機(jī)載和車載式激光掃描技術(shù)

1、機(jī)載和車載式激光掃描技術(shù)2011-03-04 16:26:18 作者：admin 來源：瀏覽次數(shù)：為將基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案作為設(shè)計(jì)規(guī)劃的基礎(chǔ)，用于地區(qū)通道巴蘇木的改建和擴(kuò)建工程，需要借助直升飛機(jī)和車輛上安裝的測(cè)量系統(tǒng)來提取存檔數(shù)據(jù)，并用CARD/1 進(jìn)行處理，準(zhǔn)備用于設(shè)計(jì)。測(cè)量控制中要遵守RAS測(cè)量規(guī)范中對(duì)于這一測(cè)量方法的準(zhǔn)確度要求。同樣這一測(cè)量方式的安全性、便捷性和節(jié)約成本的特點(diǎn)都為您 的設(shè)計(jì)拓寬了發(fā)展空間。在交通車輛范圍內(nèi)對(duì)存檔數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，這種操作模式對(duì)測(cè)量提出了特殊的挑戰(zhàn)和要求。需要采取安全防護(hù)和隔離措施，才能允許并可能執(zhí)行測(cè)量操作。盡 管已提供了安全保護(hù)措施，在道路或軌道區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的工作，對(duì)

2、于測(cè)量小組而言仍然是危險(xiǎn)的。而且?guī)缀蹙筒豢赡茏龅皆诤翢o干擾的情況下完成一次測(cè)量操作。 此外，測(cè)量作業(yè)還經(jīng)常會(huì)對(duì)交通運(yùn)行狀況造成影響，特別是在車流量非常大的高速公路或主干線上根本不能長(zhǎng)時(shí)間封鎖車道。下面介紹了一種測(cè)量方法，可以 允許在道路交通中安全無干擾的完成測(cè)量，并同時(shí)可為道路設(shè)計(jì)提取適宜的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而且還滿足了 RAS測(cè)量規(guī)范的準(zhǔn)確度要求。項(xiàng)目在已設(shè)計(jì)的OD Bassum的改建和擴(kuò)建工程中，要將路段的長(zhǎng)度從11.64km縮短為10.037km，下薩克森州政府下屬的道路施工和交通部門、尼恩堡的業(yè)務(wù)部(Dipl.-Ing. Bernd Habermann)共同承擔(dān)了任務(wù)，完成工程所需的測(cè)量工作，

3、并建立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)圖作為整體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料。這一任務(wù)的重要組成部分就是借助車 載掃描儀(MLS)和機(jī)載掃描儀(ALS)，完成一條1.3km長(zhǎng)的地圖通道的存檔數(shù)據(jù)提取。并基于國(guó)家特殊的“編碼2000“完成已提取點(diǎn)云的矢量化操作。利用 大地坐標(biāo)控制測(cè)量方式，除了可提交證明，而且用這種組合式的數(shù)據(jù)采集方法也可達(dá)到一定的準(zhǔn)確度要求，并且允許在道路設(shè)計(jì)方案中使用掃描數(shù)據(jù)。機(jī)載掃描技術(shù)(ALS)和車載掃描技術(shù)(MLS)為完成點(diǎn)數(shù)據(jù)和圖片數(shù)據(jù)的采集，需要利用直升飛機(jī)和車輛上安裝的測(cè)量系統(tǒng)來執(zhí)行測(cè)量。在這一過程中需要用到TopEye (ALS)和Streetmapper (MLS)兩種 系統(tǒng)。ALS/MLS系統(tǒng)基

4、本上是由下面幾種組件構(gòu)成的： GPS, INS/IMU一臺(tái)或多臺(tái)激光掃描儀照相機(jī)和錄像機(jī)系統(tǒng)用于MLS的計(jì)程儀(Wegmesser)由于車載系統(tǒng)的照相機(jī)圖片對(duì)于高精度要求的項(xiàng)目而言，通常都只能用于識(shí)別對(duì)象。并且由于行駛速度，要求儀器必須要達(dá)到相當(dāng)高的數(shù)據(jù)采集頻率。因此 照相機(jī)系統(tǒng)通常配備的是中等的分辨率(2-4百萬分辨率)。相對(duì)而言，飛機(jī)上裝配的激光掃描系統(tǒng)就配備了一臺(tái)高分辨率并且已校準(zhǔn)過的照相機(jī)(Rollei AIC， 39百萬分辨率)。這兩種系統(tǒng)都可在最短的時(shí)間內(nèi)為長(zhǎng)路段設(shè)施準(zhǔn)確的提取存檔數(shù)據(jù)。由于車載式測(cè)量系統(tǒng)較高的掃描頻率，并且測(cè)量車是與行駛中的車流一同行駛“的，因 此避免了對(duì)交通狀況

5、造成影響。飛行為了從空中提取盡可能高分辨率的航拍圖，并保存激光掃描數(shù)據(jù)，飛行過程中只能保持到地面150m的高度。在兩條平行線路上方完成的飛行測(cè)量保證了為 以后的分析操作準(zhǔn)備一個(gè)足夠?qū)挼淖呃葞А?duì)于航拍數(shù)據(jù)可以達(dá)到下面的分辨率：航拍圖：地表分辨率2cm點(diǎn)云：大約為每平方米50個(gè)測(cè)量點(diǎn)行駛測(cè)量車輛可沿兩個(gè)行駛方向完成對(duì)每條行駛軌跡的測(cè)量。數(shù)據(jù)采集速度受交通狀況影響，在30km/h到50km/h之間?；谳^低的速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，兩臺(tái)掃描儀 (測(cè)量頻率為200000點(diǎn)/秒)采集的點(diǎn)密度為每平方米3000個(gè)測(cè)量點(diǎn)。兩種照相機(jī)系統(tǒng)都是沿行駛方向架設(shè)的。在行駛方向上還可增加一臺(tái)錄像機(jī)，記錄整個(gè)過程。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的

6、分析在結(jié)束了飛行和行駛過程后，測(cè)量數(shù)據(jù)就已準(zhǔn)備完畢。然后需要將激光掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到本地的坐標(biāo)系中，并自動(dòng)進(jìn)行分類。對(duì)分類后的結(jié)果進(jìn)行一次可視的 檢查，或者進(jìn)行一次手動(dòng)的后續(xù)編輯，都可保障已準(zhǔn)備的點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。兩種掃描系統(tǒng)的激光掃描數(shù)據(jù)可組合使用，因此在后續(xù)的分析過程中，可使用一個(gè)點(diǎn) 密度非常高的3D點(diǎn)云。從航拍過程得到的單張圖片計(jì)算出一張均衡的圖片組合圖，然后在地面線上進(jìn)行調(diào)整。作為結(jié)果，高分辨率，擁有幾何數(shù)據(jù)參考的航 拍照片，在整個(gè)項(xiàng)目區(qū)中會(huì)將地表的分辨率僅以2cm的單位顯示。測(cè)量車輛上兩臺(tái)照相機(jī)所采集的數(shù)據(jù)也要按照地理數(shù)據(jù)完成編碼，因此也可在完成數(shù)位化的過程中使用。可將這些圖片數(shù)據(jù)換算為正交

7、像片，但是由于數(shù) 據(jù)采集方向的差別，以及照相機(jī)鏡頭會(huì)對(duì)圖像產(chǎn)生一定程度的變形扭曲。因此推薦您在軟件中使用點(diǎn)云來完成數(shù)據(jù)注釋和顏色確定。準(zhǔn)確度直升飛機(jī)和測(cè)量車輛的位置確定操作，通過對(duì)GPS/GLONASS觀測(cè)的分析在后處理進(jìn)程中完成。這里使用的測(cè)量操作，與RTK計(jì)算方法中相同，測(cè)量系統(tǒng) 位置所設(shè)置的準(zhǔn)確度在平面位置和高程中大約為2-3cm。為此需要檢查系統(tǒng)中限定的錯(cuò)誤成分，這樣道路設(shè)計(jì)的結(jié)果才能達(dá)到一定的準(zhǔn)確程度。為了更好的配置圖片數(shù)據(jù)和激光掃描數(shù)據(jù)，在相應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)或控制點(diǎn)的采集區(qū)域中要借助GPS、全站儀和抄平等工具來確定配置。因此可以在局部范圍內(nèi)確定 車道標(biāo)記，或者在側(cè)向車道的高速公路上確定特殊

8、標(biāo)記。測(cè)量操作可以與基準(zhǔn)點(diǎn)的確定操作一同執(zhí)行，用于以后的施工措施。對(duì)于巴蘇姆的一條1.3km長(zhǎng)的通 道，需要確定大約20個(gè)地面控制點(diǎn)。通過一次轉(zhuǎn)換操作要在平面和高程中優(yōu)化ALS和MLS測(cè)量的測(cè)量數(shù)據(jù)。在這里要將MLS掃描數(shù)據(jù)的高程準(zhǔn)確度確定為士 1 cm （1。），ALS掃描數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度確定為士 1,5 cm （1。）。正交像片的平面位置準(zhǔn)確度要優(yōu)于1個(gè)像素，也就是優(yōu)于士 2 cm。為了讓最終的結(jié)果能夠維持已達(dá)到的 準(zhǔn)確程度，需要對(duì)10個(gè)橫斷面進(jìn)行測(cè)量。對(duì)明確定義的點(diǎn)的比較，從兩種測(cè)量方法出發(fā)可達(dá)到的最大差值為2cm。同樣在另一個(gè)項(xiàng)目中的調(diào)查研究也檢驗(yàn)了這一準(zhǔn)確度。因此在一個(gè)長(zhǎng)度為2km的四車

9、道道路上，大約要將500個(gè)以全站儀確定的測(cè)量點(diǎn)，與基于MLS和ALS 數(shù)據(jù)確定的點(diǎn)進(jìn)行比較。這一研究的結(jié)果將平面位置以及高程的準(zhǔn)確度設(shè)定為士 1,5 cm。參考對(duì)地面基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量，組合使用ALS/MLS數(shù)據(jù)，得到的結(jié)果對(duì)于 設(shè)計(jì)規(guī)劃方案而言，不僅僅能夠達(dá)到足夠的準(zhǔn)確程度，而且也滿足了 RAS測(cè)量規(guī)范的要求。存檔數(shù)據(jù)基于航拍數(shù)據(jù)和車載測(cè)量數(shù)據(jù)，要在CARD/1中分析所有相關(guān)的存檔數(shù)據(jù)。借助高分辨率的航拍圖，可根據(jù)平面位置提取地理數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)內(nèi)容為矢量 單元確定屬性。在區(qū)分對(duì)象的過程中，例如針對(duì)交通指示牌，可構(gòu)成測(cè)量車輛的圖片信息和影像信息。通過使用點(diǎn)云，可為每個(gè)對(duì)象確定一個(gè)高程，在道路區(qū)域中

10、使用移動(dòng)式掃描儀獲取的數(shù)據(jù)，在外圍區(qū)域中使用直升機(jī)安裝的掃描儀所采集的數(shù)據(jù)。作為結(jié)果， 獲取了三位的點(diǎn)對(duì)象、線對(duì)象和面積對(duì)象。這樣獲取的斷裂邊緣以及剪切后的點(diǎn)云仍然可作為一個(gè)高準(zhǔn)確度的數(shù)字地面模型生成。用CARD/1可調(diào)用一種軟件，通過組合使用ALS/MLS數(shù)據(jù)完成對(duì)存檔數(shù)據(jù)的整體分析過程。除了對(duì)正交像片的可視化管理和數(shù)位化操作，也可簡(jiǎn)單的調(diào)用 和編輯點(diǎn)云。為不同國(guó)家的特殊對(duì)象確定屬性的操作，地面模型的建立或者以及ALK/ALB數(shù)據(jù)的錄入都不會(huì)對(duì)任務(wù)委托人造成問題.為什么使用ALS和MLS數(shù)據(jù)？這兩個(gè)測(cè)量系統(tǒng)從非常不同的視角提取了地形數(shù)據(jù)。直升機(jī)上安裝的掃描儀系統(tǒng)大約位于距地面150m的高度，

11、而車輛上的掃描儀距地面距離僅僅為2-3m。 因此從空中提取的激光掃描數(shù)據(jù)對(duì)于道路側(cè)向的區(qū)域也是必要的。陡坎或溝渠使用車輛上的激光掃描儀才能完成部分采集，因?yàn)檫@部分道路構(gòu)造物通常位于道 路水平面以下。同樣對(duì)象的數(shù)位化也可完全以點(diǎn)云為基礎(chǔ)來完成，只是較為困難。如出水口或小水溝這一類的對(duì)象，在密集顯示激光掃描數(shù)據(jù)的情況下很難甚 至完全無法識(shí)別。相對(duì)于車輛上的掃描儀提取的圖片，高分辨率的航拍圖在設(shè)計(jì)中也更加高效。計(jì)算方法和系統(tǒng)決定了，行駛過程中采集的正交像片所能達(dá)到的準(zhǔn)確程度仍然無法低于2cm。ALS/MLS計(jì)算方法可同時(shí)為另外五個(gè)其他的道路設(shè)計(jì)項(xiàng)目成功 的完成設(shè)計(jì)測(cè)量操作。激光掃描數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)過程中是

12、基礎(chǔ)資料，例如用于設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)、聯(lián)邦高速公路和高速公路的路面翻新工程以及橋梁施工工程。同樣， 在調(diào)用基于測(cè)量技術(shù)建立的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，為漢堡的BAB A7公路在隧道和邊界間改建為一條六車道或八車道的線路，這一切操作都要借助ALS和MLS系統(tǒng) 數(shù)據(jù)。結(jié)果觀測(cè)這里所描述的計(jì)算方法能夠做到按照全站儀的精度來完成存檔數(shù)據(jù)的采集。此外，允許在道路區(qū)域以及軌道區(qū)域中幾乎毫無干擾的執(zhí)行完一次測(cè)量任務(wù)。作 為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量的剩余價(jià)值，還存在正交像片、點(diǎn)云以及照相機(jī)數(shù)據(jù)和錄像數(shù)據(jù)。這點(diǎn)可用于其它細(xì)節(jié)方面的分析操作，以及對(duì)分析過程的完整性和正確性進(jìn)行控 制。同樣這一計(jì)算方法節(jié)約的成本，特別是其計(jì)算的快速程度也是值得一提的

13、。當(dāng)然，動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)節(jié)約的成本并不是很明顯。當(dāng)然省略了昂貴的道路封鎖措 施，并且可組合一次性測(cè)量多個(gè)小項(xiàng)目，也是對(duì)成本的大幅度削減措施。如果兩個(gè)系統(tǒng)都能夠正確的“在行駛中或在飛行中”，那么每日就可輕松的采集100km 的數(shù)據(jù)。即使是在德國(guó)，雖然車流量非常大，交通網(wǎng)也非常的密集，但是也可使用并實(shí)施這一測(cè)量方法。當(dāng)然還存在很多其他的應(yīng)用功能，在運(yùn)行過程中也可 快速顯示。ALS-SyEtem TapE/E. HMii（叩犯r raiit esnem kampkxen Syslem zur drEidimesmciBkn Erfassung von Daten.ALS系統(tǒng)TopEye.直升機(jī)安裝了一套復(fù)雜的系統(tǒng)，用于以三維形式采集數(shù)據(jù)。Fehrzeugmil Finem MLS-