三維激光移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)踐中的應(yīng)用

羅 燊

長(zhǎng)沙市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410000

三維激光移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)為一種新型的地形測(cè)量以及信息收集設(shè)備，在當(dāng)前的帶狀地形圖測(cè)量、公路交通資產(chǎn)普查以及河道海島礁測(cè)量中有著很大的應(yīng)用。我國(guó)也陸續(xù)制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)了三維激光移動(dòng)測(cè)量的應(yīng)用發(fā)展，該項(xiàng)工具具有十分方便、高效率的特征，對(duì)于信息采集可以做到全面覆蓋，精準(zhǔn)測(cè)量，工作當(dāng)中對(duì)其的應(yīng)用越來越廣泛，也使得三維激光移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的作用越來越大。因此，本文針對(duì)三維激光移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中起到的具體作用進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 三維激光移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的工作原理

三維激光移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用的為非接觸式高速激光測(cè)量的形式。應(yīng)用該種方式，可快速對(duì)復(fù)雜物體的幾何圖形數(shù)據(jù)，以及獲取影像的相關(guān)數(shù)據(jù)，之后利用解算軟件、GPS定位信息、激光掃描儀器對(duì)IMU相對(duì)位置信息、全景相機(jī)對(duì)于IMU有位置信息等進(jìn)行融合。最后，應(yīng)用已有的相關(guān)處理軟件，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信息以及影像資料等進(jìn)行詳細(xì)的處理，并將其轉(zhuǎn)換成絕對(duì)坐標(biāo)系當(dāng)中的空間位置坐標(biāo)以及模型，應(yīng)用不同的方式輸出，這樣便能滿足空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中的數(shù)據(jù)源和每個(gè)項(xiàng)目對(duì)其的需求[1]。

（1）三維激光掃描子系統(tǒng)。該系統(tǒng)，由1臺(tái)精度非常高的掃描測(cè)量?jī)x和數(shù)據(jù)采集軟件共同構(gòu)成，該系統(tǒng)可以為測(cè)量系統(tǒng)提供精度非常高的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)[2]。

（2）影像采集子系統(tǒng)。該系統(tǒng)由4臺(tái)清晰度非常高的數(shù)碼相機(jī)以及數(shù)據(jù)采集軟件等構(gòu)成，提供的360°的影像數(shù)據(jù)資料非常清晰。

（3）導(dǎo)航定位定姿定向子系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)由IMU以及GPS設(shè)備等共同組成，其中，具體位置以及姿態(tài)數(shù)據(jù)信息非常精準(zhǔn)。

（4）集成控制與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。該系統(tǒng)由控制器電源以及計(jì)算機(jī)等共同構(gòu)成，可為系統(tǒng)提供非常統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)。在嵌入式設(shè)備上對(duì)不同的數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行安裝，并且其中的電源可以為不同的設(shè)備提供能量。

例如：在中海達(dá)船載型三維激光測(cè)量系統(tǒng)當(dāng)中。在對(duì)傳輸不到15kn的傳輸進(jìn)行測(cè)量時(shí)，距離系統(tǒng)100m當(dāng)中的目標(biāo)點(diǎn)可獲取10cm內(nèi)的精準(zhǔn)定位，高約5cm的影像分辨率。對(duì)于該項(xiàng)系統(tǒng)的應(yīng)用，最大的優(yōu)勢(shì)還在于：其中的硬件安裝非常方便，大部分型號(hào)測(cè)量系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家已經(jīng)將姿態(tài)傳感器、掃描傳感器以及定位傳感器等進(jìn)行了整體集成，在出廠之前實(shí)施了相應(yīng)的測(cè)試，所以在具體應(yīng)用中并不需要再次校準(zhǔn)，這樣不但減輕了工作人員的工作強(qiáng)度，也增加了測(cè)試的嚴(yán)密性。此外，對(duì)于該項(xiàng)系統(tǒng)的應(yīng)用，還具有軟件配備十分齊全，操作方便的優(yōu)勢(shì)。

2 三維激光移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的具體應(yīng)用

三維激光移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，其中在高速公路竣工測(cè)量中起到了重要的作用十分明顯。

2.1 測(cè)量概況

本次測(cè)量地為湖南省某高速公路，該高速公路地勢(shì)比較平坦，有較多的公路沿線橋梁，兩側(cè)為居民區(qū)以及工廠企業(yè)，其中的植被以水田為主，視野非常開闊，在經(jīng)過詳細(xì)的地質(zhì)勘察以及技術(shù)調(diào)研之后，對(duì)于該項(xiàng)目存在的難點(diǎn)作出了如下分析：

其一，高速公路指揮部對(duì)該工期的要求非常緊急，需要在20d之內(nèi)完成40km的工程量；其二，該路段已經(jīng)通車，在路面有著較大的車流量，如果應(yīng)用傳統(tǒng)的方式在道路上進(jìn)行測(cè)量，會(huì)存在很大的安全隱患；其三，全封閉道路當(dāng)中有鐵絲網(wǎng)能夠與外界進(jìn)行隔離。但是鐵絲網(wǎng)之外的50m地形圖測(cè)量難度比較大，相關(guān)人員進(jìn)出非常不方便；其四，在公路沿線附近有空域管控區(qū)域，如果應(yīng)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行行測(cè)難度很大，為了解決這些問題，按時(shí)完成工作，決定應(yīng)用車載移動(dòng)三維激光測(cè)量系統(tǒng)實(shí)施相關(guān)的測(cè)量工作。應(yīng)用該項(xiàng)系統(tǒng)可解決實(shí)際測(cè)量當(dāng)中的很多難題，大幅度提升作業(yè)效率。

2.2 技術(shù)實(shí)施方法。

該車載激光測(cè)量模型為北京某技術(shù)公司自主研發(fā)的新型數(shù)據(jù)獲取以及處理的技術(shù)設(shè)備[4]?？梢詫⒉煌墓ぞ哕囎鳛檩d體，并將我國(guó)國(guó)產(chǎn)的360激光掃描設(shè)備、IMU、 GPS等進(jìn)行了集成，設(shè)置了里程計(jì)系等不同的傳感設(shè)備，該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元、控制單元以及處理數(shù)據(jù)軟件共同構(gòu)成。該車輛系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)已經(jīng)完成建設(shè)工作的高速公路三維數(shù)據(jù)獲取，非常方便，利用數(shù)據(jù)解算、地理坐標(biāo)匹配以及校正等數(shù)據(jù)融合，可以獲取彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)。之后，應(yīng)用處理軟件對(duì)地物特征信息進(jìn)行相應(yīng)的提取，可有效滿足特征線的手工編輯，使地物三維矢量為數(shù)據(jù)能夠滿足1：1000的繪圖需求，將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化格式之后，可以導(dǎo)入編圖軟件當(dāng)中進(jìn)行修飾以及相應(yīng)的編輯，最后構(gòu)成數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的高清晰地圖。

2.3 具體測(cè)量方法

借助SSW系統(tǒng)，可實(shí)施公路的竣工測(cè)量工作，是一項(xiàng)十分理想的測(cè)量方法。依據(jù)詳細(xì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，建設(shè)過程中提出的要求，該系統(tǒng)對(duì)于信息的獲取非常便利，如公路沿線精細(xì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。之后，通過對(duì)云數(shù)據(jù)的詳細(xì)解算，便可獲取三維彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)，交互提取道路以及周圍的附屬信息，最后參照高清照片，將其編輯成圖，其中的技術(shù)路線如圖1所示。

例如：應(yīng)用系統(tǒng)控制測(cè)量。該系統(tǒng)距離基站控制點(diǎn)的作業(yè)半徑?jīng)]有超過15km，對(duì)測(cè)量區(qū)中間的兩點(diǎn)位置進(jìn)行獲取，將其作為激光掃描系統(tǒng)的作業(yè)控制點(diǎn)。在GPS觀測(cè)臺(tái)當(dāng)中應(yīng)用了2臺(tái)接收機(jī)，以便精準(zhǔn)測(cè)量基站進(jìn)行，其中使用的觀測(cè)方法為靜態(tài)方式。最初，接收機(jī)工作的過程中，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，之后通知激光掃描系統(tǒng)開展一系列的掃描工作[5]。但是，需引起重視的是，衛(wèi)星信息以及相關(guān)信號(hào)的存儲(chǔ)要進(jìn)行時(shí)刻觀察，如果接收以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)過程中發(fā)現(xiàn)了異常，需要立即與測(cè)量車取得聯(lián)系，重新實(shí)施相關(guān)的測(cè)量工作。在結(jié)束測(cè)量之后，要下載數(shù)據(jù)信息，并對(duì)獲取的信息實(shí)時(shí)差分結(jié)算，其中需要應(yīng)用IE軟件進(jìn)行解算。可先使用大地坐標(biāo)系，之后實(shí)施無(wú)約束的自由往極限計(jì)算，最后在對(duì)車載激光掃描系統(tǒng)當(dāng)中的GPS數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)差分。檢查是否符合規(guī)定的界限，輸入已知點(diǎn)的相關(guān)成果進(jìn)行平差解算，將其轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)系統(tǒng)即可。

3 結(jié)語(yǔ)

三維激光移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，在實(shí)踐應(yīng)用中起到了良好的價(jià)值作用，解決了難以接近地區(qū)地形數(shù)據(jù)采集的問題，并應(yīng)用RTK對(duì)采集的數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)高精度分析。在精度滿足相應(yīng)的規(guī)范要求時(shí)，可將其用在地形采集測(cè)量等相關(guān)工程當(dāng)中，在不同類型的實(shí)踐應(yīng)用中有著重要的作用。