車載激光掃描技術研究與應用現狀

胡雨佳

摘要：近年來，隨著三維激光掃描技術的不斷發展和完善，車載激光掃描技術的應用越來越廣泛。本文針對車載激光掃描技術，概述了該技術的工作原理，系統組成，處理流程，工程應用以及今后的發展。

關鍵詞：車載激光掃描系統 應用現狀

0 引言

三維激光掃描技術是測繪領域繼GPS技術之后的一次技術革命，又被稱為實景復制技術。它突破了傳統的單點測量方法，具有快速，非接觸式，滲透，實時，動態的，主動的，高密度，高精度，數字化，自動化等特點。三維激光掃描技術可以獲取高精度高分辨率的數字地形模型，因為它能夠提供掃描物體表面的三維點云數據。按照載體的不同，三維激光掃描系統又可分為機載、車載、地面和手持型幾類。在許多環境下，車載激光掃描系統就可以克服利用地面激光測量系統掃描而造成的費時費力的問題，例如對大范圍的區域進行制圖。

1 車載三維激光掃描系統的組成

在普通車的頂部的行李架上穩固連接車載三維激光掃描系統的傳感器部分，或者直接在車頂直接加裝一個定制部件的過渡板。激光傳感器頭、數碼相機、IMU與GPS天線的姿態或位置可以通過車頂支架調整。傳感器頭與導航設備間的相對姿態和位置關系靠高強度的結構保證。

2 車載三維激光掃描系統的工作原理

車載激光掃描系統是將激光掃描儀與GPS、IMU聯合使用。在測量的過程中，GPS測量記錄道路兩側目標地物在世界坐標系的位置，激光掃描儀則負責記錄影像紋理、形狀距離，另外，還需要記錄測量車行進的方向角以及行進過程中的加速度，可以計算任一時刻在每個方向上的速度，為IMU提供一些參數，從而可以采集到車載平臺在任意時刻下的行進狀態。同時，GPS會實時記錄下測量車在世界坐標系下的坐標位置，這一位置為絕對位置，激光掃描儀會實時記錄下測量車到道路兩側目標建筑物的相對距離和測量的角度，這個距離是激光脈沖發射點到目標地物表面的距離，根據幾何關系，可以很容易的計算得出任一時刻，激光掃描脈沖發射點到目標建筑物的距離。利用空間和時間上的檢校信息，就可以整合得到目標地物表面在世界坐標系下的絕對坐標，從而實現在沒有任何參考點的情況下，動態、實時地獲取道路兩側目標地物表面的三維信息的功能。

3 車載三維激光掃描系統的研究現狀

近年來迅速發展起來三維激光掃描技術，這一高新技術已經有許多西方發達國家將它應用于對敵觀測系統和快速獲取特定目標的立體模型。目前，許多國際研究機構都投入了大量的人力，物力和財力，進行相關技術的研究和開發。詳細情況見表1。

4 車載三維激光掃描系統的應用

現如今，車載三維激光掃描系統已經被越來越多的應用到各行各業。它可以完成大區域地形圖測量；交通部門可以利用它進行事故的勘測，規劃部門可以進行森林的計測，軍事部門進行實戰電腦模擬，建筑部門還可以進行各項建筑的實景建模。在2008年4月，在希臘從雅典到克林斯曼對一條長達120km的公路進行了詳盡的測量工作。這項工程是在CAD中將主要的地物特征重建，用來擴建一條新的高速公路。整個過程中以每小時50km的車速，測量了9.8億個點，僅僅花費了3個小時。

同時間段，英國的Leicester利用車載三維激光掃描系統將很多有科學價值的歷史建筑物區域建模并完成歸檔，耗費的時間不長，但是達到了很高的精度。

國內某礦區，利用三維激光掃描儀制作了詳實的礦區三維模型，結合地質、水文、采礦等數據，可用于開采方量計算、開采設計、回填方案制定、穩定性分析等礦山安全生產的多個方面。先進的法如三維激光掃描儀可在短期內完成大量的數據采集工作，結合強大的礦山后處理方案，是建設三維數字化礦山的必備工具。

5 車載三維激光掃描系統的發展

車載三維激光掃描系統作為測繪科學的領先產品，是一種直接主動式測量方法，受天氣條件的影響少，作業安全，作業周期快，易于更新，時效性強，而且，在數據處理后，所有帶有3D坐標的點云都可以被輸出到CAD的環境下進行進一步的數據處理和加工。從現在的形勢來看，車載激光掃描系統基本涵蓋測繪的各個領域。但是其自身還存在很多不足，如：系統獲得的數據具有分布不規律，坐標不連續；用于普通地形測量的系統所發射的激光脈沖很容易被水吸收而很難產生發射光，因此，該系統難以確定水系的邊界；到目前為止，還沒有一套通用的作業規范和流程；目前LiDAR系統的價格昂貴，也一定程度上限制了該系統的普及應用?；谝陨系娜毕?，車載三維激光掃描儀的發展或許會有以下的趨勢：儀器的研制國產化，點云數據處理軟件的公用化，與其他測量設備如GPS、全站儀的聯合測量。

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