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533彩票注册TrimbleX7 地面三维激光扫描仪与UAV整合应用—四四南村

TrimbleX7 地面三维激光扫描仪与UAV整合应用—四四南村

利用地面三维激光扫描仪进行数据收集时,常常在户外扫描结构物、树林或地形等具有高低落差的目标物时,会难以获得结构物的屋顶、树冠层、或因地形高低起伏而被挡住的低地势表面数据,在这样的工作流程中,如果可以搭配无人飞行载具(UAV)的空拍资料,就能补足地面三维激光扫描仪所收集不到的点云资料。

利用UAV进行数据收集

近年来无人飞行载具(UAV)的发展日新月异,相较于有人飞机与卫星影像而言,不仅成本较低,并且操作容易、具有高空间分辨率、较不受天气影响等特色,种种优点也使其被广泛应用在各种领域,如:环境或地形变化监测与测绘、纪录片拍摄、运送货物、监视系统等。
在与地面三维激光扫描仪搭配的应用上,通常会利用航线规划并拍摄多张影像的方式来进行,拍摄时须让每张影像具有足够的重迭率以利后续的影像拼接作业,再经由内业的后处理软件运算,即可得到影像拼接的成果。现在的空拍影像后处理软件,如:UASMasterPix4Dmapper等,都具有将影像数据产制出点云的功能,就可以与地面光达所收集的点云数据做整合。

四四南村正射影像

外业工作流程:
1.
拍摄区域与航线规划

2.
控制点坐标定位

可以让影像数据具有绝对坐标,降低影像拼接的误差


此次控制点测量使用的是TrimbleR8s LT GNSS接收仪。R8sLT具有三星系220个通道,VRS-RTK水平误差8mm与垂直误差15mm的高定位精度,再加上IP67的防护等级,让用户能在各种天气环境获得精准的定位数据。
UAV
拍摄工作时间约25分钟,7个点的控制点测量时间约15分钟,65张相片内业后处理时间约90分钟。


地面三维激光扫描仪的点云数据处理

就目前市面上的架站式扫描仪而言,一般的扫描仪都无法在外业将不同扫描站的数据进行拼接,需要利用内业的点云后处理软件(如:TrimbleBusiness CenterTrimbleRealworks),将各站的点云数据进行拼接,拼接的方式有自动拼接或手动拼接两种。

自动拼接

自动拼接具有作业快速的优点,但缺点是拼接误差仰赖外业的站点挑选与现场环境特征点多寡而决定,各站之间的点云数据除了需要足够的重叠率,也需要有足够的共同特征点以供软件辨识,例如:在狭长的走廊或隧道、整片的空地、林地等环境特征变化不大的地方进行扫描,非常容易尽管站与站之间点云重叠率够高,但无可辨认的共同特征点而无法自动拚接,或拼接误差较手动拼接大。

手动拼接

手动拼接则是内业人员利用人工辨识的方式,在软件中标示不同站之间的三个以上共同特征点。如下图为利用TrimbleBusinessCenter的点云编辑模块进行手动拼接画面,左上区块为基准站(红色),右上区块为待拼接的移动站(绿色),下方区块则为利用颜色表示两站的点云数据相对位置,在标示两站至少三个共同特征点后,就可以将两站的点云数据拼接在一起。

image009.png
内业工作时间:18站数据自动加手动拼接工作时间约3小时,拼接误差6mm

TrimblePerspective外业软件中手动拼接

然而,TrimbleX73D扫描仪所搭配的外业软件—Perspective,却可以在外业现场进行点云自动拼接,当每一站扫描完成后会自动与上一站或选择的站位数据做拼接,当无法自动拚接时,除了可以手动拼接外,最重要的是可以现场检查站位的点云数据是否共同特征点不足,可以在现场就进行资料补测,这样能大量减少回到办公室后进行点云拼接时才发现点云数据不足,而再次往返作业现场补测的时间与人力成本。

点选两站点云资料中的两个共同特征点


建立两站点云数据的链接,手动拼接完成


TrimbleX7与UAV的点云数据整合

image015.png

在地面三维激光扫描仪与UAV资料的整合应用上,当我们在点云后处理软件中将TrimbleX7的扫描数据,与空拍影像产制的点云资料两者拼接时,可以使用手动拼接或赋予点云绝对坐标的方式来进行拼接。

X7的点云资料
UAV的点云资料


手动拼接
如上述所说,手动拼接是利用人工辨识的方式,标示不同点云数据之间的三个以上共同特征点。下图为利用TrimbleRealworks软件进行手动拼接的画面,画面左上区块为X7的点云资料(红色),右上区块为UAV的点云数据(绿色),下方区块则为利用颜色表示两站的点云数据相对位置。
X7
UAV点云数据拚接误差约35mm,作业时间约30分钟。
image021.png
赋予点云绝对坐标
一般的架站式或手持式的地面三维激光扫描仪,其点云的三维坐标都是相对位置的虚拟坐标,但如果可以将这些点云数据赋予地理上的绝对坐标,那也可以将不同笔的点云数据进行拼接。在外业的工作流程与UAV差不多,可以在点云资料涵盖范围内的地面特征点上利用GPS进行坐标资料收集,在内业的后处理软件中再赋予这些点云特征点绝对坐标。
由于无人机影像数据在处理时就已经将控制点坐标赋予在照片上了,因此我们只需要赋予X7的点云数据绝对坐标信息,再将UAV拍摄的照片所产制的的点云数据导入就完成拼接了。下面为TrimbleBusinessCenter的操作接口。X7UAV点云数据拚接误差约30mm,作业时间约30分钟。
工作流程:

导入控制点


导入X7点云数据。左区块为平面视角,右区块为3D视角。


将控制点坐标标示在点云上


点云数据移动到绝对坐标上


导入UAV点云数据,即与X7数据迭合


工作流程与时间:
-
外业工作时间:
TrimbleX7
外业现场扫描:2小时
UAV
空拍作业:25分钟

控制点测量:10分钟

-内业工作时间:
UAV
影像后处理:90分钟
X7
点云资料拼接:3小时。如果架站数据可于外业自动拼接,即可省去此三小时。
X7
UAV点云资料迭合:30分钟
-
内外业工作时间总和:

一般架站式扫描仪:7小时35分钟(可能有重返现场补测数据的风险!)

X7扫描仪:4小时35分钟





电   话: 010-62553066
010-62565779(总机)

传   真: 010-62566652

测量部:400-172-5117

测定部:400-820-5501

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