内容发布更新时间 : 2024/11/14 14:28:23星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

浅谈地面激光雷达测绘技术在古建筑保护的应用

摘要：地面激光雷达是一种集成了多种高新技术的新型测绘手段，采用非接触式高速激光测量方式，以点云的形式获取地形及复杂物体三维表面的阵列式几何图形数据。系统主要包括激光测距系统和激光扫描系统，同时也集成ccd 数字摄影和仪器内部校正等系统。本文针对其工作原理、作业流程以及古建筑保护应用等方面进行探讨。

关键词：地面激光雷达 作业流程 点云数据处理 古建筑保护 中图分类号：tn95文献标识码： a 文章编号： 1 地面激光雷达测绘的工作原理

地面激光雷达测绘的工作原理：扫描仪对目标发射激光，根据激光发射和接收的时间差，计算出相应被测点与扫描仪的距离，再跟据水平向和垂直向的步进角距值，即可实时计算出被测点的三维坐标，并将其送入存储设备予以记录储存，经过相应软件的简单处理，即可提供被测对象的三维几何模型。主要步骤为： （1）采用激光测距方式逐点获得仪器中心至目标的斜距； （2）仪器自动读取每一点的水平角和垂直角； （3）求得每一个目标的三维坐标；

（4）利用激光发反射强度获得每一个目标的反射率； （5）利用内嵌ccd视频头，得到每一个目标的光谱值（rgb）。 图1地面激光雷达的测量原理 2 三维激光扫描测量的基本流程

1.1作业面的划分

对于大尺度、多角度的目标点云获取，好的划分不仅可以提高作业效率，还能科学地减少设站次数，进而减少配准次数，降低点云数据的整体误差。可以直接用地面三维激光扫描仪对目标进行低分辨率的快速扫描所获取反映目标的草图作为划分依据。 1.2扫描设站位置的选择

由于受仪器测程限制，如果布设的距离太近，测站次数增加使得配准次数增加，配准误差的传递影响整体几何精度，同时影响作业效率;如果布设的距离太远，每个靶标的精度下降，也会影响配准精度。为了既不影响点云精度，又最大限度提高作业效率，可以选择扫描仪的最佳扫描距离作为参考进行设站。 1.3靶标的布设

靶标的布设应结合实际扫描目标的空间分布情况。对于小尺度小范围目标，要保证靶标均匀分布在目标周围，使配准误差得到控制；对于大尺度大范围目标，应根据划分的作业面进行布设，保证作业面之间的有效拼接。 1.4扫描参数设定

扫描参数包括扫描距离、扫描的水平和垂直间隔、重复采样次数等。

3 点云数据处理方法

激光雷达扫描测量得到的为点云数据。点云是在同一空间参考系下表达目标空间分布和目标表面光谱特性的海量点集合。激光雷

达技术结合了激光测量和摄影测量的技术特点，得到的点云信息包括三维坐标（xyz）、激光反射强度（itensity）和颜色信息（rgb）。对点云数据作进一步处理，还可以得到点云的法向量。点云具备以下特点：

可量测性：可以直接在点云上获取三维坐标、距离、方位角、表面方向量，还可以进一步计算得到点云所表达目标的表面积、体积等；

光谱性：具有8bit甚至更高的激光强度量化等级和24位真彩色信息；

不规则：点云按照水平和垂直方向等角度间隔步进采样，扫描角越大，点间隔也越大，再加上各种偶然误差的影响，点云的空间分布并不规则；

高密度：由于激光雷达扫描仪的角分辨率可以达到秒级，对应得到的点云的点位间隔非常小，对于地面激光雷达可达到毫米级，对于机载激光雷达可以小于1m。

激光雷达扫描得到的点云数据往往具有数据量庞大的特点，而且在数据采集过程中不可避免的会有噪声的存在，为了提高后期点云建模处理效率以及精度，往往需要对点云进行预处理操作，如点云数据的配准、点云滤波、点云数据分割、点云特征提取、点云数据压缩等。

3.1 点云数据的配准

地面激光雷达的信息采集一方面存在前景遮挡后景的情况，另