基于地面三維激光掃描技術(shù)的路面測量與數(shù)據(jù)處理

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1、34測繪通報2011年第11期文章編號:0494-0911(2011)11-0034-03中圖分類號:P234．4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B基于地面三維激光掃描技術(shù)的路面測量與數(shù)據(jù)處理111，2徐進(jìn)軍，張毅，王海成(1．武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北武漢430079;2．河北水利水電勘察設(shè)計研究院，天津300250)RoadSurfaceSurveyingandDataProcessingby3DTLSXUJinjun，ZHANGYi，WANGHaicheng摘要:針對專用軟件對掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程，提出應(yīng)用距離控制和時間控制相結(jié)合的掃描方法。結(jié)

2、果表明應(yīng)用激光掃描技術(shù)進(jìn)行路面測量，可為道路的工程設(shè)計和竣工檢驗等提供詳盡的幾何信息，能夠極大地提高工作質(zhì)量和效率。關(guān)鍵詞:激光掃描;路面測量;點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理;點(diǎn)云密度控制測量每個激光脈沖的空間距離、水平角和天頂距，一、引言并按式(1)的空間極坐標(biāo)原理計算每個被測物體表在道路的施工驗收、竣工驗收和復(fù)制中，常常面上的激光腳點(diǎn)的三維坐標(biāo)，同時記錄反射強(qiáng)度和需要道路的詳細(xì)信息，如局部路面平整度、重要路顏色信息。段的路面起伏狀況、坑洼點(diǎn)等。這都需要密集的路面點(diǎn)來構(gòu)成詳細(xì)的實地地面模型來表現(xiàn)。傳統(tǒng)路面測量方法主要是采用全站儀和水準(zhǔn)儀測量路面特征點(diǎn)和

3、特征線的三維坐標(biāo)或者測量規(guī)則劃分的格網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)來表現(xiàn)路面的幾何形狀，但事實上，在路面現(xiàn)場，僅憑肉眼難以發(fā)現(xiàn)特征線，而格網(wǎng)劃分容易漏掉特征信息。這種方法不僅效率低下，而且受路面車輛影響較大，更重要的是容易遺漏一些特征點(diǎn)和特征線。地面三維激光掃描儀可以很好地完成上述任圖1三維激光掃描儀測量原理及過程務(wù)。它采用非接觸式的測量方式，能在現(xiàn)場對被測物體進(jìn)行高精度、高密度的快速掃描測量，直接獲X=Ssinθsinα得激光點(diǎn)所接觸的物體表面的三維坐標(biāo)、色彩信息Y=Ssinθcosα(1)和反射強(qiáng)度———點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在經(jīng)過計算機(jī)處理后，}Z=Scosθ可快

4、速重構(gòu)出被測物體的三維模型及線、面、體、空掃描過程為:將掃描儀安全地架設(shè)好，連接好間等各種數(shù)據(jù)。本文介紹將MENSIGS200應(yīng)用到掃描儀、計算機(jī)和電源;在隨機(jī)軟件PointScape的控道路路面掃描測量中的測量過程、相關(guān)技術(shù)問題以制下，掃描儀內(nèi)置的CCD相機(jī)的影像可傳遞到電腦及解決方法。屏幕上;在電腦屏幕上選定掃描范圍，確定水平掃二、地面三維激光掃描儀測量原理描間隔、垂直掃描間隔和掃描距離;軟件會根據(jù)這3個參數(shù)計算水平旋轉(zhuǎn)鏡步進(jìn)角度ΔH和垂直旋轉(zhuǎn)鏡在地面三維激光掃描儀系統(tǒng)內(nèi)部，有一個固定步進(jìn)角度ΔV，然后以該固定的步進(jìn)角度在框選的的空

5、間直角坐標(biāo)系統(tǒng)OXYZ，通過XOY平面上的一范圍內(nèi)進(jìn)行掃描;掃描數(shù)據(jù)通過串口線傳入到計算個反射鏡和與之相垂直的另一個反射鏡快速同步機(jī)中保存，屏幕上也可以看到點(diǎn)采集過程。而有序地旋轉(zhuǎn)，引導(dǎo)激光脈沖發(fā)射體發(fā)出的窄束激將地面三維激光掃描儀用于道路測量，建立路光脈沖依次掃過被測區(qū)域，如圖1所示。系統(tǒng)同時收稿日期:2010-10-22作者簡介:徐進(jìn)軍(1966—)，男，湖北天門人，教授，主要研究方向為精密工程測量與災(zāi)害監(jiān)測。2011年第11期徐進(jìn)軍，等:基于地面三維激光掃描技術(shù)的路面測量與數(shù)據(jù)處理35面的詳細(xì)數(shù)字地面模型，對于道路復(fù)制、道路檢查、

6、規(guī)律可循，是很好的參照標(biāo)志。為了不影響交通，道路驗收以及道路變形等實際工作，具有非常重要便于架設(shè)、轉(zhuǎn)站和測量分塊，儀器一般安置在主道的意義。本次試驗進(jìn)行了100m長的道路測量。數(shù)路兩側(cè)的人行路上或者路邊花壇中，如圖3所示。據(jù)采集所用的儀器是Trimble公司的MENSIGS200激光掃描儀。標(biāo)稱精度為±3mm/100m，4次重復(fù)測量精度可達(dá)到±1mm，最高角度分辨率為6″，掃描速度為5000點(diǎn)/s，測程為2～350m。三、路面的數(shù)據(jù)采集1．道路掃描的問題為高效建立高精度的數(shù)字地面模型，必須保證表面掃描點(diǎn)具有必要的精度和較均勻的密度。由圖

7、3掃描儀架設(shè)及掃描塊的劃分于地面掃描儀架設(shè)在地面上(一般高度為1．6～2．0m左右)，待測路面與激光束不能保持垂直關(guān)3．掃描點(diǎn)區(qū)域的控制方法系。而儀器測量采用的極坐標(biāo)方式類似中心投影，利用路面上的車道分界線、路邊的電桿、花壇、理論上講，對于固定的水平步進(jìn)和垂直步進(jìn)，當(dāng)測路燈、防撞欄等作為分塊的參考點(diǎn)和參考線。(1)距離控制法量面近似垂直于激光束時可以得到如圖2(a)所示的較規(guī)則掃描格網(wǎng);當(dāng)測量面與激光束斜交時，同設(shè)D為儀器高，S為儀器到路面某掃描點(diǎn)的斜樣的設(shè)置則得到如圖2(b)所示的變形了的掃描格距，v1、h1為工程要求的路面掃描點(diǎn)間隔

8、，如圖4所網(wǎng)。因此，對于路面掃描而言它會造成如下問題。示。假定V1為掃描儀設(shè)置的掃描間隔。根據(jù)1)點(diǎn)密度不均勻:距離儀器越近，掃描點(diǎn)就越圖4(b)中的近似相似關(guān)系，容易導(dǎo)出垂直設(shè)置間隔(垂直于道路方向)密;