地面激光雷達應用處理關鍵技術的探索

郭更生

摘 要：隨著我國科學技術的發展，地面激光雷達應用日漸在各個領域展現重要作用，尤其在軍事領域，其作用更是不容小覷。本文探索了地面激光雷達應用處理關鍵技術，希望可以為推廣其應用提供借鑒。

關鍵詞：地面激光雷達；應用處理；關鍵技術

一、地面激光雷達應用關鍵技術探索的重要意義

地面三維激光掃描儀是通過三維激光掃描技術自成體系組成的掃描儀器，同樣三維激光雷達是在當今時代攝影測量等方面有著革命性的成就，是在GPS定位系統之后的又一項偉大發明，為大范圍內數據的測量以及空間的監測提供了有效技術支持，與此同時更是能適應時代的發展需要、與時俱進，可以滿足各個行業對數字化的需求。尤其軍事上，其更加能夠展現作用，其是將激光測量、pos等融于一體，可隨著實際情況的要求，可組裝成車載等形式的雷達系統，可以全天的、實時的、有效的、高密度以及精度的獲取到大范圍內的空間測量以及數據。

地面激光雷達應用，其掃描起來更加靈活，可以在短時間內快速的獲取到小型零件、部件以及商品，再到大型建筑物、鄉村街道甚至是對城市進行三維掃描，獲取城市各方面數據，這樣的操作應用在一定程度上對于城市建設的繪圖、設計以及規劃等方面有了推動作用，并為此城市提供災害預防與文物的保護提供了有效保障。

二、地面激光雷達應用處理關鍵技術分析

（一）地面三維激光雷達多站點布置方法

對大型建筑進行掃描測量，不僅僅只是從一個方位進行掃描，而是通過設置幾十個或者上百個角度方位進行測量與掃描，并且每一個方位的數據與自己局部坐標相對應，因此，這就需要將各個方位測量到的數據拼接到同一個坐標系中。例如，對某大學教學樓進行三維掃描的時候，在設計掃描方位時，選取六個方位，分別包含了圖書館兒的正北，正南，正西，正東，西北，西南這六個地理方位，測量完這六個方位的數據，進行整合，就可以獲得到此大學教學樓的全部數據。

地面三維激光雷達掃描站點方位的設置需要遵循的原則為三點，他們分別是：重復性，多視角，整體性。

第一，重復性。重復性指的是在對于建筑物進行掃描的時候，每個站點應該與臨戰點存在著重復區域，這是為后期處理測量數據拼接和整合提供了方便。

第二，多視角。顧名思義指的就是在對于建筑物我進行掃描測量時需要從不同角度，可以通過平視，仰視，俯瞰等視角以及不同海拔高度位置進行設置站點測量與掃描，中取在最大程度上獲得全范圍內的掃描數據以及信息。

第三，整體性。在進行設置站點的時候，需要對測量物的體積，所處地理范圍，還有掃描儀器的準確距離進行全方位的考量，將掃描儀掃描范圍，掃描分辨率 等進行設置，在滿足當前條件之下，用站點數量最少，所用時間最短高效地獲取到此建筑物的全方位測量信息。

除此之外，還應要實事求是，因地制宜，盡量避免電線干或者樹木等遮擋物的影響。根據測量模型的復雜程度，可以采取不同密度的掃描。對于復雜程度高的模型，需要采取高密度的掃描；反之，需要采取的密度的掃描。

（二）激光點云分類濾波

三維激光掃描數據最為可靠的信息就是采陽店的定位以及反射率信息，自動識別和提取環境各個部分是一項非常困難的工作，由于城市范圍廣，所含種類廣泛與多樣，更是加大了此工作的難度。根據激光掃描技術的原理，可以將激光掃描的數據進行分類，按照個站點到測量工具的水平距離通過所所處圖像顏色深淺來表達，從而提出了城市激光掃描分層的處理方法，分成主要分為前景層和背景層。前景層主要指的是植物、行人、車輛以及其他建筑物；背景層主要包含的是城市主要的建筑物。

城市的遮擋物比較多，由于遮擋影響城市的自動識別與提取環境工作的順利開展，在進行前景層在移出測量工作范圍之后，背景層就會顯得比較單調與空洞，這就需要在從今往后的建設模型中進行填補處理以及完善。

（三）多站點三維數據配準

多站點三位數據配準，其目標是要將同一個測量目標的測量數據在同一個坐標系中展現出來，是屬于同一個目標對象，讓他們在空間位置以及空間坐標匹配與疊加就可以獲得到信息的互補以及達到提高測量數據的精準度。現如今的多站點三維數據配準正處于一種瓶頸的狀態，現如今還沒有合適的解決方案。

icp應用關鍵是找點對，但是因為在算法時無法獲取到清晰的兩個曲面重復部分，所以在進行此與算法中，降低了效率，可以從以下兩個方面進行解決：

第一，在對曲面進行測量的時候，可以加你個曲面的頂點法向量與另一個曲面相交，形成的交點與該頂點組成點對。通過這樣的方式，有效地增加了算法的高效性以及魯棒性。

第二，可以通過將一個曲面延伸度傳感器的視角方向投影到另一個曲面上，在一個曲面兒上找點對。通過這樣的方式可以在很大程度上提高了尋找點對的效率以及速度，但是此方法和得到的測量數據精度比較差，獲得的數據要很大的誤差。

（四）三維幾何模型生成

三維幾何模型的生成在地面三維激光雷達數據處理的環節中，處于至關重要的環節，同樣也是復雜程度最高的環節。地面三維激光雷達數據受到大數據量的限制與制約，在實際運用過程中往往是通過多個軟件聯合配合使用。比如InnovMetric軟件公司的PolyWorks軟件是最常見的三維大數據處理軟件。由于此軟件是處理大數據模型，所以占用儲存空間非常大，這就需要將其進行處理與完善之后的數據對點轉換格式輸出，同時利用AutoCAD專業，計算機輔助設計軟件對模型進行測量與簡化。但是此軟件不能夠直接對此模型進行點云數據的獲取以及處理，因此需要再安裝一個插件才能夠完美的完成建模工作。

三、結語

地面激光雷達的應用領域日漸拓寬，其在部隊中的應用也將會越來越廣泛，很多部門已經開始對其予以深入研究，并期望讓其在部隊建設以及防戰應用中展現更大效能。當然，對于地面激光雷達中所存在的缺陷也不容小覷，只有對其予以不斷改進，才能夠讓其助力我國部隊綜合戰斗力更上一個新的高度。

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