水陆一体化机动式船载三维时空信息获取技术

第1章概述

1.1水陆一体化机动式船载二维时空信息

获取技术发展概况

1.1.1陆上三维激光测量发展现状

1.1.1.1国内外三维激光扫描技术研究现状

三维激光扫描技术作为一种新兴的高新手段，在测绘应用当中主要采用激光测距原理，瞬时获取被测目标表面的三维坐标。三维激光扫描技术相比于传统测量手段的优势在于可以迅速地扫描被测目标，不需要接触目标物、无须棱镜即可直接获得高精度的点云数据，这样可以高效地对目标物体进行三维建模和重现。目前，三维激光扫描技术被广泛地运用在越来越多的工程实践和科学研究项目中（Han et al.，2016）。

国外对三维激光扫描技术的研究比国内更加深入，一些先进的技术理念和仪器设备也出现的更早，技术上更加先进、完善。目前，市面上很多高精度的三维激光扫描仪都是国外厂家生产的，比如Trimble公司生产的TX8型激光扫描仪扫描误差小于2mm,Riegl公司生产的VZ6000型激光扫描仪扫描距离最远可达到6000m。此外，Leica公司生产的ScanStation P50扫描仪不仅具有获取三维坐标、反射率和颜色信息等功能（Wang et al.，2016），还兼有全站仪的功能。在软件方面，由于国外研究起步早，很多厂家对自己的仪器都研发了配套的处理软件，例如Leica公司的Cyclone、Riegl公司的Riscan系列、Optech公司的Poly Works等。

国外对三维激光扫描技术的研究比较成熟，扫描仪和相关点云数据处理软件已经商业化。性能比较好的扫描仪有瑞士Leica公司的ScanStation系列和HDS系列、美国的Trimble G系列和FRRO Fouce系列、奥地利的Riegl VZ系列和LMS系列、加拿大的Optech公司等。对应的数据处理软件是Cyclone、Trimble Realworks、Faro Scene、RiscanPro、PolyWorks。国外学者对于扫描仪技术的应用做了很多的研究，取得了不少学术成果。1999年，美国斯坦福大学等对米开朗基罗雕像扫描，运用获取的7000张RGB照片重建了雕像三维数字模型。Allen P K等将三维激光扫描仪和CCD相机结合，获取了物体的三维点云数据和图像信息。2008年，瑞典的Khaled Nabbout 验证了三维激光扫描技术在城镇规划中测量道路、铁路和隧道测量应用的可行性。BaltsaviasE等通过对人为和自然的文化遗产扫描数据，自动处理数据，实现了对被测物体的重新建模和可视化显示。在变形监测方面，Leonov AV 等运用三维激光扫描仪对Moscow的Shukhov tower 进行扫描，建立了Shukhov tower的3D钢结构模型，为以后变形监测、模型重建提供了参考模型。

相比之下，国产仪器硬件方面的研发虽然一直在追赶，但起步晚、起点低，生产的仪器还是和国外有一定的差距。目前，较为先进的仪器有中海达的HS1200等。国内针对点云数据处理软件的开发还比较少，有中海达的 HD Pt CloudModeling-北京数字绿土科技的LiDAR360等。近年来，国内兴起了三维激光扫描仪研究热潮，取得了一定的成果。武汉大学自主设计了“LD激光扫描测量系统”，率先研发利用激光扫描、多传感器集成、无线通信等综合技术实现野外测量数据实时自动采集传输、智能数据处理和数据管理的功能。中海达自主研发了新款HS系列高精度三维激光扫描仪，并推出了便携式三维激光扫描仪和Iscan车载扫描仪。广州星上维智能科技有限公司的手持扫描仪、北京天绘的U-Am系列、北京天远的OKIO系列等三维扫描仪，已经在工程建设、生产制造和医疗行业等有了广泛应用。国内学者对三维激光扫描技术研究应用进行了大量研究和试验。秦始皇兵马俑博物馆自2007年以来，对兵马俑实体和一号铜车马进行了三维扫描，并完成了三维数字建模。李永强等将三维激光扫描技术与多种精密测量技术进行融合，将其应用到白马寺齐云塔的数字化保护中，获得了塔的三维数字模型，提高了测量成果可信度。赵俊兰等运用三维激光扫描技术对汶川地震遗址进行三维虚拟重建应用研究，重建了地震遗址三维地物地貌。高绍伟等提出在点云和TIN模型基础上，人工提取地形点、地物高程点和特征点的方法，验证了三维激光扫描技术在大比例尺数字测图方面的可行性。在变形监测方面，郭超等对山东某煤矿开采沉陷区大坝沉降进行扫描监测，证明了扫描仪能满足矿区的变形监测。吴侃等将三维激光扫描技术应用在建筑物变形监测中，提出用特征线方法判定建筑物变形的理论，取得了较好结果。扬帆等运用三维激光扫描仪对尾矿边坡进行监测，采用不同方法比较分析，提取出边坡变形数据。