三维激光扫描点云及其全景技术在"多测合一"中的应用

三维激光扫描点云及其全景技术在"多测合一"中的应用

卫玉溶   艾孟平 

昆明麦普空间科技有限公司

摘要：近年来，随着三维激光扫描技术的不断完善与技术革新，在土方测量、高危边坡监测、建筑物变形监测以及文物保护测绘等方面得到广泛应用，对其它测绘领域的实践具有指导意义。三维激光扫描点云全景技术因为有着极高的优势而被广泛应用到了多测合一方面，是以往传统测绘RTK配合全站仪采集特征点的方式所不可比拟的，除了分辨率、准确性高之外，采集速度非常快，可以与多测合一技术提出的高要求相一致，能够处于较短时间内高效率进行采集。

关键词：三维激光扫描技术；全景技术；多测合一

“多测合一”，是指多个测绘工作集成为一个综合性联合测量项目，实现一次委托、统一测绘、成果共享。“多测合一”模式的开展妥善解决了传统的重复测绘问题，可以提高测绘单位的工作效率，规范测绘市场，为测绘领域科学发展中提供技术支持。同时，在“多测合一”模式的支持下，可使测绘工作开展中有着良好的技术内涵，增强其工作计划实施效果，避免测绘成果利用价值、测绘单位发展质量等受到不利影响。

1.三维激光扫描系统构成及工作原理

1.1三维激光扫描系统构成

三维激光扫描系统分为硬件和软件。硬件系统由扫描仪平台和其他附件组成。扫描仪平台包括激光测距仪、扫描仪棱镜、CCD相机、内部GPS天线、内部2轴倾斜平衡和激光互垂、数据接收等。附件主要由电源、网线、计算机控制系统、三足机架等组成。

1.2三维激光扫描技术的工作原理

三维激光扫描仪与传统的测量仪器有很大不同，具有许多优点。实际测量涉及的人不多，可以捕捉多个目标点，以便在短时间内获得大量信息，提高整体测量速度。三维激光扫描仪主要通过脉冲和相位两种方式进行工作，其工作方式类似于全站扫描仪。它主要利用激光束的感知来确定被测物体的方向和形状。在具体工作中，反射棱镜通过从不同角度旋转到目标对象反射激光束，接收相应的目标信号，并根据扫描时间和光速之间的差异计算实测坡度距离。在实际测量中，激光束在两个相互垂直的旋转轴之间围成一圈。同时，角度读数器记录扫描的水平和垂直角度，以确定位于扫描仪中心的各个采样点的坐标值。

2.三维激光扫描点云数据精度影响因素及控制策略

2.1扫描距离和物体表面材质对点云的影响及控制方法

三维激光扫描仪测量的距离取决于光源强度和物体的反射率有关。对于特定扫描仪，扫描仪输出恒定的激光强度，因此即使两个具有不同反射率的对象位于同一位置，测量的距离也会发生变化。在安装扫描仪时，通过三维激光扫描仪和低反射率对象之间的最短距离进行控制，扫描程序与扫描对象之间的距离应尽可能小。如果工作站之间的距离过长，可以通过增加工作站来减小扫描仪与扫描对象之间的距离。指定扫描主面板内的点云采样间隔符合技术要求。

2.2点云拼接因素及控制方法

有多种方法可以连接点云数据。将相邻站点的点云调整到目标位置时，数据质量取决于许多因素。目标与站之间的距离、员工素质、扫描时目标与激光束之间的角度等对数据合并质量有严重影响。将点云连接至内插目标时，会降低对点云连接精确度的影响。将点云连接至圆球目标时，拟合圆球的精确度会直接影响点云数据调整的品质。使用具有相同名称的特征点拼接点云数据时，点云数据的扫描精确度会直接影响接脚的品质。它还受到距离、材质反射等的影响。

2.4全反射物质的影响及控制方法

在现场扫描过程中，激光传感器读取由于太阳效应而出现故障的数据。如果在扫描过程中发现玻璃或其他完全反射的材料，则激光无法返回，三维扫描仪错误地计算到这些对象的距离。此外，当接收到的光线频率与激光相同时，扫描仪传感器会影响设备对反射光的处理，从而导致测量误差。第二，空气质量差也影响激光回波信号。控制方式如下：在工作时安装扫描仪防晒设备，以减少外部影响(如太阳)造成的干扰。预处理数据时，过滤算法消除了噪声。尽可能将激光束垂直放入射击线。

2.5光斑直径和点云采样间距因素及控制方法

使用三维激光扫描仪时，发射的激光效果受到光线分布的极大影响。受影响的距离越长，光斑就越大。如果扫描仪远离测量的对象，则激光扫描将增大，并直接影响点云数据的测量精度。在这种情况下，当激光束落在两个不同的对象上时，三维扫描仪的距离测量无效，因为这些对象具有不同的反射率。同时，随着距离的增大，两个相邻测量点之间的距离也会增大。一种适当的控制方法：在设计三维激光扫描仪时，可以通过将光线发射和接收的入射角降至最低并相应地减小扫描仪与扫描目标对象之间的距离来提高点云数据的质量。

3 处理点云数据

3.1点云配准

在收集数据期间，采取VIS视觉增强技术，有效计算出扫描测站相对于前一测站的具体位置，以此构建导线测站轨迹网络，以此达到各项测站自动拼接的目的。

在原始点云中，对其进行整体式优化，防止发生误差现象。自从项目点云拼接以后，点群误差大约是0.007m，重叠程度38%，连接质量良好，技术指标准确，和规范性要求相符合。进行点云拼接的过程中，使用标靶控制点使点云加以转换，从以往仪器坐标系内直接转变为城市坐标系，实施标靶控制点刺点工作，转换坐标，控制误差，保持控制点数据的准确性。当点位残差处于非常大的现象时，需要加强控制点自身精度以及控制点附近点云的检验力度，以此降低拼接误差出现概率。

3.2点云裁切抽稀以及分类处理

在使用点云的前期阶段中，需要提前实施相关的预处理操作，该项操作环节主要包含了多方面，分别是裁切、抽稀以及分类处理等。在裁切多边形的过程中，以手动围切的方式为主，引进CAD文件，将此种类型的文件当成多边形选择器，从而准确性实施裁剪工作。其次，FME工具产生的效果也是特别高的。相关人员对点云进行合理分类处理，大体上表现为三种类型，如建筑物、植被以及地面，采取自动分类的方式有着极高效果，准确程度良好。不过分类期间也经常发生误差，存在着遗漏现象，像门廊以及柱廊等和植被挨着的地方，因为高度处于相一致状态，所以必须采取手工方式加以调整。完成分类工作以后按照图层管理点云，为后期制图操作提供诸多的便利。

3.3点云基础上的自动三维建模

制作完二维图形以后，需要引进三维建模软件实施相关的建模工作，导入坐标点云，软件可以处于自动化建模状态，不过需要了解到的一方面是，消耗的时间非常多，甚至还存在着瓦片失败的概率，基于此种现象，就需要重新处理，确保合格。其次，相关模型建设完成以后，效果虽然得到了有效发挥，不过在底商楼顶、高层楼顶和地面缺失位置依旧存在着建模方面的缺陷，这是受点云稀疏以及软件建模能力低下能因素引起的，要想解决该种现象，可以采取补扫点云的方式加以补充。完善以后的三维模型作用极高。第一，能够确保立体模型的竣工图采集路线的合理性。第二，可以借助三维辅助审批平台帮助审批人员检验数据。

3.4HDR照片的全景发布

多测合一既需要整合以及收集相关数据，同时还需要实施现场照片采集工作，将全景效果发挥出来，在该项工作作业期间，所需的时间为两小时。同时因为RTC360有着拍照效果，因此采取插件形成全景影像依据点云配准编码分布，发挥出尺寸量测功能，控制具体误差，确保精准度，为土地规划核实验收阶段图文比较提供了一定的便利。

结语

总之，“多测合一”工作是提高房地产建设工程行政服务效率的一项重要任务，在降低测绘成本、提高测绘效率、整合数据资源等方面具有较大优势。根据现有应用经验，“多测合一”模式适合在城镇化快速地区大规模推广。本文仅简要分析了“多测合一”工作的服务流程和应用特点，对相关工作的实施具有一定的借鉴意义。

参考文献

［1］王峰，林鸿，李长辉．地面三维激光扫描技术在城市测绘中的应用［J］．测绘通报，2012(5):47-49．

［2］高祥伟，孙乐，谢宏全．目标颜色和粗糙度对三维激光扫描点云精度影响研究［J］．测绘通报，2013(11):84-86．