机载和车载式激光扫描技术2011-03-04 16:26:18 作者：admin来源：浏览次数：为将基础设计方案作为设计规划的基础，用于地区通道巴苏木的改建和扩建工程，需要借助直升飞机和车辆上安装的测量系统来提取存档数据，并用CARD/1进行处理，准备用于设计。
测量控制中要遵守RAS测量规范中对于这一测量方法的准确度要求。
同样这一测量方式的安全性、便捷性和节约成本的特点都为您的设计拓宽了发展空间。
在交通车辆范围内对存档数据进行提取，这种操作模式对测量提出了特殊的挑战和要求。
需要采取安全防护和隔离措施，才能允许并可能执行测量操作。
尽管已提供了安全保护措施，在道路或轨道区域内进行的工作，对于测量小组而言仍然是危险的。
而且几乎就不可能做到在毫无干扰的情况下完成一次测量操作。
此外，测量作业还经常会对交通运行状况造成影响，特别是在车流量非常大的高速公路或主干线上根本不能长时间封锁车道。
下面介绍了一种测量方法，可以允许在道路交通中安全无干扰的完成测量，并同时可为道路设计提取适宜的基础数据，而且还满足了RAS测量规范的准确度要求。
项目在已设计的OD Bassum的改建和扩建工程中，要将路段的长度从11.64km缩短为10.037km，下萨克森州政府下属的道路施工和交通部门、尼恩堡的业务部（Dipl.-Ing. Bernd Habermann）共同承担了任务，完成工程所需的测量工作，并建立基础设计图作为整体设计的基础资料。
这一任务的重要组成部分就是借助车载扫描仪（MLS）和机载扫描仪（ALS），完成一条1.3km长的地图通道的存档数据提取。
并基于国家特殊的“编码2000“完成已提取点云的矢量化操作。
利用大地坐标控制测量方式，除了可提交证明，而且用这种组合式的数据采集方法也可达到一定的准确度要求，并且允许在道路设计方案中使用扫描数据。
机载扫描技术(ALS) 和车载扫描技术(MLS)为完成点数据和图片数据的采集，需要利用直升飞机和车辆上安装的测量系统来执行测量。
在这一过程中需要用到TopEye (ALS)和Streetmapper (MLS)两种系统。
ALS/MLS系统基本上是由下面几种组件构成的：▲GPS, INS/IMU▲一台或多台激光扫描仪▲照相机和录像机系统▲用于MLS的计程仪(Wegmesser)由于车载系统的照相机图片对于高精度要求的项目而言，通常都只能用于识别对象。
并且由于行驶速度，要求仪器必须要达到相当高的数据采集频率。
因此照相机系统通常配备的是中等的分辨率（2-4百万分辨率）。
相对而言，飞机上装配的激光扫描系统就配备了一台高分辨率并且已校准过的照相机（Rollei AIC，39百万分辨率）。
这两种系统都可在最短的时间内为长路段设施准确的提取存档数据。
由于车载式测量系统较高的扫描频率，并且测量车是与行驶中的车流“一同行驶“的，因此避免了对交通状况造成影响。
飞行为了从空中提取尽可能高分辨率的航拍图，并保存激光扫描数据，飞行过程中只能保持到地面150m的高度。
在两条平行线路上方完成的飞行测量保证了为以后的分析操作准备一个足够宽的走廊带。
对于航拍数据可以达到下面的分辨率：航拍图：地表分辨率2cm点云：大约为每平方米50个测量点行驶测量车辆可沿两个行驶方向完成对每条行驶轨迹的测量。
数据采集速度受交通状况影响，在30km/h到50km/h之间。
基于较低的速度进行统计，两台扫描仪(测量频率为200000点/秒)采集的点密度为每平方米3000个测量点。
两种照相机系统都是沿行驶方向架设的。
在行驶方向上还可增加一台录像机，记录整个过程。
对测量数据的分析在结束了飞行和行驶过程后，测量数据就已准备完毕。
然后需要将激光扫描数据转换到本地的坐标系中，并自动进行分类。
对分类后的结果进行一次可视的检查，或者进行一次手动的后续编辑，都可保障已准备的点的数据质量。
两种扫描系统的激光扫描数据可组合使用，因此在后续的分析过程中，可使用一个点密度非常高的3D点云。
从航拍过程得到的单张图片计算出一张均衡的图片组合图，然后在地面线上进行调整。
作为结果，高分辨率，拥有几何数据参考的航拍照片，在整个项目区中会将地表的分辨率仅以2cm的单位显示。
测量车辆上两台照相机所采集的数据也要按照地理数据完成编码，，因此也可在完成数位化的过程中使用。
可将这些图片数据换算为正交像片，但是由于数据采集方向的差别，以及照相机镜头会对图像产生一定程度的变形扭曲。
因此推荐您在软件中使用点云来完成数据注释和颜色确定。
准确度直升飞机和测量车辆的位置确定操作，通过对GPS/GLONASS观测的分析在后处理进程中完成。
这里使用的测量操作，与RTK计算方法中相同，测量系统位置所设置的准确度在平面位置和高程中大约为2-3cm。
为此需要检查系统中限定的错误成分，这样道路设计的结果才能达到一定的准确程度。
为了更好的配置图片数据和激光扫描数据，在相应基准点或控制点的采集区域中要借助GPS、全站仪和抄平等工具来确定配置。
因此可以在局部范围内确定车道标记，或者在侧向车道的高速公路上确定特殊标记。
测量操作可以与基准点的确定操作一同执行，用于以后的施工措施。
对于巴苏姆的一条1.3km长的通道，需要确定大约20个地面控制点。
通过一次转换操作要在平面和高程中优化ALS和MLS测量的测量数据。
在这里要将MLS扫描数据的高程准确度确定为±1 cm (1σ)，ALS扫描数据的准确度确定为± 1,5 cm (1σ)。
正交像片的平面位置准确度要优于1个像素，也就是优于± 2 cm。
为了让最终的结果能够维持已达到的准确程度，需要对10个横断面进行测量。
对明确定义的点的比较，从两种测量方法出发可达到的最大差值为2cm。
同样在另一个项目中的调查研究也检验了这一准确度。
因此在一个长度为2km的四车道道路上，大约要将500个以全站仪确定的测量点，与基于MLS和ALS 数据确定的点进行比较。
这一研究的结果将平面位置以及高程的准确度设定为± 1,5 cm。
参考对地面基准点的测量，组合使用ALS/MLS数据，得到的结果对于设计规划方案而言，不仅仅能够达到足够的准确程度，而且也满足了RAS测量规范的要求。
存档数据基于航拍数据和车载测量数据，要在CARD/1中分析所有相关的存档数据。
借助高分辨率的航拍图，可根据平面位置提取地理数据，并根据预设内容为矢量单元确定属性。
在区分对象的过程中，例如针对交通指示牌，可构成测量车辆的图片信息和影像信息。
通过使用点云，可为每个对象确定一个高程，在道路区域中使用移动式扫描仪获取的数据，在外围区域中使用直升机安装的扫描仪所采集的数据。
作为结果，获取了三位的点对象、线对象和面积对象。
这样获取的断裂边缘以及剪切后的点云仍然可作为一个高准确度的数字地面模型生成。
用CARD/1可调用一种软件，通过组合使用ALS/MLS数据完成对存档数据的整体分析过程。
除了对正交像片的可视化管理和数位化操作，也可简单的调用和编辑点云。
为不同国家的特殊对象确定属性的操作，地面模型的建立或者以及ALK/ALB数据的录入都不会对任务委托人造成问题...为什么使用ALS和MLS数据？这两个测量系统从非常不同的视角提取了地形数据。
直升机上安装的扫描仪系统大约位于距地面150m的高度，而车辆上的扫描仪距地面距离仅仅为2-3m。
因此从空中提取的激光扫描数据对于道路侧向的区域也是必要的。
陡坎或沟渠使用车辆上的激光扫描仪才能完成部分采集，因为这部分道路构造物通常位于道路水平面以下。
同样对象的数位化也可完全以点云为基础来完成，只是较为困难。
如出水口或小水沟这一类的对象，在密集显示激光扫描数据的情况下很难甚至完全无法识别。
相对于车辆上的扫描仪提取的图片，高分辨率的航拍图在设计中也更加高效。
计算方法和系统决定了，行驶过程中采集的正交像片所能达到的准确程度仍然无法低于2cm。
ALS/MLS计算方法可同时为另外五个其他的道路设计项目成功的完成设计测量操作。
激光扫描数据在设计过程中是基础资料，例如用于设计一个节点、联邦高速公路和高速公路的路面翻新工程以及桥梁施工工程。
同样，在调用基于测量技术建立的基础设计方案，为汉堡的BAB A7公路在隧道和边界间改建为一条六车道或八车道的线路，这一切操作都要借助ALS和MLS系统数据。
结果观测这里所描述的计算方法能够做到按照全站仪的精度来完成存档数据的采集。
此外，允许在道路区域以及轨道区域中几乎毫无干扰的执行完一次测量任务。
作为标准测量的剩余价值，还存在正交像片、点云以及照相机数据和录像数据。
这点可用于其它细节方面的分析操作，以及对分析过程的完整性和正确性进行控制。
同样这一计算方法节约的成本，特别是其计算的快速程度也是值得一提的。
当然，动态测量系统节约的成本并不是很明显。
当然省略了昂贵的道路封锁措施，并且可组合一次性测量多个小项目，也是对成本的大幅度削减措施。
如果两个系统都能够正确的“在行驶中或在飞行中”，那么每日就可轻松的采集100km 的数据。
即使是在德国，虽然车流量非常大，交通网也非常的密集，但是也可使用并实施这一测量方法。
当然还存在很多其他的应用功能，在运行过程中也可快速显示。
ALS系统TopEye. 直升机安装了一套复杂的系统，用于以三维形式采集数据。
安装了MLS系统Streetmapper的车辆，用于采集道路表面和邻近区域的数据。
包含彩色标记存档对象的3D点云Bassum地下通道的高精度数字地面模型。