车载三维激光扫描仪

加拿大OPTECH产品技术电子文档第十六期-1-LynxMobileMapper——通往成功道路的利器关于快速，便捷，高效和安全测绘道路的应用报告内容什么是Lynx？关于公路和高速路的应用项目需求测绘案例工作流程优势分析最佳实践安装示例和系统组成什么是Lynx？在很多的环境下，比如对大范围的区域进行制图，利用地面激光测量系统扫描往往不方面且耗费时间，而车载激光Lidar测量系统就可以克服这个难题。由Optech公司研制的车载激光Lidar测量系统——LynxMobileMapper，采用机载激光测量系统技术，专门以大范围的工程制图为目标而设计，整体系统的精度可以优于5cm。该系统的每个激光头激光脉冲发射率可高达200000Hz（200000点每秒），并采用360°无阻碍的扫描视场，解析度可达1cm。因此，LynxMobileMapper系统可以在汽车高速行驶的状况下采集高分辨率的3D数据。加拿大OPTECH产品技术电子文档第十六期-2-加拿大OPTECH产品技术电子文档第十六期-3-LynxMobileMapper系统中所特有的双传感器头设计可以将测量的视野最大化，并将测量的死角最小化。使得道路两侧的目标物能够被完整的覆盖。在任何移动测量的系统中，做为赋予点云和影像的地理坐标的来源——导航系统，都是其关键的部件。导航系统一般都会使用GPS和惯导单元。但是，地面上复杂的状况，例如：树木。建筑物和立交桥等往往会阻断GPS信号。因此，一套先进的导航系统必须包括其他辅助的传感器和完善的数据处理方法，以使得在GPS丢失信号的同时其航线的精度也能够得到保障。LynxMobileMapper采用Applanix公司的POS/LV420系统来收集方向和位置信息，使得系统能都全自动得收集到带地理坐标的点云。在ApplanixPOS/LV420导航系统中，Lynx系统还拥有高精度的IMU，双GPS天线和一个DMI（距离测量系统）来收集导航数据。双GPS天线的设计可以在加速在高纬度地区航向角计算的速度。同时，DMI可以提供高精度的车速更新数据。这可以使得在GPS信号质量很差的情况下可获得相对精度较高的航迹线。此外，DMI还可以在汽车静止的时候为系统更新实时速度信息（ZeroVelocityUpdatesZUPT).另外一个值得称道的技术是：该导航系统采用了POSMMS的“紧密耦合”技术。“紧密耦合”指的是ApplanixPOSPacMMS数据后处理软件将GPS、IMU和DMI的原始数据同步融合来解算导航数据。通过这样的方式可以使得全部的数据都得到有效的利用。在系统中，由GPS接收机的每个PPS标上时间标记，激光传感器再通过系统内部的时钟和POS系统同步连接。同时，从前一个PPS的精确GPS时间会从GPS的NMEA导航信号会获取。Lidar激光传感器会通过这种方式来确立本地和GPS时间差。导航系统被安装在平台上，拥有自己的方向和位置。要获取正确的激光点云坐标就必须很精确的知道激光传感器头到导航系统方向和位置。因为这个原因所以必须在系统每次安装在新的汽车上之后重新进行检校。道路和高速公路方面的应用z公路测量，维护和勘察z公路资产清查（交通标志，隔音障，护栏，下水道口，排水沟等）z公路检测（车辙，道路表面，道路变形）z公路几何模型（横向和纵向的剖面分析）z结构分析（立交桥）z淹水评估分析z在GIS系统中的叠加分析z滑坡分析，危害评估（滑坡变形测量与危害分析，滑石和流水分析）z交通流量分析，安全评估和环境污染评估z土石方量分析z驾驶视野和安全分析加拿大OPTECH产品技术电子文档第十六期-4-高程赋彩点云图和依据点云建模图高架桥剖面分析和点云中距离量测隧道点云图及剖面提取加拿大OPTECH产品技术电子文档第十六期-5-加拿大OPTECH产品技术电子文档第十六期-6-测量实例高速公路——雅典到科林斯在２００８年四月，在希腊从雅典到科林斯一共测量了１２０ｋｍ的高速公路，其中包括３条车道和两侧的路肩。此项工程的目标是在ＣＡＤ中将主要的地物特征重建，包含：人行道、路结构、边坡、路标和电线杆，以便将来扩建一条新的高速公路。测量工作以每小时５０ｋｍ的车速，共耗时３个小时完成。一共包含９。８亿个点。点云在WGS84/UTM34坐标系下，分辨率为１１ｃｍ。为了提高最终的点云精度，一共在测区建立了６个ＧＰＳ基站，并在每隔５０－８０ｍ的地方设立了控制点。最终的精度为１－２个厘米。为了能获得最后所要求的结果，多种后处理软件在工程中被应用，包括PolyWorks和Pointools。同时，原始的点云也被存档以便做为将来的参考。城市建模整个测量工程是在2008年1月在英国的Leicester完成的。这项工程的重要目的是为城市中若干重要的历史建筑区域建模并完整归档。因为旧城的街道非常狭窄，同时街道两侧的建筑物也是非常的高，所以在测量的过程中GPS信号非常容易失锁。在这种情况下，LynxMobileMapper系统中的DMI发挥了其重要的作用，为POS系统的改正提供了信息来源。考虑到该地区的交通拥挤的状况，所以扫描的车速设定为30Km/h，同时点云的分辨率为4cm。在20之内，LynxMobileMapper系统一共扫描了5个街区，共获得1.44亿个点。在整个测量区域内我们只设置了一个GPS基站。在数据后处理中，Pointools软件被用来制作模型。以上的两个测量实例展示了车载激光Lidar测量系统LynxMobileMapper可在不影响交通的情况下快速的进行测量。LynxMobileMapper系统展示了其他传统测量方式所没有的大量的特性，比如：灵活性、数据完整及多样性、精确性和测量的全天候性。此外，在简单的数据后处理之后，所有带有3D坐标的点云都可以被输出到CAD的环境下进行进一步的数据处理和加工。除此之外，我们还有另外一个令人印象深刻的对比实例供人参考：2007年，利用全站仪地面激光扫描仪测量希腊的一段80km的高速公路一共需要了120个工作日。而在2008年使用LynxMobileMapper系统在同样的路段进行了测量，整个测量的过程仅需3个小时，同时测量的路段长度扩展为120km。其中的差别不言而喻。经LynxMobileMapper系统所获取的点云，不仅仅拥有完整的点云坐标，更是一个涵盖多重信息并可随时查看的数据库。高密度的点云更容易识别出地物的特征，比如说：各种建筑结构、边坡、路标和电线杆等。目前，处理后数据的公司正在积极的寻求方法来进行全自动地物提取和收集、分类以及自动建模。高程赋彩点云图显示了LynxMobileMapper测量高层建筑物的能力加拿大OPTECH产品技术电子文档第十六期-7-历史建筑物点云图和建模图项目需求绝大部分的项目都有许多特别的成果要求提交。比如，测量工程师们会被要求要求关于城市中重点区域已存在的特征地物，比如：路面、边坡、滑坡、信号牌或是电线杆等，所测得的地物通常会被要求存储在一个空间数据库中，以便作为将来的参考。有时也会有一些特定的测量参数，比如：平面精度在2-3cm或是高程精度在1-2cm。一些客户可能会要求特定的成果提交，比如:做为1：500比例尺图。有时，一些测量场地的环境有特殊的要求，比如说：不能妨碍交通运输通畅，要求安全计划或是需要从当地的交管局获得特殊的许可。除此之外，还有很多其他的需求会在制定测量计划中中起到决定性的作用，以使得整个测量过程快速高效。综合以上因素，LynxMobileMapper系统以其快速。高效、便加拿大OPTECH产品技术电子文档第十六期-8-加拿大OPTECH产品技术电子文档第十六期-9-于操作、数据处理便捷等多种特性确定了它在城区和道路测量中超越了其他传统的测量方式，是新一代的测量首选。表格 1:关于使用 Lynx Mobile Mapper 进行道路测量的若个例子 测区分类 位置 测区范围 平均车速所测地物 成果 高速公路科林斯——雅典希腊120km2条车道60km/hr2条车道和重建精密3D模型点云数据州际高度公路洛杉矶，加州16km北向16km南向4-7条车道50km/hr勘察车道间缝隙应多种客户需求定义数据格式点云数据道路旁侧状况调查定义步骤构TIN网模型以用于重建公路高速公路达拉斯一福特和沃斯，德州42km市区到机场的连接工程40km/hr将车载激光数据和机载激光数据进行融合夜间收集超过112km的车道数据，共花费2小时45分，精度为±5cm，使用一个GPS基站加拿大OPTECH产品技术电子文档第十六期-10-市区莱切斯特，英国5个街区30km/hr重建建筑数据模型以便于保存建立信息库含地理定位后的点云数据yTypeLocationAreaCoverageVehicleSpeed(avg.)工作流程下面的图表显示了利用LynxMobileMapper在计划和测量的主要操作步骤。图表8显示了在Lynx安装调试阶段的主要工作步骤。在计划和完成测量工作之后，图表9中显示了所有处理和输出数据的主要步骤：制定计划系统准备测量下载数据计算SBET处理Lynx数据检查点云输出数据LynxMobileMapper工作流程加拿大OPTECH产品技术电子文档第十六期-11-建立GPS设备准备车辆准备笔记本式电脑并安装软件安装前准备安装打开仪器包装并检查部件安装DMI安装传感器安装IMU数据盒安装车顶支架连接笔记本式电脑安装摄像机安装GPS天线安装控制架连接数据线联通电源，测试系统偏心分量测量各个传感器偏心分量LynxMobileMapper系统安装流程加拿大OPTECH产品技术电子文档第十六期-12-加拿大OPTECH产品技术电子文档第十六期-13-LynxMobileMapper系统数据处理流程优势之处所有由LynxMobileMapper采集的带地理坐标的点云数据具有很高的解GPS卫星制定计划（LynxSurvey）处理POS数据（POSPacLand）处理整合数据（DASHMap）测区略图GPS基站数据收集GPS，POS数据（POSLV）下载所有数据（解压工具）路线计划测量控制（LynxSurvey）系统检校强度检校检校传感器（DASHMap）测量结果可视化（第三方软件：TerraSolid等）析度，并为用户提供了一个可供任何时刻可检阅的完整数据库。高密度的数据可以方便的识别各种地物特征，比如：各种结构，边坡，道路标志，路灯和建筑物特征等z一致等同性质的点云z无需点云加叠区域z高频的数据收集率可