车载激光扫描技术研究与应用现状

摘要：近年来，随着三维激光扫描技术的不断发展和完善，车载激光扫描技术的应用越来越广泛。本文针对车载激光扫描技术，概述了该技术的工作原理，系统组成，处理流程，工程应用以及今后的发展。

关键词：车载激光扫描系统 应用现状

0 引言

三维激光扫描技术是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命，又被称为实景复制技术。它突破了传统的单点测量方法，具有快速，非接触式，渗透，实时，动态的，主动的，高密度，高精度，数字化，自动化等特点。三维激光扫描技术可以获取高精度高分辨率的数字地形模型，因为它能够提供扫描物体表面的三维点云数据。按照载体的不同，三维激光扫描系统又可分为机载、车载、地面和手持型几类。在许多环境下，车载激光扫描系统就可以克服利用地面激光测量系统扫描而造成的费时费力的问题，例如对大范围的区域进行制图。

1 车载三维激光扫描系统的组成

在普通车的顶部的行李架上稳固连接车载三维激光扫描系统的传感器部分，或者直接在车顶直接加装一个定制部件的过渡板。激光传感器头、数码相机、IMU与GPS天线的姿态或位置可以通过车顶支架调整。传感器头与导航设备间的相对姿态和位置关系靠高强度的结构保证。

2 车载三维激光扫描系统的工作原理

车载激光扫描系统是将激光扫描仪与GPS、IMU联合使用。在测量的过程中，GPS测量记录道路两侧目标地物在世界坐标系的位置，激光扫描仪则负责记录影像纹理、形状距离，另外，还需要记录测量车行进的方向角以及行进过程中的加速度，可以计算任一时刻在每个方向上的速度，为IMU提供一些参数，从而可以采集到车载平台在任意时刻下的行进状态。同时，GPS会实时记录下测量车在世界坐标系下的坐标位置，这一位置为绝对位置，激光扫描仪会实时记录下测量车到道路两侧目标建筑物的相对距离和测量的角度，这个距离是激光脉冲发射点到目标地物表面的距离，根据几何关系，可以很容易的计算得出任一时刻，激光扫描脉冲发射点到目标建筑物的距离。利用空间和时间上的检校信息，就可以整合得到目标地物表面在世界坐标系下的绝对坐标，从而实现在没有任何参考点的情况下，动态、实时地获取道路两侧目标地物表面的三维信息的功能。

3 车载三维激光扫描系统的研究现状

近年来迅速发展起来三维激光扫描技术，这一高新技术已经有许多西方发达国家将它应用于对敌观测系统和快速获取特定目标的立体模型。目前，许多国际研究机构都投入了大量的人力，物力和财力，进行相关技术的研究和开发。详细情况见表1。

4 车载三维激光扫描系统的应用

现如今，车载三维激光扫描系统已经被越来越多的应用到各行各业。它可以完成大区域地形图测量；交通部门可以利用它进行事故的勘测，规划部门可以进行森林的计测，军事部门进行实战电脑模拟，建筑部门还可以进行各项建筑的实景建模。在2008年4月，在希腊从雅典到克林斯曼对一条长达120km的公路进行了详尽的测量工作。这项工程是在CAD中将主要的地物特征重建，用来扩建一条新的高速公路。整个过程中以每小时50km的车速，测量了9.8亿个点，仅仅花费了3个小时。

同时间段，英国的Leicester利用车载三维激光扫描系统将很多有科学价值的历史建筑物区域建模并完成归档，耗费的时间不长，但是达到了很高的精度。

国内某矿区，利用三维激光扫描仪制作了详实的矿区三维模型，结合地质、水文、采矿等数据，可用于开采方量计算、开采设计、回填方案制定、稳定性分析等矿山安全生产的多个方面。先进的法如三维激光扫描仪可在短期内完成大量的数据采集工作，结合强大的矿山后处理方案，是建设三维数字化矿山的必备工具。

5 车载三维激光扫描系统的发展

车载三维激光扫描系统作为测绘科学的领先产品，是一种直接主动式测量方法，受天气条件的影响少，作业安全，作业周期快，易于更新，时效性强，而且，在数据处理后，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。从现在的形势来看，车载激光扫描系统基本涵盖测绘的各个领域。但是其自身还存在很多不足，如：系统获得的数据具有分布不规律，坐标不连续；用于普通地形测量的系统所发射的激光脉冲很容易被水吸收而很难产生发射光，因此，该系统难以确定水系的边界；到目前为止，还没有一套通用的作业规范和流程；目前LiDAR系统的价格昂贵，也一定程度上限制了该系统的普及应用。基于以上的缺陷，车载三维激光扫描仪的发展或许会有以下的趋势：仪器的研制国产化，点云数据处理软件的公用化，与其他测量设备如GPS、全站仪的联合测量。

参考文献：

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