是决定
LiDAR这一性能的关键指标
多目标探测能激力光光束穿过植被到达地表的过程中，
植被冠层回波信号和地面回波信号都被
接收无穷次回波
探测并记录下来
• RIEGL激光扫描仪可接收回波次数
无上限，可接收无穷次回波
扫描鹰HawkScan系列低空激光扫描测图系统 —— 系统硬件组成
空中导航 单元
按照任务设计 自动触发
为导航系统 提供实时位置
GNSS/ IM为影像和点云提供 位置、姿态信息
扫描鹰HawkScan系列低空激光扫描测图系统 —— 系统软件组成
航线规划及导航软件FANS 数据采集软件 RiACQUIRE
高性能的保证 — RIEGL Inside —— 专业激光LiDAR领跑者
• 来自奥地利的RIEGL公司，有着20多年地面 、车载及机载LiDAR的研发制造经验（几乎 就是整个LiDAR的历史）
• 其机载LiDAR产品线覆盖各种测绘应用领域 需求
• RIEGL长期专注于测绘领域，十分了解测绘 专业人员对数据质量的需求
机载/移动两用系统 农业、林业及其它GIS应用 总重仅4kg 适用于大型无人机平台
扫描鹰HawkScan系列低空激光扫描测图系统 —— HawkScan-1200
高精度测绘级LiDAR系统
超高密度点多云种数搭据载获取平（台可可满供足1选：择500规范要求）
大型无人机
同时获取带有位置、姿态信息的影像数据
HawkScan系列
低空激光扫描 测图系统
低空激光LiDAR优势 高性能的保证 — RIEGL Scanner Inside
RIEGL - 激光LiDAR领跑者 业界领先的核心技术
扫描鹰HawkScan系列低空激光扫描测图系统
HawkScan-600 HawkScan-1200 HawkScan-1600 HawkScan-1600HP HawkScan-600E
最大视场角
330°
测距精度
15 mm @150m
测距重复性精度
10 mm @150m
最大测距范围
（@50kHz 100%power）
@80%反射率目标
1550 m
@60%反射率目标
1350 m
@20%反射率目标
820 m
最大相对航高（FOV=90°） （@50kHz 100%power）
@80%反射率目标