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一体化三维移动测量系统

更新时间:2013-12-09

摘要针对当前陆基移动测量系统标定麻烦、难维护和缺乏应用解决方案,提出并研制了一种完全自主知识产权的陆基车载一体化三维移动测量系统,将三维激光扫描设备、卫星定位模块、惯性导航装置、里程计、360o全景相机、总成控制模块和高性能板卡计算机高度集成、封装在刚性平台之中,可方便安装于汽车、船舶或其他移动载体上,设计了一体化三维移动测量系统数据处理应用流程,为用户提供快速、机动、灵活的一体化三维移动测量完整解决方案

关键词:移动测量;一体化;点云;全景影像

一、引言

智慧城市、数字地球、导航位置服务、Google街景移动互联网服务等快步向我们走来,如何快速、全面地采集人们需要的地理信息特别是高精度、高分辨率的三维地理信息,如何对地理信息进行及时、动态和自主更新成为信息化测绘社会化服务的首要问题[1-4]另一方面,随着城市信息化进程加快,人们对大规模城市三维场景的复杂程度与模型特征细节提出了越来越高的要求。陆基车载移动测量集全球定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)、激光雷达扫描(LiDAR)、CCD相机等多种传感器同步集成于一体,在高速行驶状态下实时获取道路以及道路两侧的建筑、树木等街景地物的表面数据,广泛应用于地形图更新、GIS建库、城市勘测规划、智能交通、环保、矿山测量、公安、城市管理等领域,具有机动灵活、短周期、高精度、高分辨率、实时多源三维空间数据高效采集等特点。

陆基车载移动测量是当今测绘界最为前沿的科技之一,代表着未来三维地理空间信息采集与更新技术的发展主流,国内外推出很多移动测量系统,如加拿大Optech公司的LYNXRIEGL全新一代的VMX-250、日本拓普康TopconIP-S2、天宝的Land MarkerIGI公司的StreetMapperGoogle的街景车等国内武汉大学、立得公司、首都师范大学、山东科技大学、中国测绘科学研究院、中科院深圳研究院也相继推出车载移动测量系统,主要存在如下问题价格昂贵,国外系统价格在600万以上;与载体高度相关,检校麻烦、维护困难和运输作业方面;缺乏数据处理和应用软件[5-7]。本文提出并研制了一种高度集成、一体化智能三维移动测量系统,将多个测量传感器封装到一个统一的平台上,具有坚固稳定、免标定、体积小、重量轻的优点,方便用户使用、维护、保管和携带。同时,系统配备齐全的数据加工处理、海量数据管理和应用服务软件,可以为用户提供快速、机动、灵活的一体化三维移动测量完整解决方案。

二、iScan一体化三维移动测量系统

iScan一体化三维移动测量系统将三维激光扫描设备、卫星定位模块、惯性导航装置、里程计、360o全景相机、总成控制模块和高性能板卡计算机高度集成、封装在刚性平台之中,可方便安装于汽车、船舶或其他移动载体上,在载体高速移动过程中,快速获取高精度定位定姿数据、高密度三维点云和高清连续全景影像数据,通过系统配备的数据加工处理、海量数据管理和应用服务软件完成矢量地图数据建库、三维地理数据制作和街景数据生产iScan一体化三维移动测量系统一体化、插拔式、向导式的设计理念,面向不同客户对三维点云、全景影像的应用需求,可定制配备1-3个三位激光扫描仪,实现108K的激光点云扫描,如图1

说明:E: Work 市场工作 集成系统销售工具pic照片DSC_2798.JPG

1 iScan一体化三维移动测量系统

iScan一体化三维移动测量系统具有扫描频率高、测量距离远、成图精度高等优势,并实现三维激光点云与影像自动配准,其主要技术指标如下:

  • 测程:500

  • 扫描仪频率:36108 kHz

  • 扫描角分辨率:0.01°

  • 扫描角度:360°

  • 全景分辨率:5400×2700

  • 测量精度:±10cm

  • 尺寸(mm)L826×W710×H616

  • 存储容量:480G,可扩展

针对iScan一体化三维移动测量系统获取的点云、全景影像数据量大,处理和应用难等问题,本文设计了从数据采集、数据处理到数据应用的流程(如图2),在自主研发软件的支持下,实现一体化移动测量大规模产业化应用。



2 一体化三维移动测量系统应用流程

三、一体化三维移动测量系统解决方案

iScan一体化三维移动测量系统不仅仅是一台仪器设备,配套了自主研发、齐全的数据加工处理、海量数据管理和应用服务软件系列激光点云数据处理软件和三维全景影像点云应用平台,为用户提供集快速数据采集、高效数据处理、高效海量点云管理、三维全景影像应用于一体的完整解决方案。

1、一体化三维移动测量系统操控软件

一体化三维移动测量系统操控软件提供对GPSIMU、里程计、激光器、全景相机的启动、运行或停止等状态操控和参数设置,并可实时显示各传感器的状态和实时数据。该软件支持网络背景地图加载,方便作业监控以及向导级数据采集作业,工程级的数据组织存储模式,方便数据管理。此外,软件对电脑资源消耗小,一般笔记本电脑就能正常运行

说明:C:Usersyaoli.HDSYDesktop宣传彩页资集成系统料iScan.JPG

3 一体化三维移动测量系统操控软件

2、点云融合处理软件

点云融合处理软件根据POS输出的高精度轨迹数据,自动生成激光点云;支持全景影像和激光点云的配准,并对点云进行着色;提供多种方式的扫描过滤,根据用户应用需要过滤不需要的点云;提供智能的点云分类算法,方便点云的后处理;采用多种点云渲染方式,并支持用户配置支持多种点云数据格式的导出,包括objdxf、xyz、las

4 点云融合处理软件

3、三维点云建模软件

三维点云建模软件基于AutoCAD二次开发,与AutoCAD命令无缝集成采用硬件加速,支持海量点云数据(千万级点云)的流畅处理;提供方便的基于点云和全景影像数据的三维建模工具;提供用户任意视图切片操作处理,并根据选中的点云自动拟合面、线,提高作业效率;支持自定义模型,能够快速、批量插入预定义模型;

5 三维点云建模软件

4、全景激光GIS建库软件

全景激光GIS建库软件提供方便的基于点云和全景数据的矢量地图制作与GIS建库工具支持DEM、等高线自动生成提供完善的地图符号库支持用户自定义地图符号丰富的数据输出接口,支持常用GIS数据格式导出

说明:C:Usersyaoli.HDSYDesktop宣传彩页资集成系统料测图测图效果1.png

6 全景激光GIS建库软件

5、全景激光街景处理软件

全景激光街景处理软件采用点云与全景协同作业支持海量点云和全景影像数据的管理点云编辑删除以及支持用于实景应用的深度图、三维面片数据的制作提供完善的街景数据处理功能,输出的成果支持建筑和地面探面、路口转向等街景功能成果能够直接在互联网发布

说明:C:Usersyaoli.HDSYDesktopdocCAD作业.png

7 全景激光街景处理软件

6、街景应用服务平台

街景应用服务平台采用SOA和云服务技术开发,实现点云、全景影像的互联网发布应用,并与各级地理信息共享服务平台无缝对接,满足互联网服务或行业应用的需要。软件效率高,能够在互联网环境下流畅运行;同时提供基于全景和点云数据的测量服务基于全景和点云数据的标注服务流畅便捷的全景浏览体验。面向行业应用二次开发应用,提供FlexJavaScript开发接口

说明:C:Usersyaoli.HDSYDesktopdoc应用效果.png

8 街景应用服务平台

四、结论

iScan一体化三维移动测量系统采用一体化、平台式的设计,首次实现无标定的陆基车载移动测量应用,该系统体积小、重量轻、易携带,不依附于任何固定载体,方便携带运输至远距离地点作业。作为一款一体化的移动三维地理信息采集平台,可广泛应用于三维测绘与GIS建库、三维数字城市、街景地图、数字航道、数字水利、数字海洋和数字矿山工程领域,具有广阔的应用前景

参考文献:

  1. 郭华东.数字地球:10年发展与前瞻[J].地球科学进展,2009,24(9):955-962

  2. 李德仁,邵振峰,杨小敏. 从数字城市到智慧城市的理论与实践[J]. 地理空间信息,2011, (6)

  3. 胡小明. 从数字城市到智慧城市资源观念的演变[J]. 电子政务. 2011(08)53-62

  4. 宋刚,邬伦. 创新2.0 视野下的智慧城市[J]. 北京邮电大学学报(社会科学版),2012,14(4): 1-8

  5. 李德仁.移动测量技术及其应用[J].地理空间信息,2006,4(4):1-5.

  6. 谭贲. 基于车载激光扫描数据的城市典型地物分类方法研究[D]. 首都师范大学, 2011.

  7. 杨必胜, 魏征, 李清泉, 毛庆洲. 面向车载激光扫描点云快速分类的点云特征图像生成方法[J]. 测绘学报, 2010, 39(5):540-544.