路面三维激光扫描建模项目可行性研究报告 28页

'路面三维激光扫描建模可行性研究报告路面三维激光扫描建模项目研究背景随着信息技术研究的深入及数字城市、虚拟现实等概念的出现，尤其在当今以计算机技术为依托的信息时代，人们对空间三维信息的需求更加迫切。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。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。激光测量技术出现于上世纪80年代，由于激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等特性，将其引入测量装置中，在精度、速度、易操作性等方面均表现出巨大的优势，它的出现引发了现代测量技术的一场革命，引起相关行业学者的广泛关注，许多高技术公司、研究机构将研究方向和重点放在激光测量装置的研究中。随着激光技术、半导体技术、微电子技术、计算机技术、传感器等技术的发展和应用需求的推动，激光测量技术也逐步由点对点的激光测距装置发展到采用非接触主动测量方式快速获取物体表面大量采样点三维空间坐标的三维激光扫描测量技术。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方面的逐步下降，20世纪90年代，其在测绘领域成为研究的热点，扫描对象不断扩大，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，许多公司都推出了不同类型的三维激光扫描测量系统。上世纪90年代中后期，三维激光扫描仪已形成了颇具规模的产业。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告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，典型的有瑞士的Leica公司、美国的3DDIGITAL公司和Polhemus公司，奥地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech公司、瑞典的TopEye公司、法国的MENSI公司、日本的Minolta公司、澳大利亚的I-SITE公司等。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。利用三维激光扫描仪获取的点云数据构建实体三维几何模型时，不同的应用对象、不同点云数据的特性，三维激光扫描数据处理的过程和方法也不尽相同。概括地讲，整个数据处理过程包括数据采集、数据预处理、几何模型重建和模型可视化。数据采集是模型重建的前提，数据预处理为模型重建提供可靠精选的点云数据，降低模型重建的复杂度，提高模型重构的精确度和速度。数据预处理阶段涉及的内容有点云数据的滤波、点云数据的平滑、点云数据的缩减、点云数据的分割、不同站点扫描数据的配准及融合等；模型重建阶段涉及的内容有三维模型的重建、模型重建后的平滑、残缺数据的处理、模型简化和纹理映射等。实际应用中，应根据三维激光扫描数据的特点及建模需求，选用相应的数据处理策略和方法。现有各种类型的点云数据处理软件，如三维激光扫描仪配带的相应点云数据处理软件或逆向工程领域比较著名的商业点云处理软件，一般都具有点云数据编辑、拼接与合并、数据点三维空间量测、点云数据可视化、空间数据三维建模、纹理分析处理和数据转换等功能，但它们往往具有通用的处理功能，对于特定的数据处理效果有一定的不足之处，在功能和性能上也或多或少存在一定缺陷，且一般比较昂贵。目前尽管三维激光扫描测量技术应用领域广泛，但相关的理论与方法研究仍有待于完善。三维激光扫描测量技术在测绘领域有广泛的应用。激光扫描技术与惯性导航系统（INS）、全球定位系统（GPS）、电荷耦合(CCD)等技术相结合，在大范围数字高程模型的高精度实时获取、城市三维模型重建、局部区域的地理信息获取等方面表现出强大的优势，成为摄影测量与遥感技术的一个重要补充。现在在工程、环境检测和城市建设方面等均有成功的应用实例，如断面三维测绘、绘制大比例尺地形图、灾害评估、建立3D城市模型、复杂建筑物施工、大型建筑的变形监测等。三维激光扫描技术的介入促进了应用领域的发展，同时应用领域的大量需求成为研究的动力。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告1三维激光扫描技术1.1简介地面三维激光扫描技术的出现是以三维激光扫描仪的诞生为代表，有人称“三维激光扫描系统”是继GPS(GlobalPositionSystem)技术以来测绘领域的又一次技术革命。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，又称为“实景复制技术”，是继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新，三维激光扫描技术是一种通过高速激光发射器运用激光测距原理（包括脉冲激光和相位激光），瞬时测得空间三维坐标值的测量技术，将使测绘数据的获取方法、服务能力与水平、数据处理方法等进入新的发展阶段。传统的大地测量方法，如三角测量方法，GPS测量都是基于点的测量，而三维激光扫描是基于面的数据采集方式，每次测量的数据不仅仅包含X,Y,Z点的信息，还包括R,G,B颜色信息，同时还有物体反射率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉。三维激光扫描获得的原始数据为点云数据。点云数据是大量扫描离散点的结合。三维激光扫描的主要特点是实时性、主动性、适应性好。三维激光扫描数据经过简单的处理就可以直接使用，无需复杂的费时费力的数据后处理；且无需和被测物体接触，可以在很多复杂环境下应用；并且可以和GPS等集合起来实现更强、更多的应用。三维激光扫描仪其高质量的三维点云和快速的扫描速度，对地形变化的完整记载，能够立体的体现地形数据，灵活的数据格式方便各种结果的输出，解决常规测量无法实现的测量结果。三维激光扫描技术作为目前发展迅猛的新技术，必定会在诸多领域得到更深入和广泛的应用。1.2原理无论扫描仪的类型如何，三维激光扫描仪的构造原理都是相似的。三维激光扫描仪的主要构造是由一台高速精确的激光测距仪，配上一组可以引导激光并以均匀角速度扫描的反射棱镜。激光测距仪主动发射激光，同时接受由自然物表面反射的信号从而可以进行测距，针对每一个扫描点可测得测站至扫描点的斜距，再配合扫描的水平和垂直方向角，可以得到每一扫描点与测站的空间相对坐标。如果测站的空间坐标是已知的，那么则可以求得每一个扫描点的三维坐标。以RieglLMS-Z420i三维激光扫描仪为例，该扫描仪是以反射镜进行垂直方向扫描，水平方向则以伺服马达转动仪器来完成水平360度扫描，从而获取三维点云数据。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告地面型三维激光扫描系统工作原理：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。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。地面三维激光扫描数据获取过程一般为，现场查看，扫描站点的确定，标靶布设，数据扫描，数据处理几个步骤。1.1构成三维激光扫描仪主要由激光发射器、接收器、时间计数器、马达控制可旋转的滤光镜、控制电路板、微电脑和软件等组成。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告1.1分类1.1.1按扫描方式目前市场上销售的地面式三维激光扫描仪按扫描方式划分有两种，脉冲式和相位式。脉冲式测量是由激光发射器发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收。测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半。就是测距仪和被测量物体之间的距离，设备记录本身在水平和垂直方向的旋转角度，再通过软件，计算出三维数据。相位式测量是用无线电波段的频率。对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟。再根据调制光的波长。换算此相位延迟所代表的距离，即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间，设备记录本身在水平和垂直方向的旋转角度，通过软件计算出三位数据。综上所述，脉冲式三维激光扫描仪，扫描距离远，精度较差，扫描速度慢。相位式三维机光扫描仪，扫描速度快，精度高，但扫描距离短。脉冲式主要应用于大型测量-测绘、矿山、水力水电、隧道、铁路、地质变形监测、城市规划。相位式主要应用于密集复杂测量-考古、飞机轮船等工业制造业、管道、石油钻井平台、科研、医学、影视。1.1.2按扫描平台三维激光扫描仪按照扫描平台的不同可以分为：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。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告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可以划分为不同的类型。通常情况下按照三维激光扫描仪的有效扫描距离进行分类，可分为：（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0.6～1.2m，通常这类扫描仪适合用于小型模具的量测，不仅扫描速度快且精度较高，可以多达三十万个点精度至±0.018mm。例如:美能达公司出品的VIVID910高精度三维激光扫描仪，手持式三维数据扫描仪FastScan等等，都属于这类扫描仪。（2）中距离激光扫描仪：最长扫描距离小于30m的三维激光扫描仪属于中距离三维激光扫描仪，其多用于大型模具或室内空间的测量。（3）长距离激光扫描仪:扫描距离大于30m的三维激光扫描仪属于长距离三维激光扫描仪，其主要应用于建筑物、矿山、大坝、大型土木工程等的测量。例如：奥地利Riegl公司出品的LMSZ420i三维激光扫描仪和加拿大Cyra技术有限责任公司出品的Cyrax2500激光扫描仪等，属于这类扫描仪。（4）航空激光扫描仪：最长扫描距离通常大于1公里，并且需要配备精确的导航定位系统，其可用于大范围地形的扫描测量。之所以这样进行分类，是因为激光测量的有效距离是三维激光扫描仪应用范围的重要条件，特别是针对大型地物或场景的观测，或是无法接近的地物等等，这些都必须考虑到扫描仪的实际测量距离。此外，被测物距离越远，地物观测的精度就相对较差。因此，要保证扫描数据的精度，就必须在相应类型扫描仪所规定的标准范围内使用。1.1主要性能特点(1)脉冲式：l射程：大于200米，最远的甚至达到6,000米；l精度：对于中距离脉冲扫描式三维激光扫描仪（最大射程：<2,000米）：±2mm–±7mm（测量距离<50米时）；对于超长距离脉冲扫描式三维激光扫描仪（最大射程：<6,000米）：±15mm（测量距离50米以内时）。l最大激光发射频率：2,000–300,000赫兹。l扫描速度：受脉冲式影响，扫描速度受到限制。l太阳光和室外光线对扫描点数和精度影响小。l28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告应用于以下领域:测绘.矿山.隧道.电力.水利.通讯.环境.建筑.地质.警务.消防.爆破.航海.铁路.反恐/军事.农业.林业.房地产.休闲/户外运动等.(1)相位式l射程：受相位式影响，扫描射程会受限制。Leica62000.4-79米，法如120米，Surphaser0.2-140l精度：2mm(距离：<25米）：±12mm（距离：<50米）。l最大激光发射频率：30万–120万赫兹。Surphaser目前是最高的120万赫兹，法如97.6万，Leica50.8万。l扫描速度：随所设定的激光发射频率变化。l太阳光和室外光线对扫描点数和精度有影响。Surphaser是受环境影响最小的。1.1基础参数定义(1)脉冲激光发射频率：脉冲激光的发射频率即PRR（PulseRepetitionRate）脉冲重复频率。它表达的是激光器每秒中所发射的脉冲激光的个数，即赫兹。由于激光是受激发射的光，所以，PRR不是一个恒量，有一个变化的幅度。如我们说：激光脉冲发射频率是5,000赫兹，也就是它可能有时发射4,950赫兹，有时发射5,010赫兹。激光脉冲的发射频率越高，在单位时间内所发射的激光点云的数量越多。一般来讲，为了达到最高的精度，在扫描时，我们要选择设备的最高的激光发射频率和最小的递增角度，使得扫描的激光点云密度达到设备的最大值。对于不同厂家的设备，其激光脉冲的发射频率PRR不同。如，脉冲式从天宝、Optech、徕卡（ScanStation1）、i-site的2,000–5,000赫兹到Riegl的LMSZ-Z系列的27,000赫兹。相位式的Leica6000，6100和德国Z&F的50.8万点/秒到Surphsaer的120万点/秒。(2)激光扫描速度ScanRate有些厂家，如徕卡，常常给出激光扫描速度：如激光扫描速度5,000点/秒（ScanStation1）或50,000点/秒（ScanStation2）。它实际上是发自激光器的单位时间的激光点数，PRR即激光重复发射频率。目前三维激光扫描仪行业内就把脉冲激光的发射频率即PRR，当做扫描速度参数。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告1.1操制方式目前三维激光扫描仪操控方式大体可以分为三种：Ø数据线连接PC数据线可分为两种：以太网线和USB数据线，PC可以用工业PC，笔记本电脑，移动工作站。其优点：a.可以直观显示扫描过程和扫描结果b.方便设置各种参数，便于学习和上手使用c.三维激光扫描仪本身集成性小，稳定性强，不易出现问题。缺点：需携带附件电脑。Ø无线遥控（笔记本、PDA）无线遥控方式有：WiFi，WLAN，蓝牙，可用笔记本电脑，PDA，HTC甚至手机，主要用于不适合人长时间停留的恶劣环境，如岩洞、地下。优点：a.操作人员不必停留在工作现场，b.可通过屏幕观察扫描过程和扫描结果，c.附件携带方便。缺点：a.PDA或HTC屏幕较小,反应结果不够直观，b.受设备本身和环境影响信号不稳或延迟。Ø集成控制面板操控功能集成在设备上。优点：a.高度集成无需配件缺点：a.无法直观反应扫描过程和结果，如果扫描结果有问题，前功尽弃。b.设置参数过程复杂，对不同被扫描物体须专业人员根据经验设定参数，不便于新人学习和操作。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告c.三维激光扫描仪本身集成性高，损坏几率增大，相对易出现问题。1.1主要厂商当前，国内三维激光扫描市场都被进口产品所垄断，常见的产品有法如、徕卡、Riegl、Z+F等。主要存在如下问题价格昂贵，国外品牌垄断市场造成价格高；缺乏本地化的配套软件：国内用户习惯、符号库、英文软件都造成用户使用障碍；应用模式不清：国外厂商推介的点云新产品面临管理、处理、应用的难题，用户对点云产品认可度不高。因此，地面三维激光扫描仪不是点云密度越高越好，测量距离越远越好用，需要解决地面三维激光扫描仪大规模生产面临的本地化软件和应用模式问题，提供面向用户生产作业到行业应用的完整解决方案级的三维激光扫描仪。国内起步虽然较晚但也取得了一定的成果：武汉大学自主研制的“LD激光自动扫描测量系统”；北京天远科技有限公司自主生产的天远OKIO系列地面三维激光扫描仪、中海达HDLS300国产三维激光扫描仪等。以下介绍主要生产厂商：ØBasis美国军方合作单位，全球最专业的三维激光扫描仪生产厂家。主要产品ØSurphaser25HSX系列。w扫描方式：相位式w扫描速度：w120万点/秒w扫描范围：w0.2m-140mw特点：w高精度：0.2mm，w高品质：0.07mm，w高角度分辨率：1″w无需水平，可随意摆放w扫描区域可随意选择28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告w360°×310°w重量：11kgØSite澳大利亚公司，专注地形、采矿扫描仪硬件及软件研发。主要产品ØI-Site4400、I-Site8800。I-Site4400：w扫描速度ª4400点每秒w扫描范围ª3m－700mw特点ª内置高分辨率数码相机（线CCD）；ª双轴补偿器；ª同轴光学后视望远镜；ª高防尘防水等级IP65，工业级扫描控制器；ª内置电池，含电池重量14KGª专业的地形和采矿处理配套软件。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告I-Site8800：w扫描速度ª8800点每秒w扫描范围ª2.5m->2000mw特点ª视场角：80X360度ª距离精度：10mmª激光等级：Class1ª重量：不含电池14公斤ª内置相机：70百万像素线扫描全景相机ª同轴光学望远镜，红色激光指示ØLeica总部在瑞士，国际知名测绘仪器生产商。主要产品HDS6100，HDS6200(来自德国Z+F的IMAGER5006i的OEM产品)。ScanStation1，ScanStation2（全站仪式）。ScanStationC10（收购美国CRYA公司后的产品）。HDS4400(来自Maptek的I-Site4400)。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告Leica-HDS6100：w扫描方式：相位式w扫描速度ª50万8千点每秒w扫描范围ª0.4m－79mw特点ª一体化，高度集成，内置电池，硬盘；ª无内置相机；ª310X360度视场角ª最小点间距<0.1mmª委托德国Z+FOEM的产品28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告Leica-ScanStation1：w扫描方式：脉冲式w扫描速度ª5千点每秒w扫描范围ª<1m－300mw特点w全站仪式ª高精度，高质量点云；ª内置相机；ª270X360度视场角ª扫描范围全程点间距可<1mmª双轴补偿+/-5’范围内，精度1”28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告Leica-ScanStationC10：w扫描方式：脉冲式w扫描速度ª5万点每秒w扫描范围ª300mw特点ª一体化，内部集成硬盘，摄像头实时取景，触摸屏；ª热拔插全站仪内置电池；ª激光下对点。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告Leica-HDS4400：w扫描方式：脉冲式w扫描速度ª4400点每秒w扫描范围ª3m－700mw特点ª内置高分辨率数码相机（线CCD）；ª双轴补偿器；ª同轴光学后视望远镜；ª高防尘防水等级IP65，工业级扫描控制器；ª内置电池，含电池重量14KGª专业的地形和采矿处理配套软件。ª激光指示ØTrimble总部在美国，国际知名测绘仪器生产商。主要产品VX(经常被当成扫描仪卖，实际是可照相和连续测量的伺服全站仪)。GX。FX（购买Surphaser主要部件，自己组装）。CPW8000（全球唯一脉冲相位结合型产品）。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告Trimble-GX：w扫描速度ª5000点每秒w扫描范围ª350mw特点ª视场角360X60度；ª实时一体化彩色摄像机；ª双轴补偿器（选件）ØRiegl总部在奥地利，专门的地面、车载、机载扫描设备研究制造商。主要产品LMS-Z390i//LMS-Z420i、LMS-Z620i、LPM-32、VZ-40、Optech。ØZ+F总部在德国，1963年成立，专业三维激光扫描仪研究制造商，在英国和美国设有分公司。主要产品IMAGER5006i。ØFaro总部在美国，工业测量硬件和软件生产商。主要产品Photon120、Photon20、Focus3D（最小巧的三维激光扫描仪）。ØTopcon总部在日本，测绘仪器生产商。主要产品GLS-1000。1云点计算模型28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告利用三维激光扫描仪获取的点云数据构建实体三维几何模型时，不同的应用对象、不同点云数据的特性，三维激光扫描数据处理的过程和方法也不尽相同。概括地讲，整个数据处理过程包括数据采集、数据预处理、几何模型重建和模型可视化。实际应用中，应根据三维激光扫描数据的特点及建模需求，选用相应的数据处理策略和方法。现有各种类型的点云数据处理软件，如三维激光扫描仪配带的相应点云数据处理软件或逆向工程领域比较著名的商业点云处理软件，一般都具有点云数据编辑、拼接与合并、数据点三维空间量测、点云数据可视化、空间数据三维建模、纹理分析处理和数据转换等功能，但它们往往具有通用的处理功能，对于特定的数据处理效果有一定的不足之处，在功能和性能上也或多或少存在一定缺陷，且一般比较昂贵。1.1数据采集数据采集是模型重建的前提，数据预处理为模型重建提供可靠精选的点云数据，降低模型重建的复杂度，提高模型重构的精确度和速度。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中。其中选择的反射参照点都具有高反射特性，它的布设可以根据不同的应用目的和需要选择不同的数量和型号，通常两幅重叠扫描中应有四到五个反射参照点。1.2数据预处理阶数据预处理阶段涉及的内容有点云数据的滤波、点云数据的平滑、点云数据的缩减、点云数据的分割、不同站点扫描数据的配准及融合等。应用过滤算法剔除原始点云中的错误点和含有粗差的点。对点云数据进行识别分类，对扫描获取的图像进行几何纠正。一个完整的实体用一幅扫描往往是不能完整的反映实体信息的，这需要我们在不同的位置对它进行多幅扫描，这样就会引起多幅扫描结果之间的拼接匹配问题在扫描过程中，扫描仪的方向和位置都是随机、未知的，要实现两幅或多幅扫描的拼接，常规方法式是利用选择公共参照点的办法来实现这个过程。这个过程也叫作间接的地理参照。选取特定的反射参照目标当作地面控制点，利用它的高对比度特性实现扫描影像的定位以及扫描和影像之间的匹配。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告1.1模型重建模型重建阶段涉及的内容有三维模型的重建、模型重建后的平滑、残缺数据的处理、模型简化和纹理映射等。1.算法选择在数据处理完成后，接下来的工作就是对实体进行建模，而建模的首要工作是数学算法的选择。这是一个几何图形反演的过程，算法选择的恰当与否决定最终模型的精度和和数据表达的正确性。2.模型建立和纹理镶嵌选择了合适的算法，可以通过计算机直接对实体进行自动建模。点云数据保证了表面模型的数据，而影像数据保证了边缘和角落的信息完整和准确。通过自动化的软件平台，用获取的点云强度信息和相机获取的影像信息对模型进行纹理细节的描述。1.2模型可视化基于不同的应用目的，可以把数据输出为不同的形式，直接为空间数据库或工程应用提供数据源。然而数据的精度和质量如何呢，能否满足各种应用的要求，对结果进行综合的评估分析仍是很重要的一步。评估的模型和评价标准要根据不同的应用目的来确定。1.3产品应用1.3.1徕卡以徕卡Cyra三维激光扫描系统为例，Cyrax2500三维激光扫描仪向目标发射激光脉冲，依次扫描被测区域，快速获得地面景观的三维坐标和反射光强。①在点云内业处理中，使用Cyclone软件和GeomagicStudio12软件，对点云进行拼接、去噪、平滑、空洞修补等；采用最小二乘配置法，借助VB语言编制的相应程序，对点云进行抽稀压缩，达到对数据的快速处理的要求，极大地减少了工作量。②在数学建模过程中，采用GeomagicStudio12和Surfer8.0对处理后的点云进行建模，并通过片断修改和镶嵌，生成较为理想的地形模型，能够真实的反映出所测地形地貌。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告③GeomagicStudio12软件在对点云数据的平滑和空洞修补时具有很强的优势。④利用Cyclone3.0软件进行三维建模，生成地面景观的三维图象和可量测点阵数据，并可方便地转化为多种输出格式的图形产品。1.1.1中海达HDLS300型三维激光扫描仪配套了自主研发的系列激光点云数据处理软件和三维全景影像点云应用平台，为用户提供集快速数据采集、精准数据处理、高效海量点云管理、三维全景影像点云应用于一体的完整解决方案。a)向导式三维激光扫描仪操控软件HDLS300配备向导式的操控软件，用户只需设置好采集区域（包括水平和垂直区域）、采集的频率、采集时间、采集精度等参数，扫描仪可以实现一键操作，并提供扫描状态的实时监控。  图2.1向导式操控软件 b)三维激光点云与全景影像预处理软件 28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告三维激光点云与全景影像预处理软件具备如下功能：支持多测站数据高精度拼接；支持外部普通照片、全景影像与三维点云进行配准并着色；支持点云滤波、分类和编辑；支持全景深度图、面片数据的制作，满足三维全景影像点云应用；支持AutoCAD联机测图；支持多种点云数据格式的导出，包括obj、dxf、xyz、las等。         图2.2预处理软件 a)影像点云测图建模软件三维激光扫描仪能同时获取两种数据产品——全景影像和点云数据，影像点云测图建模软件将全景影像与点云严密配准融合，实现测图、建库和建模一体化，其功能特点包括：支持TB级海量点云和全景影像动态数据加载；三维点云和全景影像关联与自动配准映射；可直接在全景影像上进行三维建模与纹理提取，输出标准3ds模型；支持全景影像地形图测绘与建库，提供系列比例尺地图符号库。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告        图2.3影像点云测图建模软件a)可量测360o影像点云应用软件主要包括：Flex、JavaScript开发接口，方便各类定制开发；流畅便捷的三维全景浏览体验；基于三维全景的测量服务；提供基于360o全景影像的标注服务。HDLS300国产三维激光扫描仪配备了从数据采集、预处理、加工和应用的全套软件，确保用户能够真正的用起来。1.1.1浙江华东测绘浙江华东测绘有限公司配置了从奥地利Riegl公司购入的RieglLMS-Z420i型中、长距离高精度地面三维激光扫描仪（包括配套扫描软件RiscanPro及NikonD200相机）。RieglZ420i型激光扫描仪是目前市场上已经商业化的各类扫描仪中综合性能最为出色的一款。它是唯一采用了激光安全等级为Class1的扫描仪，对人员和物体完全无伤害；Riegl系列的LMS激光扫描仪(包括420i)是世界上第一种配备数码相机的激光扫描仪，并且是唯一的一个配备外置专业相机的设备；其特有的激光斑点扩大技术使得激光点能够紧密排列，因而能够得到详尽的细长物体的三维激光云点图。由于Riegl的420i激光扫描仪能够同时产生高精度的二维数码影像和三维激光云点，与以前的建模方法所不同的是，可以在数码影像和激光云点迭加的图上，快速，精准的进行三维和二维彩色可视化的动态的CAD模型的构造，并且效率大大地提高。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告强大的软件支持，是后处理中最重要的一环。如今不仅拥有RiscanPro这类专业的扫描控制软件，第三方的Phidias、Geomagic、PolyWorks等软件也是必不可少的。这些软件的应用可以使用户从容应对海量点云数据的繁琐处理，并根据不同的要求，提供多种通用数据格式的包括点云模型、表面模型、纹理模型、CAD模型等成果在内的多种数据成果。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告  1移动道路测量技术传统的地理信息数据采集方式有两种：人工地面测量和航空摄影测量与遥感。这两种方式各有千秋，又各有其缺陷。为弥补以上两种测绘手段的不足，有一种高新测绘科技应运而生，这就是我们所拥有的移动道路测量技术（MobileMappingSystem：MMS）。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告MMS代表着当今世界最尖端的测绘科技，它是在机动车上装配GPS（全球定位系统）、CCD（视频系统）、航位推算系统等先进的传感器和设备，在车辆高速行进之中，快速采集道路及道路两旁地物的空间位置数据和属性数据，并同步存储在车载计算机中，经专门软件编辑处理，形成各种有用的专题数据成果。如今，MMS已被公认为是最快捷、最方便的基于道路的地理信息系统（GIS）数据采集工具。基于MMS生成的地理数据产品既可满足测绘、交通、铁路、公安、城市管理等众多企、事业用户，同时也适用于汽车导航、个人定位服务（LBS）等市场中的广大个人用户。1．“3S”集成移动测量系统(LD2000系列)可量测实景影像(DigitalMeasurableImage,DMI)包含了传统地图所不能表现的空间语义，是代表地球实际的物理状况，带有和人们生活环境相关的社会、经济和人文知识的“地球全息图”。因此，可量测实景影像地图所包含的丰富地理、经济和人文信息是聚合用户数据、创造价值、实现空间信息社会化服务的数据源。移动道路测量技术作为一种陆基遥感系统，它是在机动车上装配GPS(全球定位系统)、CCD(成像系统)、INS/DR(惯性导航系统或航位推算系统)等传感器和设备，在车辆高速行进之中，快速采集道路及两旁地物的可量测实景影像序列(DMI)，这些DMI具有地理参考，并根据各种应用需要进行各种要素特别是城市道路两旁要素的任意任时的按需测量。图：车载“3S”集成移动测量(左：系统原理图，右：车载道路诊断系统SmartV外观)28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告移动道路测量系统LD2000在多传感器同步集成、海量CCD图像的高速采集、压缩和存储、不间断数据采集、属性记录自动化、有效融合其他数据、高效的数据处理流程等方面具有自主创新，建立了较完整的空间信息网络服务技术体系。在交通、铁路、公安、数字城市建设等领域得到广泛的应用，并出口到韩国、意大利等国际市场。移动道路测量系统的主要应用于基础测绘、电子地图测制、电子地图修测、公路GIS与公路路产管理、铁路可视化GIS建库、公安GIS、空间信息服务等领域。作为车载“3S”集成移动测量系统的应用，车载道路诊断系统(SmartV)是针对运营中的高等级公路、城市道路和机场跑道等路面的破损、车辙变形、平整度等损害进行快速、无损、自动化的采集与智能分析的多传感器集成与处理系统。该系统以机动车为平台，装备高分辨率线阵图像采集系统、激光线结构光三维测量系统、惯性补偿的激光测距系统、GPS/DMI/GYRO组合定位系统等先进的传感器以及车载计算机、嵌入式集成多传感器同步控制单元等设备，在车辆正常行驶状态下，自动完成道路路面图像、路面形状、平整度及道路几何参数等数据采集与分析。1.1产品应用武汉武大卓越科技有限责任公司以武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室为技术依托，创造性地运用地球空间信息科学的理论，经过多年潜心研究与不懈实践，成功研制了全新的ZOYON-RTM智能道路检测车。该设备突破了传统检测的极限，体现了智能化技术的发展方向，能在车辆正常行驶中实时获取道路的状态信息，使道路检测工作变得前所未有的轻松快捷！武汉武大卓越（ZOYON）科技有限责任公司开发的智能道路检测车是基于中国道路检测现状，瞄准国际前沿技术研制的具有自主知识产权的道路检测设备。ZOYON-RTM智能道路检测车集成和应用了现代信息技术，以机动车为平台，将光电、IT和3S技术集成一体。在车辆正常行驶状态下，能自动完成道路路面图像、路面形状、道路设施立体图像、平整度及道路几何参数等数据采集、分析、分类与存储。28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告                       主要应用领域：ZOYON-RTM智能道路检测车采用灵活的模块化设计，为高速公路、高等级公路、城市市政道路、机场跑道等路面的破损、平整度、车辙、道路安全隐患的检测，及道路附属设施的数字化管理提供有效的数据采集手段。   ZOYON-RAM智能道路检测车可以为道路质检部门验收检测、日常养护调查等提供权威、公正的基础检测数据，为道路养护部门提供专业的技术方案，为交通资产管理部门提供科学的决策依据！             系统功能 ：1．路面状况指数PCI      破损检测类型：沥青混凝土-裂缝（龟裂、块裂、纵裂、横裂）、松散（坑槽、松散）、其它（泛油、修补不良）；水泥混凝土-破碎板、裂缝、板角断裂、坑洞、修补损坏、层状剥落       28/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告2．行使质量指数RQI    国际平整度指数IRI、标准差σ      3．车辙深度指数RDI      沥青混凝土-车辙、拥包、沉陷水泥混凝土-错台、拱起            4．沿线设施养护状况指数TCI      收费站服务区设施管护不善、防撞护栏缺损、隔离栅损坏、紧急电话缺损、标志缺损、标线缺损、绿化空白路段、绿化管护不善。产品特色、优势 1、专业化的载车平台       基于丰田考斯特改装后的载车平台，车体宽敞，承载及可扩展能力强，具有较好的减震特性，安全舒适，采集数据质量可靠，为实时作业提供了良好的空间；2、独有的图形压缩技术       现场可编程逻辑门阵列的硬件图像处理和压缩技术，实现了高质量、连续拍摄、实时传送路面真实图像的分类和存储；3、完美的车载计算机与传感器集成化设计   运用神经网络技术、遗传算法和多路微处理技术，完全实现了同步化的道路检测计算机自动化处理；    4、先进的GPS/DMI/GYRO组合定位控制系统   运用空间匹配算法，将空间信息数据和公路网地理信息数据融合，进行航位推算定位，提高定位精度，保证测量数据的高精度和可靠性；5、优良的激光平整度测量系统   高速双激光测距仪和双加速度计集成控制系统，国际主流的惯性补偿测量方案，消除了测试中外界因素的干扰，数据采集完整性好、处理自动化程度高；6、可靠的路形/车辙检测系统   采用了大功率激光辅助测量光的线结构光扫描仪，生成了数字高程模型，保证了全天时条件下的4m车道1mm精度的车辙测量； 728/28 路面三维激光扫描建模可行性研究报告、完整的路面病害数据识别和处理系统   4m车道无影辅助照明系统，配合线扫描CCD高速摄影设备、超强的图像处理模块，确保了全天时条件下的病害识别，自动识别率达到95%以上；  8、超值的沿线设施状况/前方道路图像系统      运用立体测量技术，配合200万像素高分辨率的多目彩色扫描式CCD摄像机，实现了沿线设施定性、定量数字化采集和存储；9、科学的软件支撑系统     模块化的设计，良好的I/O接口；采集的数据符合标准，能更好地与GIS数据库融合，为用户提供多样化的信息报表；28/28'