三維激光移動測量系統在實踐中的應用

羅 燊

長沙市規劃勘測設計研究院，湖南長沙 410000

三維激光移動測量系統為一種新型的地形測量以及信息收集設備，在當前的帶狀地形圖測量、公路交通資產普查以及河道海島礁測量中有著很大的應用。我國也陸續制定了相應的標準，推進了三維激光移動測量的應用發展，該項工具具有十分方便、高效率的特征，對于信息采集可以做到全面覆蓋，精準測量，工作當中對其的應用越來越廣泛，也使得三維激光移動測量系統的作用越來越大。因此，本文針對三維激光移動測量系統在實際應用中起到的具體作用進行了詳細分析。

1 三維激光移動測量系統的工作原理

三維激光移動測量系統應用的為非接觸式高速激光測量的形式。應用該種方式，可快速對復雜物體的幾何圖形數據，以及獲取影像的相關數據，之后利用解算軟件、GPS定位信息、激光掃描儀器對IMU相對位置信息、全景相機對于IMU有位置信息等進行融合。最后，應用已有的相關處理軟件，對采集到的數據信息以及影像資料等進行詳細的處理，并將其轉換成絕對坐標系當中的空間位置坐標以及模型，應用不同的方式輸出，這樣便能滿足空間信息數據庫當中的數據源和每個項目對其的需求[1]。

（1）三維激光掃描子系統。該系統，由1臺精度非常高的掃描測量儀和數據采集軟件共同構成，該系統可以為測量系統提供精度非常高的三維激光點云數據[2]。

（2）影像采集子系統。該系統由4臺清晰度非常高的數碼相機以及數據采集軟件等構成，提供的360°的影像數據資料非常清晰。

（3）導航定位定姿定向子系統[3]。該系統由IMU以及GPS設備等共同組成，其中，具體位置以及姿態數據信息非常精準。

（4）集成控制與數據采集子系統。該系統由控制器電源以及計算機等共同構成，可為系統提供非常統一的時間基準。在嵌入式設備上對不同的數據采集軟件進行安裝，并且其中的電源可以為不同的設備提供能量。

例如：在中海達船載型三維激光測量系統當中。在對傳輸不到15kn的傳輸進行測量時，距離系統100m當中的目標點可獲取10cm內的精準定位，高約5cm的影像分辨率。對于該項系統的應用，最大的優勢還在于：其中的硬件安裝非常方便，大部分型號測量系統的生產廠家已經將姿態傳感器、掃描傳感器以及定位傳感器等進行了整體集成，在出廠之前實施了相應的測試，所以在具體應用中并不需要再次校準，這樣不但減輕了工作人員的工作強度，也增加了測試的嚴密性。此外，對于該項系統的應用，還具有軟件配備十分齊全，操作方便的優勢。

2 三維激光移動測量系統的具體應用

三維激光移動測量系統的應用非常廣泛，其中在高速公路竣工測量中起到了重要的作用十分明顯。

2.1 測量概況

本次測量地為湖南省某高速公路，該高速公路地勢比較平坦，有較多的公路沿線橋梁，兩側為居民區以及工廠企業，其中的植被以水田為主，視野非常開闊，在經過詳細的地質勘察以及技術調研之后，對于該項目存在的難點作出了如下分析：

其一，高速公路指揮部對該工期的要求非常緊急，需要在20d之內完成40km的工程量；其二，該路段已經通車，在路面有著較大的車流量，如果應用傳統的方式在道路上進行測量，會存在很大的安全隱患；其三，全封閉道路當中有鐵絲網能夠與外界進行隔離。但是鐵絲網之外的50m地形圖測量難度比較大，相關人員進出非常不方便；其四，在公路沿線附近有空域管控區域，如果應用無人機進行行測難度很大，為了解決這些問題，按時完成工作，決定應用車載移動三維激光測量系統實施相關的測量工作。應用該項系統可解決實際測量當中的很多難題，大幅度提升作業效率。

2.2 技術實施方法。

該車載激光測量模型為北京某技術公司自主研發的新型數據獲取以及處理的技術設備[4]?？梢詫⒉煌墓ぞ哕囎鳛檩d體，并將我國國產的360激光掃描設備、IMU、 GPS等進行了集成，設置了里程計系等不同的傳感設備，該系統由數據采集單元、控制單元以及處理數據軟件共同構成。該車輛系統的應用，對已經完成建設工作的高速公路三維數據獲取，非常方便，利用數據解算、地理坐標匹配以及校正等數據融合，可以獲取彩色點云數據。之后，應用處理軟件對地物特征信息進行相應的提取，可有效滿足特征線的手工編輯，使地物三維矢量為數據能夠滿足1：1000的繪圖需求，將其進行轉化格式之后，可以導入編圖軟件當中進行修飾以及相應的編輯，最后構成數據精準的高清晰地圖。

2.3 具體測量方法

借助SSW系統，可實施公路的竣工測量工作，是一項十分理想的測量方法。依據詳細的設計內容，建設過程中提出的要求，該系統對于信息的獲取非常便利，如公路沿線精細點云數據。之后，通過對云數據的詳細解算，便可獲取三維彩色點云數據，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，其中的技術路線如圖1所示。

例如：應用系統控制測量。該系統距離基站控制點的作業半徑沒有超過15km，對測量區中間的兩點位置進行獲取，將其作為激光掃描系統的作業控制點。在GPS觀測臺當中應用了2臺接收機，以便精準測量基站進行，其中使用的觀測方法為靜態方式。最初，接收機工作的過程中，可對數據進行記錄，之后通知激光掃描系統開展一系列的掃描工作[5]。但是，需引起重視的是，衛星信息以及相關信號的存儲要進行時刻觀察，如果接收以及存儲數據過程中發現了異常，需要立即與測量車取得聯系，重新實施相關的測量工作。在結束測量之后，要下載數據信息，并對獲取的信息實時差分結算，其中需要應用IE軟件進行解算。可先使用大地坐標系，之后實施無約束的自由往極限計算，最后在對車載激光掃描系統當中的GPS數據信息實時差分。檢查是否符合規定的界限，輸入已知點的相關成果進行平差解算，將其轉換成坐標系統即可。

3 結語

三維激光移動測量系統，在實踐應用中起到了良好的價值作用，解決了難以接近地區地形數據采集的問題，并應用RTK對采集的數據信息，實時高精度分析。在精度滿足相應的規范要求時，可將其用在地形采集測量等相關工程當中，在不同類型的實踐應用中有著重要的作用。