点位测量2工程测量课件

1、5-3 三维激光扫描测量技术一、基本原理二、三维激光扫描系统三、三维激光扫描数据四、三维激光扫描测量技术的应用第1页，共22页。一、 基本原理XYzPPs如何得出每个采样点的三维坐标？测点空间三维坐标所在的空间坐标系是如何建立的？基于脉冲飞行时间差测距的原理基于相位差测距的原理 基于激光三角形的原理 第2页，共22页。基于脉冲飞行时间差测距的原理激光二极管激光脉冲发生器周期的驱动反射棱镜接收器物体 尖脉冲激光波从扫描中心至被测目标点的距离S为 ：第3页，共22页。从扫描中心至被测目标点的距离S为 ：扫描仪物体S基于相位差测距的原理数据模型 此类系统将发射光波的光强调制成正弦波的形式，通过检测调

2、幅光波发射和接收的相位移来获取距离信息。第4页，共22页。基于激光三角形测距的原理从扫描中心至被测目标点的距离S为：s第5页，共22页。二、三维激光扫描系统三维激光扫描系统的构成主要仪器及类型介绍第6页，共22页。三维激光扫描系统的构成项 目备 注1平 台飞机、汽车、卫星等2. 硬 件完成系统的控制，原始数据的采集、存储、显示、传输等 激光扫描器 计算机 其它传感器（POS、INS、IMU，etc） 控制器3. 软 件含数据采集、数据通讯、数据后处理、立体重建系统根据承载平台分为： 固定站式三维激光扫描系统、车载三维激光扫描系统、机载三维激光扫描系统第7页，共22页。固定站式三维激光扫描系统H

3、DS3000组成部分图示第8页，共22页。机载激光扫描测量系统的构成 机载激光扫描测量系统测量距离比较远，一般基于脉冲飞行时间的测距原理。由多源传感器集成，一般包括： a) CCD b) Laser Scanner c) GPS d) INS/POS 获取空间三维数据和纹理数据设备定位设备第9页，共22页。车载激光扫描测量系统的构成 车载激光扫描测量系统一般由数据获取设备CCD、三维激光扫描仪和定位设备DGPS/INS/Odometer组成。下图为东京大学研究的车载激光扫描系统组成图。第10页，共22页。三维激光扫描仪的性能指标 测距精度、测距范围、数据采样率、最小点间距、点位精度、模型化点定

4、位精度、激光点大小、扫描视场、激光等级、激光波长等 主要仪器及类型介绍第11页，共22页。主要仪器及类型介绍HDS3000HDS6000HDS4500ScanStation2 Leica公司产品Rigel公司产品LMSZ420iLMSQ560 LMSQ120 ILRIS-3DOptech公司产品VIVID910VIVID9iKonica Minolta公司产品第12页，共22页。三、三维激光扫描数据数据采集数据存储信息数据存储方式数据处理流程第13页，共22页。数据采集整体分析、设计 扫描数据之前，一定要先对扫描对象的结构、形状、大小、周围环境等进行分析，对扫描数据工作进行整体的分析、设计，设

5、计后要求根据精度、速度、现场环境等因素综合考虑，选择合适的三维激光扫描仪，有明确的扫描步骤等。测站的选取 测站的过多过少都不合理，一般原则是保证扫描精度的前提下，用尽可能少的视点覆盖整个所有需要扫描的场景。选好后，对视点进行编号，并尽可能按照编号顺序进行扫描。标靶点的布设 为了提高重建的精度和速度，需要在场景中放置标靶点，在两个不同测站上，应至少三个公共标靶点，且不应位于一条直线上；如果四个标靶点，则它们不应位于同一平面上。第14页，共22页。数据存储信息距离影像点云第15页，共22页。数据存储方式数据在内存中一般以数据库或文件的形式存储、管理XYZ （TXT）格式文件：以文本的方式存储，每行

6、顺序存储单点的X，Y，Z坐标值，有多少个点就有多少行数据. PTX格式文件：第16页，共22页。数据处理流程不同的应用对象、不同点云数据的特性，数据处理的过程和方法也不尽相同。概括的讲，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 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。 总结现有相关文献，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

7、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。 第17页，共22页。四、三维激光扫描测量技术的应用在测绘领域中的应用分析在其它行业中的应用文化遗产的精密数字化保护与重建制造业医学领域 国防电脑游戏业 电影特技制作 网络应用 城市设计规划与管理第18页，共22页。三维激光扫描测量技术在测绘领域的应用分析研究热点机载激光扫描系统车载激光扫描系统固定站式激光扫描系统在工程、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、绘制大比例地形图、制作正射影像图、灾害评估、建立3D城市模型等。 主要用于城市三维重建和局部区域地理信息获取。 第19页，共22页。断面测绘精密变形观测DTMDSMmap绘制大比例尺地形图洛山矶的数字城市模型在测绘领域的应用实例第20页，共22页。哥伦比亚大学的Peter Allen 的做的圣皮埃尔大教堂模型 文物考古领域医学领域电脑游戏业游戏Final Fantasy X的主人公 电影特技电影最终幻想的虚拟人物 在其它行业中的应用实例第21页，共22页。小结三维激光扫