测绘装备在近些年有着突飞猛进的发展,三维激光扫描仪的身影越来越多的与测绘地理信息等相关专业人员为伴,大家在不断赞叹技术先进、便利的同时,也时常会遇到诸如以下列举的一些小烦恼:
烦恼1:
使用三维激光扫描仪采集较为平坦地形的三维数据,即使是拥有着几公里测程的长距离三维激光扫描仪,每一站扫描下来,获取到的数据可能也就是半径几百米,这将长测程三维激光扫描仪的主要性能大打折扣,在类似情况下,难以显示出其与短测程扫描之间所存在的优势。
烦恼2:
很多项目由于采集任务繁重,测区面积庞大,需要数据采集人员通过大量的测站搬动来覆盖整个测区,这也是令人十分苦恼之事,不仅效率低,工作量也非常大。针对于这类项目,很多人考虑到移动测量,这当然是非常好的思路,在精度要求不那么苛刻的测量任务中,移动测量给大家带来了非常大的帮助,但对于一些精度要求高的项目来讲,不得不返回头来继续固定站方式的三维激光扫描工作流程。
烦恼3:
对于潜心于建筑文化遗产保护项目应用的朋友们,在使用固定站式三维激光扫描仪实施项目的时候,为了能够以正射角度精准采集古建筑表面点云数据以及高清照片数据,可能都经历过搭架子、爬梯子、租用升降吊车,站在高处不胜寒之地给设备整平等种种吧,其实这些的确让人烦恼,而且人身安全和工作效率都难以保障。
烦恼4:
辛苦了大半天,回到办公室以后,点云数据的拼接工作仍有烦恼,大量的测站,庞大的点云数据,仿佛无数的标靶球、标靶反射片让拼接工作变得耗时、费力,还可能会出错。软件的自动化拼接功能并不是在所有情况下都能行之有效,想要稳稳地完成项目,不返工,不输质量,还是建议使用更具把握的控制点。
关于三维激光扫描仪的应用有这么多烦恼,该如何解除?接下来向大家介绍如标题所说的“更高、更远、更快、更准、更好”的应用方案,希望对三维激光扫描技术的众多应用人员有帮助。
测程打折扣和频繁搬站这两个问题是相互关联的,测得不远,又想要数据全,肯定是要不惜代价的通过架设更多测站的方式来覆盖测区。对于此类问题,一定程度升高扫描仪的测站高度,便可以良好的解决。在较为平坦地区进行地形测绘,如果扫描仪的高度从1.8米升高到7.8米,会有怎么样的变化呢?
这是一组2km长测程三维激光扫描仪的实测数据,图中黄色竖线长度为5.7米,也就是通过模拟,将扫描仪脉冲激光发射器的位置升高了5.7米。图中红色直线为较低仪器高状态下,扫描仪采集最远点时的出射角度,将该激光束保持其原有角度不变,上移5.7米,即得到扫描仪升高5.7米后,激光束的发射状态,如图中绿色直线所示。
图片中可以看到测站周边的电线杆,面包车,以此给大家一个比例参照。
如上图,基于较低仪器高采集的最远点高程,建立一个水平面,激光束在升高发射位置前、后所产生的两条直线,与该水平面分别有两个不同的交点。以测站为圆心,交点到测站的距离为半径,分别绘制两个圆,即得出仪器高度升高前、后,扫描仪采集到的点云数据范围。
如上图,最外围黄色圈到中间红色圈之间有317米,这是扫描仪升高后比原来增加的测程。扫描仪升高前的测程为367米,从模拟结果来看,扫描仪升高5.7米,测程几乎可比原来提高了将近一倍!较为关键的一点是绿色圈的半径,因为这部分点云数据的密集程度较高,对于后期应用来讲,数据内容更丰富,更便于实施更多方面的应用,我们称这部分为有效数据,也就是说扫描仪高度的提升,能够增大有效数据获取的半径。
根据前面的测试结果可以得出结论:扫描仪架设高度的提升,不仅能够增大扫描仪的有效测程,更有利于保证数据的丰富性和有效性,且由于反射角度的增大,更有助于保证数据采集的精准度。
如果非要扣个题的话,这就是“架得更高、测得更远”。
如何升高扫描仪?请看图:
室内无gnss定位,可安装扫描仪定位架
这种方式可以将扫描仪的高度一下子升高6米!有人担心它会晃,如果你注意到图中有三根绳索,它们的作用就是帮助扫描仪平稳下来的。且高度在不需要升至6米时,可任意设定想要的高度。更有意思的是,这种装备上配备了一个“打气筒”,只要你将活塞装置拉起,按下,几次操作,延长杆就可以轻松升高了!有没有怀念以前给自行车胎打气的岁月,在此有机会重温了!
如果担心扫描仪架在顶上不容易整平,前面图片中有没有留意到扫描仪下端还有一个底座,那是一个自动化整平的装置,非专业测量人员的福利,手动整平的这一测量基本功都可以被忽略!再加上这两个耀眼的小黄轮,一整套数据采集装备就可以轻松自如的跑起来!大大免除了测站转换,设备拆装搬运之苦。不过想要扣住题目中的“跑得更快”光靠上图中的小黄轮还不达标,肯定是要机动车才更加有效!
上图中你发现了吗?原来自动化全站仪也可以配套使用!
车顶这根壮实的金属杆其实也是自动伸缩装置
前面提到过,如果论跑得快,这种方式是快不过移动扫描车的,但如果要论精度,固定站扫描更胜一筹!与传统地面架站式的扫描流程相比,这种方式当然跑得快!关于如果进行精度控制,看到以下方法,便自然明白了。
反射标靶的位置是随时通过gnss rtk来定位的,不管车辆停在什么位置进行扫描,标靶的位置都可以随时获得。
扫描仪顶端也安装了与gnss rtk相连接的适配装置,直接实现了通过rtk定位测站坐标的功能。对于测量专业的人员来讲,有了测站点,有了后视点,坐标系就确定了,准确拼接就不再成问题。话说我也很想开着一辆land rover去采集数据!当然,就算是land rover,停在山坡上,它也是倾斜的,但好在车顶上安装了自动化的整平基座,所以扫描仪的整平也无须担心了!整平下图中这个倾斜角度是不在话下的:
再拉近了看看这个标靶装置,双重的整平基座,只要你肯整,它就肯平!以此扣题“又准确”
为避免长篇大论,我们最后扣一下题“又漂亮”!这种方式,由于其采集点云数据的视角比较有条件进行灵活定义,因此在数据采集过程中可选择更恰当的视角点来架设扫描仪。想要数据漂亮,很大程度上取决于给您带来视觉影响照片数据,如果可以正面拍摄被测目标的照片,其效果当然会好很多,因此,恰当的视角点为扫描仪照片的采集创造了条件。关于漂亮,数据的全面获取也非常关键,不然东缺一块,西少一块的,可能也就不会漂亮了吧。
现场数据采集
综合以上各个方面,前文提到的关于三维激光扫描仪应用过程中的各种小烦恼,可以说基本良好的解决了。不论你用的是哪个品牌、型号的三维激光扫描仪,都适用。如此一来,你的三维激光扫描仪即可架得更高、测得更远、跑得更快,数据又准确又漂亮!
这一系列方法广泛适用于大面积地形图测绘、地籍测绘、不动产测绘、建筑工程测量、建筑文化遗产保护、市政基础设施建设等相关实景三维数据采集应用领域。
让你的三维激光扫描仪旋转起来吧!
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