地面激光雷達(dá)應(yīng)用處理關(guān)鍵技術(shù)的探索

郭更生

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，地面激光雷達(dá)應(yīng)用日漸在各個領(lǐng)域展現(xiàn)重要作用，尤其在軍事領(lǐng)域，其作用更是不容小覷。本文探索了地面激光雷達(dá)應(yīng)用處理關(guān)鍵技術(shù)，希望可以為推廣其應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：地面激光雷達(dá)；應(yīng)用處理；關(guān)鍵技術(shù)

一、地面激光雷達(dá)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)探索的重要意義

地面三維激光掃描儀是通過三維激光掃描技術(shù)自成體系組成的掃描儀器，同樣三維激光雷達(dá)是在當(dāng)今時代攝影測量等方面有著革命性的成就，是在GPS定位系統(tǒng)之后的又一項(xiàng)偉大發(fā)明，為大范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的測量以及空間的監(jiān)測提供了有效技術(shù)支持，與此同時更是能適應(yīng)時代的發(fā)展需要、與時俱進(jìn)，可以滿足各個行業(yè)對數(shù)字化的需求。尤其軍事上，其更加能夠展現(xiàn)作用，其是將激光測量、pos等融于一體，可隨著實(shí)際情況的要求，可組裝成車載等形式的雷達(dá)系統(tǒng)，可以全天的、實(shí)時的、有效的、高密度以及精度的獲取到大范圍內(nèi)的空間測量以及數(shù)據(jù)。

地面激光雷達(dá)應(yīng)用，其掃描起來更加靈活，可以在短時間內(nèi)快速的獲取到小型零件、部件以及商品，再到大型建筑物、鄉(xiāng)村街道甚至是對城市進(jìn)行三維掃描，獲取城市各方面數(shù)據(jù)，這樣的操作應(yīng)用在一定程度上對于城市建設(shè)的繪圖、設(shè)計以及規(guī)劃等方面有了推動作用，并為此城市提供災(zāi)害預(yù)防與文物的保護(hù)提供了有效保障。

二、地面激光雷達(dá)應(yīng)用處理關(guān)鍵技術(shù)分析

（一）地面三維激光雷達(dá)多站點(diǎn)布置方法

對大型建筑進(jìn)行掃描測量，不僅僅只是從一個方位進(jìn)行掃描，而是通過設(shè)置幾十個或者上百個角度方位進(jìn)行測量與掃描，并且每一個方位的數(shù)據(jù)與自己局部坐標(biāo)相對應(yīng)，因此，這就需要將各個方位測量到的數(shù)據(jù)拼接到同一個坐標(biāo)系中。例如，對某大學(xué)教學(xué)樓進(jìn)行三維掃描的時候，在設(shè)計掃描方位時，選取六個方位，分別包含了圖書館兒的正北，正南，正西，正東，西北，西南這六個地理方位，測量完這六個方位的數(shù)據(jù)，進(jìn)行整合，就可以獲得到此大學(xué)教學(xué)樓的全部數(shù)據(jù)。

地面三維激光雷達(dá)掃描站點(diǎn)方位的設(shè)置需要遵循的原則為三點(diǎn)，他們分別是：重復(fù)性，多視角，整體性。

第一，重復(fù)性。重復(fù)性指的是在對于建筑物進(jìn)行掃描的時候，每個站點(diǎn)應(yīng)該與臨戰(zhàn)點(diǎn)存在著重復(fù)區(qū)域，這是為后期處理測量數(shù)據(jù)拼接和整合提供了方便。

第二，多視角。顧名思義指的就是在對于建筑物我進(jìn)行掃描測量時需要從不同角度，可以通過平視，仰視，俯瞰等視角以及不同海拔高度位置進(jìn)行設(shè)置站點(diǎn)測量與掃描，中取在最大程度上獲得全范圍內(nèi)的掃描數(shù)據(jù)以及信息。

第三，整體性。在進(jìn)行設(shè)置站點(diǎn)的時候，需要對測量物的體積，所處地理范圍，還有掃描儀器的準(zhǔn)確距離進(jìn)行全方位的考量，將掃描儀掃描范圍，掃描分辨率 等進(jìn)行設(shè)置，在滿足當(dāng)前條件之下，用站點(diǎn)數(shù)量最少，所用時間最短高效地獲取到此建筑物的全方位測量信息。

除此之外，還應(yīng)要實(shí)事求是，因地制宜，盡量避免電線干或者樹木等遮擋物的影響。根據(jù)測量模型的復(fù)雜程度，可以采取不同密度的掃描。對于復(fù)雜程度高的模型，需要采取高密度的掃描；反之，需要采取的密度的掃描。

（二）激光點(diǎn)云分類濾波

三維激光掃描數(shù)據(jù)最為可靠的信息就是采陽店的定位以及反射率信息，自動識別和提取環(huán)境各個部分是一項(xiàng)非常困難的工作，由于城市范圍廣，所含種類廣泛與多樣，更是加大了此工作的難度。根據(jù)激光掃描技術(shù)的原理，可以將激光掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，按照個站點(diǎn)到測量工具的水平距離通過所所處圖像顏色深淺來表達(dá)，從而提出了城市激光掃描分層的處理方法，分成主要分為前景層和背景層。前景層主要指的是植物、行人、車輛以及其他建筑物；背景層主要包含的是城市主要的建筑物。

城市的遮擋物比較多，由于遮擋影響城市的自動識別與提取環(huán)境工作的順利開展，在進(jìn)行前景層在移出測量工作范圍之后，背景層就會顯得比較單調(diào)與空洞，這就需要在從今往后的建設(shè)模型中進(jìn)行填補(bǔ)處理以及完善。

（三）多站點(diǎn)三維數(shù)據(jù)配準(zhǔn)

多站點(diǎn)三位數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，其目標(biāo)是要將同一個測量目標(biāo)的測量數(shù)據(jù)在同一個坐標(biāo)系中展現(xiàn)出來，是屬于同一個目標(biāo)對象，讓他們在空間位置以及空間坐標(biāo)匹配與疊加就可以獲得到信息的互補(bǔ)以及達(dá)到提高測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。現(xiàn)如今的多站點(diǎn)三維數(shù)據(jù)配準(zhǔn)正處于一種瓶頸的狀態(tài)，現(xiàn)如今還沒有合適的解決方案。

icp應(yīng)用關(guān)鍵是找點(diǎn)對，但是因?yàn)樵谒惴〞r無法獲取到清晰的兩個曲面重復(fù)部分，所以在進(jìn)行此與算法中，降低了效率，可以從以下兩個方面進(jìn)行解決：

第一，在對曲面進(jìn)行測量的時候，可以加你個曲面的頂點(diǎn)法向量與另一個曲面相交，形成的交點(diǎn)與該頂點(diǎn)組成點(diǎn)對。通過這樣的方式，有效地增加了算法的高效性以及魯棒性。

第二，可以通過將一個曲面延伸度傳感器的視角方向投影到另一個曲面上，在一個曲面兒上找點(diǎn)對。通過這樣的方式可以在很大程度上提高了尋找點(diǎn)對的效率以及速度，但是此方法和得到的測量數(shù)據(jù)精度比較差，獲得的數(shù)據(jù)要很大的誤差。

（四）三維幾何模型生成

三維幾何模型的生成在地面三維激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的環(huán)節(jié)中，處于至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，同樣也是復(fù)雜程度最高的環(huán)節(jié)。地面三維激光雷達(dá)數(shù)據(jù)受到大數(shù)據(jù)量的限制與制約，在實(shí)際運(yùn)用過程中往往是通過多個軟件聯(lián)合配合使用。比如InnovMetric軟件公司的PolyWorks軟件是最常見的三維大數(shù)據(jù)處理軟件。由于此軟件是處理大數(shù)據(jù)模型，所以占用儲存空間非常大，這就需要將其進(jìn)行處理與完善之后的數(shù)據(jù)對點(diǎn)轉(zhuǎn)換格式輸出，同時利用AutoCAD專業(yè)，計算機(jī)輔助設(shè)計軟件對模型進(jìn)行測量與簡化。但是此軟件不能夠直接對此模型進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取以及處理，因此需要再安裝一個插件才能夠完美的完成建模工作。

三、結(jié)語

地面激光雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域日漸拓寬，其在部隊(duì)中的應(yīng)用也將會越來越廣泛，很多部門已經(jīng)開始對其予以深入研究，并期望讓其在部隊(duì)建設(shè)以及防戰(zhàn)應(yīng)用中展現(xiàn)更大效能。當(dāng)然，對于地面激光雷達(dá)中所存在的缺陷也不容小覷，只有對其予以不斷改進(jìn)，才能夠讓其助力我國部隊(duì)綜合戰(zhàn)斗力更上一個新的高度。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳健武，全思博，全燕鳴，郭清達(dá).雙二維激光雷達(dá)相對位姿的標(biāo)定方法[J].中國激光，1-11.

[2]陳貴賓，高振海，何磊.車載三維激光雷達(dá)外參數(shù)分步自動標(biāo)定算法[J].中國激光，1-9.

[3]張迪，李家存，蔣瑞波，劉紹堂.地面激光與探地雷達(dá)相互結(jié)合應(yīng)用研究進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2016，（06）：2767-2776.

[4]聶延壘.全波形地面激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)分解研究[J].福建電腦，2015，（02）：67-70.