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思拓力三維激光掃描儀實(shí)踐案例（廿三）體積測(cè)量

作者： 發(fā)布時(shí)間：2020/4/13 10:16:35

上期我們?yōu)榇蠹医榻B了思拓力三維激光掃描儀X300 PLUS在常益長高鐵項(xiàng)目隧道超欠挖分析的應(yīng)用案例，本期我們將為大家介紹思拓力三維激光掃描儀對(duì)大規(guī)模、不規(guī)則散料堆體測(cè)量的解決方案。

1 堆體體積精確測(cè)量的意義

大規(guī)模、不規(guī)則散料堆的體積測(cè)量是堆場(chǎng)管理工作的重要內(nèi)容，準(zhǔn)確獲取當(dāng)前堆場(chǎng)的散料儲(chǔ)量是企事業(yè)單位進(jìn)行儲(chǔ)備規(guī)劃和生產(chǎn)計(jì)劃安排的關(guān)鍵。

現(xiàn)有散料堆體積測(cè)量系統(tǒng)存在著盤點(diǎn)效率低、對(duì)安裝平臺(tái)依賴性強(qiáng)、測(cè)量不準(zhǔn)確等問題。利用三維激光掃描則可以快速、安全、準(zhǔn)確地獲取堆體三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算得出體積或方量，具有高效率、高分辨率、非接觸式、高精度等一系列優(yōu)勢(shì)，對(duì)國家進(jìn)行資源戰(zhàn)略規(guī)劃、能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型具有重要意義，同時(shí)為企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)安排、成本核算和效益評(píng)估提供了技術(shù)支持。

2 三維激光掃描技術(shù)優(yōu)勢(shì)

• 非接觸式的測(cè)量手段，使作業(yè)人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域；

• 外業(yè)測(cè)量用工用時(shí)少，速度快，效率高，測(cè)量穩(wěn)定，精度高；

• 可深入到任何復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境快速完成實(shí)體表面的掃描測(cè)量工作，獲取實(shí)體表面密集的、高精度的三維坐標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

• 獲取數(shù)據(jù)方便快速，可將數(shù)據(jù)完整地傳輸至計(jì)算機(jī)，不需空三加密等后處理操作即可獲得被測(cè)物體三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

• 數(shù)據(jù)的可挖掘性強(qiáng)，多用性好，應(yīng)用廣泛：使用相關(guān)專業(yè)軟件，可以將原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理成工程所需的多樣化成果，如等高線、數(shù)字高程模型、高精度被測(cè)物體表面積、剖面圖、縱斷面、橫斷面等；

• 分辨率高，細(xì)節(jié)描述清晰，可以最大程度保證體積計(jì)算精度；

• 一鍵式體積計(jì)算、自動(dòng)化輸出報(bào)告。

3 整體流程

外業(yè)設(shè)站掃描

使用X300 Plus三維激光掃描儀在野外作業(yè)時(shí)，設(shè)置測(cè)站后人員即可通過無線連接操控儀器。儀器通過發(fā)射和接收被測(cè)物體表面反射的激光獲取目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)點(diǎn)（點(diǎn)云），人員可遠(yuǎn)離被測(cè)物體，真正實(shí)現(xiàn)所見即所得，大大提高測(cè)量效率和保證作業(yè)人員的安全。操作簡單，可以在短時(shí)間內(nèi)快速掌握。

外業(yè)掃描設(shè)站保證重疊度不低于30%，設(shè)站采用快速掃描模式，掃描視場(chǎng)角為180°，存在低洼或與上下站不通視的區(qū)域需要加站掃描；掃描的同時(shí)利用RTK測(cè)量掃描儀測(cè)站坐標(biāo)，以便內(nèi)業(yè)自動(dòng)化拼接和定向操作。

內(nèi)業(yè)拼接和定向

檢查點(diǎn)云數(shù)據(jù)無誤后（防止丟漏數(shù)據(jù)、下載數(shù)據(jù)不完整），導(dǎo)入點(diǎn)云和RTK測(cè)站數(shù)據(jù)（點(diǎn)云和RTK測(cè)站數(shù)據(jù)名稱必須保持一致），采用帶GPS坐標(biāo)的自動(dòng)化拼接對(duì)各測(cè)站數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，再對(duì)所有點(diǎn)云進(jìn)行定向，然后對(duì)所有點(diǎn)云進(jìn)行合并，最后檢查數(shù)據(jù)。如需要可進(jìn)行抽稀和去噪處理。

激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)分類，提取地面點(diǎn)

成果點(diǎn)云數(shù)據(jù)是整體反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)，會(huì)有諸多如草、木、車輛、人員等非地面的點(diǎn)云，計(jì)算體積前必須予以清除才能保證體積計(jì)算的精度。Si-Scan支持自動(dòng)化點(diǎn)云分類和自動(dòng)化地形模型恢復(fù)，這樣方便查驗(yàn)分類效果和后期人工干預(yù)。

導(dǎo)入起算面，一鍵式體積計(jì)算

起算面由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量或用戶直接提供，一般是帶有三維坐標(biāo)的一組坐標(biāo)點(diǎn)，Si-Scan可以直接識(shí)別，并輸出體積計(jì)算報(bào)表。

4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理流程

外業(yè)測(cè)量完成后，通過無線下載得到原始數(shù)據(jù)后，按照以下流程對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行處理。

內(nèi)業(yè)自動(dòng)化點(diǎn)云預(yù)處理

外業(yè)采集得到激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，內(nèi)業(yè)預(yù)處理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，一鍵式導(dǎo)入點(diǎn)云數(shù)據(jù)，邊緣蜷曲、中值濾波等一系列預(yù)處理過程后臺(tái)自動(dòng)化運(yùn)行。

自動(dòng)化拼接

拼接是數(shù)據(jù)后處理的關(guān)鍵一環(huán)，既要強(qiáng)調(diào)效率又要保證精度?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境地形地貌差異小，同名像點(diǎn)人工無法選擇；手動(dòng)拼接人工工作量大，難以保證精度。

為了解決這些問題，Si-Scan采用全新算法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化拼接，無需人工選取同名像點(diǎn)，更不需要額外設(shè)置標(biāo)靶球等輔助工具。其中帶GPS測(cè)站坐標(biāo)的自動(dòng)化拼接為拼接精度提供更強(qiáng)有力的保證。

沙坑地形相似，手動(dòng)拼接難以選取同名像點(diǎn)

使用自動(dòng)化拼接，確認(rèn)拼接次序后自動(dòng)運(yùn)行

自動(dòng)拼接完成，按測(cè)站以不同顏色顯示，方便檢查

點(diǎn)云恢復(fù)模型效果良好，沒有重影和錯(cuò)位

點(diǎn)云平差定向

Si-Scan支持點(diǎn)云定向，選取需要定向的測(cè)站數(shù)據(jù)，利用定向功能一鍵式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平差和定向，定向后即可獲取實(shí)測(cè)地理坐標(biāo)。

點(diǎn)云分類，自動(dòng)化地形模型恢復(fù)

體積計(jì)算我們關(guān)注的是地面點(diǎn)，實(shí)際測(cè)量當(dāng)中難免有植被、建筑、人員、車輛等地表附屬物存在，這樣如果不予以清除則必然會(huì)對(duì)體積測(cè)量的精度造成影響，利用Si-Scan平面約束分類，可自動(dòng)對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行分類，提取地面點(diǎn)。

再利用快速化地形模型恢復(fù)功能可重建數(shù)字高程模型，這樣不僅可以直觀的查看點(diǎn)云分類效果而且還可以三維可視化編輯。利用編輯好后的DEM點(diǎn)云數(shù)據(jù)計(jì)算體積，則可以最大程度保證計(jì)算精度。

分類后效果，紅色為地面點(diǎn)，白色為草木等噪聲點(diǎn)

支持體積計(jì)算，自動(dòng)化輸出報(bào)告

Si-Scan后處理軟件支持自動(dòng)化體積計(jì)算，并能根據(jù)設(shè)置自動(dòng)輸出報(bào)告，輸出報(bào)告也可根據(jù)用戶要求定制開發(fā)，另外軟件也支持平整面計(jì)算。

支持定制開發(fā)

后處理軟件由思拓力自主研發(fā)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，完全支持定制開發(fā)。

5 成果展示

點(diǎn)云數(shù)據(jù)：高程渲染

數(shù)字高程模型：高程渲染

6 配置清單

X300 Plus技術(shù)參數(shù)
激光類型	脈沖式
最大測(cè)距（m）	80%反射率，≥300
最小測(cè)距（m）	80%反射率，2
掃描光學(xué)系統(tǒng)	豎直面旋轉(zhuǎn)鏡面，水平面旋轉(zhuǎn)基座
角度分表率	1.35′
掃描速率（p/s）	≥40,000
激光等級(jí)	ClassI
激光波長(nm)	915
回波模式	單次回波
激光發(fā)散度(mRad)	0.37
掃描視場(chǎng)(°)	水平360，垂直180；可加載垂直旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(垂直360)
水平測(cè)角分辨率(°)	0.0225 º
垂直測(cè)角分辨率(°)	0.0225 º
測(cè)距精度（mm）	＜5mm @ 50m；＜30mm 300m
系統(tǒng)重量（㎏）	≤6.5kg（不含電池）
工作溫度（℃）	從-10℃到50℃
存儲(chǔ)溫度（℃）	從-25℃到80℃
供電方式（V DC）	內(nèi)置電池
平均功耗（W）	12V,40W
攝像機(jī)分辨率(pixel)	內(nèi)置專業(yè)數(shù)碼相機(jī)，像素≥1070萬像素
單個(gè)電池工作時(shí)間	5h
電池?cái)?shù)量	2塊
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(GB)	32GB（可擴(kuò)充至64G）
數(shù)據(jù)傳輸方式	WIFI、USB接口、支持無線傳輸
防水等級(jí)	IP65
操作模式	Wi-Fi無線連接、通過智能手機(jī)或平板電腦界面實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控
補(bǔ)償器	改正范圍±10°，精度20秒的傾斜補(bǔ)償器
數(shù)據(jù)后處理軟件	SI-SCAN 擁有軟件著作權(quán)
播報(bào)系統(tǒng)	人聲語音播報(bào)
觸摸屏操作	LED觸屏控制系統(tǒng)
單站測(cè)量速度	平均5分鐘
與GNSS聯(lián)合作業(yè)	自帶快速釋放器，掃描儀通過旋轉(zhuǎn)螺紋裝卸GNSS，使用更加方便
3D全景展示	可量測(cè)的3D全景匯報(bào)展示系統(tǒng)

8 思拓力后處理軟件介紹

Si-Scan是用于機(jī)載、車載、地面激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)管理、顯示、分析、表達(dá)與處理的集成化地理空間解決方案。

思拓力X300 Plus處理軟件Si-Scan基于Windows平臺(tái)，集大場(chǎng)景數(shù)據(jù)管理、智能化編輯操作、三維建模、以及模型驅(qū)動(dòng)和特殊效果引擎于一身，為快速三維場(chǎng)景重建、漫游、虛擬現(xiàn)實(shí)和視景仿真提供了全面的解決方案。8
思拓力后處理軟件介紹

軟件整體界面

軟件優(yōu)點(diǎn)

• 海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)支撐；
• 真正的激光點(diǎn)云三維可視化；
• 迅捷的地物特征識(shí)別與提取，智能靈活的線面矢量模型生成與編輯；
• 強(qiáng)大的后期處理工具；
• 數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率提高。

實(shí)現(xiàn)功能

支持txt ,las ,e57, ptx等格式導(dǎo)入；
可對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行粗差點(diǎn)剔除、均勻化抽稀、點(diǎn)云分割、水平面糾正等預(yù)處理
可刪除指定高度點(diǎn)云、刪除距離掃描中心指定點(diǎn)云等功能；
可通過點(diǎn)云制作全息影像；
支持選點(diǎn)拼接、三面拼接、GPS+一個(gè)面拼接、GPS+二個(gè)面拼接、二維影像拼接、標(biāo)靶球拼接等拼接方式，并支持選點(diǎn)GPS定向；
支持點(diǎn)云兩點(diǎn)、多點(diǎn)量測(cè)、面積量測(cè)、高度量測(cè)和坡度量測(cè)；
支持點(diǎn)云平面約束分類、TIN漸進(jìn)加密分類和絕對(duì)高程分類法；
支持點(diǎn)云體積計(jì)算、平整面計(jì)算；
支持測(cè)圖功能，點(diǎn)云立面線提取、桿狀地物提取、單個(gè)面片擬合線、多個(gè)面片擬合線等功能，能結(jié)合CAD在線聯(lián)機(jī)測(cè)圖；
支持DEM計(jì)算、等高線計(jì)算和水平剖分點(diǎn)云等功能；
軟件支持批處理，可導(dǎo)出txt、las、dat等格式；
支持自動(dòng)化立面線提取，可導(dǎo)出2D、3D矢量圖（DXF格式）；
專業(yè)用于三維激光掃描數(shù)據(jù)后處理；
支持內(nèi)置相機(jī)照片自動(dòng)貼附點(diǎn)云，點(diǎn)云帶有RGB屬性；
可自定義虛擬測(cè)站，任意選取另存點(diǎn)云；
可進(jìn)行點(diǎn)拼接（粗拼），根據(jù)空間假定模型的重合度自動(dòng)精拼；
支持基于點(diǎn)云生成漫游視頻；
支持自動(dòng)化斷面線制作；
支持點(diǎn)云自動(dòng)化拼接；
自定義虛擬掃描；
支持橫截面制作與編輯；
支持三維量測(cè)（面積、體積、距離）以及智能化標(biāo)注；
支持地理配準(zhǔn)和自由選取測(cè)量參照點(diǎn)；
支持點(diǎn)云平差、姿態(tài)互換；
支持點(diǎn)云多樣化顯示。