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激光Lidar+SLAM背包结合--高效率高精度测图

激光Lidar+SLAM背包结合--高效率高精度测图。

  一、传统/新的作业模式

  )【传统测绘作业模式
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  【传统基础测绘作业】主要采用全站仪或RTK的测量手段,主要工作在外业,受天气影响较大,生产成本高,外业采集时间长。

  )【航空摄影测量】
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  【航空摄影测量模式】公司摄影测量模式主要利用无人机为代表,搭载数码相机或者小型激光LiDAR,广泛用于数字正射影像图制作、高精度倾斜三维建模、地形图测绘等工作。

  这种模式适用于1:1000/1:2000比例尺测图,对于高精度的大比例尺测图来说,其精度很难直接满足,需要大量的外业修补;同时,航飞通常都需要申请空域。

  (三)【激光雷达技术/LiDAR】

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  LiDAR技术具有高精度和高效率的特点,给基础测绘带来了传统测绘手段不具有的应用模式和技术优势。在实际项目中,多平台激光雷达可根据不同的作业环境和项目要求,灵活选择车载、机载、船载等多种作业模式,快速获取测区的海量高精度点云。广泛应用于高精度地形图测绘(1:500测图)、数字城市建设、高速公路扩建等项目。

  如果在房屋密集且GPS信号较弱区域,机载和车载激光雷达无法作业,这时则可以结合无需GPS的SLAM背包激光扫描仪,对该区域进行数据采集,弥补车载、机载无法采集该区域点云的缺陷。

  为此,本公司提出了一套崭新的能结合高精度和高效率的解决方案

  —融合激光LiDAR和SLAM背包的基础测绘作业新模式—

  完美地将大比例尺测图从外业搬到了内业

  (四)【融合激光LiDAR和SLAM背包的基础测绘作业新模式】

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  1、激光点云测图方案优点

  (1)海量数据

  通过点云扫描方式,我们数据获取速度高达10万点/秒,短时间内即可获得该测区内海量三维点云数据。

  (2)高精度

  基于海量激光点云数据,实时获取地形地物的三维空间信息。同时,平面精度和高程精度均可控制在5cm以内。

  (3)限制少

  该仪器无需接触被测地区即可实现测量,不受天气、地形等外部条件的制约。

  (4)效率高

  基于该方案进行外业采集及内业三维测图工作,较传统综合法航测成图模式,作业效率提高了6-7倍。

  2、激光点云测图仪器设备

  (1)移动背包扫描系统(含点云数据后处理软件JRC)

  【背包式扫描系统】是一款高精度激光SLAM测量系统,实现厘米级测量的同时建立2D/3D地图,配套强大的三维点云后处理软件JRC,实现大场景建模、量测、成图、空间分析等功能,是高精度、高效率的室内外一体化三维扫描与测量手段。
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  (图为 移动背包扫描系统)

  (2)激光雷达系统

  AS-300H多平台激光雷达系统,集成高精度激光扫描仪与惯性导航系统,适用于在各种移动平台上进行数据采集。采用多种设备(无人机机载、车载、船载、背包)搭载使用,全方位扫描采集数据,切换不同模式以适应各种作业环境。
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  (图为 激光雷达系统)                       (图为 激光雷达应用方案)

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  ( 以上图为 激光雷达搭载平台)

  —内业成图欣赏—
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  二、实地应用案例

  【应用案例一:粤东某地区1:500地籍测量激光点云测图项目,面积30平方公里】

  (一)设备投入
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  (图为 激光点云扫描仪)
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  (数据处理软件)

  (二)作业流程

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  1、测区踏勘
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  外业工作人员在外踏勘

  2、路线规划
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  3、设备安装测试
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  根点大样、根点观测、架设基站

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        多平台激光雷达静止

  4、数据采集

  根据不同的作业环境和项目要求,灵活选择车载、机载、背包式等多种作业模式,快速获取测区的海量高精度点云。
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  01 机载式扫描                02 背包式扫描                   03 车载式扫描

  5、数据处理

  (1)激光雷达系统

  针对采集回来的数据采用Interial Explore 软件进行数据的后处理,解算出准确的具有三维空间坐标的激光点云数据。
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  基站文件处理         Inertial Explorer 软件解算点云工程             点云输出处理

  (2)SLAM背包扫描系统

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  点云工程解算
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  SLAM背包扫描系统与激光扫描系统点云融合

  (3)点云预处理

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  1:500正摄影像                          点云着色处理

  6、点云切片测图

  (1)三维点云模型

  利用AS-300H激光LiDAR扫描仪和SLAM背包结合的作业方式,全方位获取建筑物空间位置信息,并在此基础上生成高精度的三维坐标模型。通过旋转点云模型可清晰观察到房屋的结构、层数等细节。

  不同渲染方式下点云模型

  ①真彩色三维点云模型(彩色的为点云)

  真彩色渲染方式点云模型是通过激光扫描仪搭载的相机拍摄的图片,通过空间定位,链接原片进行点云色彩着色。AS-300H激光LiDAR扫描仪和SLAM背包都具备拍摄功能。
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  2高程渲染方式的点云模型

  高程渲染方式点云模型是通过具有三维的空间坐标的特征,利用点云的不同高度对点云渲染不同的颜色,方便快捷判读不同高度的空间地物。

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  3反射强度渲染方式的点云模型

  反射强度渲染方式点云模型是激光扫描点云对地物不同强度感应,反应地物形态的一种模式。该渲染方式,可以清晰判断出路面上管井等地表设施。

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  (2)内业编辑成图及信息提取

  ①模型层次判断

  采用点云水平切片,内业测图可直接对建筑物、道路、水系进行矢量化并赋属性值。通过模型判断其结构层次。
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  2特征点高程信息提取

  通过点云,直接获取地形(或地物)特征点高程信息。

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  3线画图

  通过点云采集,完成的线画图。
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  (3)内业成图步骤

  使用点云成图软件对解算后的点云数据进行内业测图,按照项目技术设计的要求形成1:500地籍图。
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  01 cosurvey点云工程建立              02 点云叠加影像作业

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  03 点云切片成图                  04 结合三维模型查看房屋信息

  7、外业检补

  为追求高精度,还会进行外业检补、完善。
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  高程点检查
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  成果打点拉边检查

  (三)工期及效果

  整个1:500地籍图测量项目,总面积约合30平方公里,投入外业人员6人,内业处理人员18人,项目共历时46天。该项目成果平面及高程精度均达到(超过)设计要求,取得良好的社会效益及经济效益。

  (四)成果图

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  【应用案例二:粤东某地区1:500地形测量激光点云测图项目,面积70平方公里】

  (一)设备投入
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  多平台激光雷达测量系统AS-300H

  点云密度100000点/秒

  有效射程250米

  绝对精度5cm以内
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  SLAM背包扫描仪

  扫射距离100米

  绝对精度5cm以内

  无需GPS信号

  初始化时间30 sec

  续航时间3-4小时

  (二)作业流程

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  (三)外业采集
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  基站架设

  数据开始采集前,基站需要架在已知控制点上,确保数据采集过程中与基站进行联测。
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  车载数据采集

  过车载对测区进行三维激光点云数据的采集,高效轻松,大大减少的外业人员的作业强度。
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  SLAM背包扫描采集

  房屋密集GPS信号较弱区域采用背包模式对该区域进行数据采集,弥补车载没法采集 区域,两者结合保证了数据采集的完整性。

  (四)数据处理

  车载与背包处理后的点云成果

  1、点云成果
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  后处理的点云模型不仅具有高精度,还具有非常丰富的各种地物地形信息。如电线、电线杆、通讯线、通讯杆、井盖等。

  2、点云模型
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  旋转点云模型,通过强度渲染模式可以清楚看到路面的指示箭头,路中的花圃及路边线等都可清晰分辨。
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  不同地类的分界线、田埂水沟等都可清晰辨别。
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  房前屋后以及各种地方的坎,如左图箭头所示,三维点云模型上都可以清晰分辨出具体位置以及坎底坎顶的高度。

  因此,处理的三维点云模型丰富的空间信息,完全可以满足1:500地形测量的要求。

  (五)内业成图
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  通过点云水平切片技术直接勾绘房屋及地物边线,对建筑物及各种地物进行矢量化处理。
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  软件自动提取地面点高程,保证地形区域高程精度。

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  1:500地形矢量化成果图

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  1:500房屋区矢量化成果图

  (六)工期与效果

  整个项目1:500地形图测量项目,总面积约合70平方公里,投入外业人员6人,内业处理人员18人,项目共历时约3个月。通过与传统的测量的效率对比,点云测图效率综合提高8倍以上,各项精度均满足1:500地形图的要求。


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