激光掃描三維方案分析

1、三維激光掃描儀采集制作地面實(shí)景三維模型可行性分析1、三維激光掃描儀簡介三維激光掃描儀是一種通過發(fā)射激光來掃描獲取被測物體表面三維坐標(biāo)和反射光強(qiáng)度的儀器，是一種無接觸式主動測量系統(tǒng)。由于激光掃描儀獲取實(shí)際場景數(shù)據(jù)方法的方便，簡單和數(shù)據(jù)精度高等優(yōu)點(diǎn)，所以近年來對采用激光掃描儀獲取地面目標(biāo)地物三維數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理引起了人們注意。另外，采集的三維數(shù)據(jù)在數(shù)字文物，城市規(guī)劃，地形測量等方面有廣闊的應(yīng)用前景，一般情況下，三維激光掃描分為定點(diǎn)三維激光掃描儀、車載三維激光掃描儀和機(jī)載三維激光掃描儀。機(jī)載三維激光掃描儀系統(tǒng)都單獨(dú)使用脈沖飛行時間原理進(jìn)行測距，2、三維激光掃描儀應(yīng)用于城市三維建模技術(shù)分析機(jī)載激光雷達(dá)測

2、量技術(shù)原理簡介機(jī)載Lidar系統(tǒng)的組成包括：（1）激光掃描儀，是一種主動遙感，用于測定傳感器到地面的距離。（2）高精度慣性導(dǎo)航儀（IMU）,用于記錄設(shè)備在工作過程中的姿態(tài)參數(shù)。（3）GPS,包括機(jī)載GPS和地面基站GPS,用于差分技術(shù)的全球定位系統(tǒng)，得到GPS接受裝置處的坐標(biāo)信息。（4）高分辨率的數(shù)碼相機(jī)，拍攝高分辨率數(shù)碼影像，用于制作正射影像；為提供建筑物側(cè)面紋理信息，還可以同時另配置兩個數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行傾斜攝影。通過這四種技術(shù)的集成，可以快速地完成地面三維空間地理信息的采集，通過數(shù)據(jù)預(yù)處理，便可得到具有坐標(biāo)信息的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)合IMU記錄的姿態(tài)參數(shù)、機(jī)載GPS數(shù)據(jù)、地面基

3、站GPS觀測數(shù)據(jù)、GPS偏心分量、掃描儀和數(shù)碼相機(jī)各自的偏心分量，進(jìn)行GPS/IMU聯(lián)合解算，可以得到掃描儀及相機(jī)曝光瞬間的WGS84坐標(biāo)下的軌跡文件，進(jìn)而快速確定激光點(diǎn)云的空間位置及影像的外方位元素。若需轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系統(tǒng)，則通過一定的方法進(jìn)行平面與高程的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。使用商業(yè)處理軟件，可以快速將地面數(shù)據(jù)與非地面數(shù)據(jù)分離，得到純地表數(shù)據(jù)，生成DEM；初始的影像外方位元素一般達(dá)不到精度要求，利用純地表數(shù)據(jù)對影像外方位元素通過尋找同名像點(diǎn)的方式進(jìn)行校正，可以快速生成DOM。DEM和DOM疊加在一起的三維地形模型，能夠清晰地表達(dá)地形的高程信息及紋理信息，從而反映真實(shí)三維地形信息。利用激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和DOM進(jìn)行

4、三維建筑模型建模，建立的三維建筑模型精度較高，特別是對一些比較復(fù)雜的建筑更為有效，能夠快速還原城市建筑原貌。車載激光三維掃描儀車載激光掃描系統(tǒng)的組成和機(jī)載的類似，可以精確、快速獲取城市建筑物、道路交通設(shè)施、隧道等地物的表面信息，非常適用于城市物體三維空間信息的快速精確獲取和在此基礎(chǔ)上的三維重建，然而點(diǎn)云不是GIS數(shù)據(jù)，也不是三維模型,要將大量離散的點(diǎn)處理為可使用的三維模型還需要一系列復(fù)雜的過程?，F(xiàn)階段針對車載激光點(diǎn)云三維重建的方法還主要依賴于人工交互或半自動化處理而且沒有針對整個城市地物的三維重建方法。M車載三維激光掃描儀掃描數(shù)據(jù)在電腦上的實(shí)時顯示車載和機(jī)載對比：機(jī)載的三維重建更多的是對地形和

5、建筑物的重建，其思想是需要先對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，對地形和建筑物不同的重建，地形是直接構(gòu)建平面狄洛尼角網(wǎng)，建筑物獲得頂面信息后直接向下延伸到地面。和機(jī)載激光雷達(dá)相比，車載激光雷達(dá)具有點(diǎn)云密度高、采集方式靈活、能同時獲得側(cè)面近景影像的特點(diǎn),但由于點(diǎn)云中離散點(diǎn)數(shù)量巨大，直接提取建筑物幾何特征較困難，更重要的是車載平臺只能獲取建筑物臨街立面信息。這些問題限制了車載激光雷達(dá)在城市信息獲取領(lǐng)域的應(yīng)用。3、三維激光掃描儀應(yīng)用于城市三維建模存在的問題（1）三維激光掃描儀售價太高，定點(diǎn)三維激光掃描儀在100萬元以上，車載的在400萬以上，機(jī)載的大概在1000萬以上，且機(jī)載三維激光掃描儀需要大飛機(jī)承載，需要向有關(guān)部門

6、申請空域，程序繁瑣，難以滿足普通化需求；（2）儀器自身和精度的檢校存在困難，目前檢校方法單一，基準(zhǔn)值求取復(fù)雜,精度評定不好；（3）點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件沒有統(tǒng)一化，各個廠家都有自帶軟件，互不兼容；（4）現(xiàn)階段后處理軟件還不成熟，對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維重建主要依賴于人工交互或半自動化處理，費(fèi)時費(fèi)力。（5）應(yīng)用三維激光掃描儀進(jìn)行三維建模會產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)量，現(xiàn)有三維平臺對大量數(shù)據(jù)的承載還存在一定的欠缺。常用三維建模方法比較（1）根據(jù)數(shù)碼影像人工建模：參考拍攝的數(shù)碼影像，對建筑物的長、寬、高進(jìn)行估計，建立城市三維模型。這種方法建立的模型可能比較美觀，但精度差，無法滿足空間分析和量測。（2）采用規(guī)劃設(shè)計圖紙或大比例

7、尺地形圖結(jié)合數(shù)碼影像：收集城市建筑物的規(guī)劃設(shè)計圖紙，根據(jù)圖上標(biāo)注的尺寸、高度信息進(jìn)行三維建模，建筑側(cè)面紋理通過人工現(xiàn)場拍攝的數(shù)碼影像進(jìn)行貼圖。這種方法模型精度可以得到保證，但模型制作和外業(yè)拍照工作量大，需要大量的人員投入。（3）全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)：利用航片或衛(wèi)星圖片獲取建筑物的輪廓及頂部紋理，通過全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)獲取建筑物高度。這種方法基本能準(zhǔn)確重構(gòu)建筑物的三維輪廓，但精細(xì)度稍差。推薦方案結(jié)合XXX的需求，以及現(xiàn)狀技術(shù)的發(fā)展情況，我們推薦貴單位建立所需區(qū)域的道路等三維場景模型時，采用以車載激光掃描采集測區(qū)的道路精確三維空間信息，以地面定點(diǎn)激光掃描作補(bǔ)洞和補(bǔ)縫，對道路兩側(cè)較遠(yuǎn)的區(qū)域采用無人機(jī)低空飛行獲取帶狀高分影像和建立立體像對模型，生產(chǎn)高精度DEM和采集地物空間三維信息，從而建立測區(qū)的高精度三維城市模型。總體流程圖如下：本方案的特點(diǎn)：1、道路等重點(diǎn)模型的精度高，可滿足道路的三維設(shè)計要求。2、建模內(nèi)容完整，測區(qū)數(shù)據(jù)采集齊備，可在項(xiàng)目過程中形成DEM、DOM、DLG及三維城市景觀模型成果，為道路的設(shè)計及運(yùn)營管理提供基礎(chǔ)。3、項(xiàng)目實(shí)施的效率適宜，可根據(jù)需要在合理的時間完成項(xiàng)目實(shí)施。4、平臺為自主開發(fā)平臺，可根據(jù)需要設(shè)計管理和應(yīng)用模塊，并能通過專用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可視化交互會審及設(shè)計。5、費(fèi)用合理，根據(jù)需要確保重要地物的