探究三維激光掃描技術(shù)

肖敏 孫白勇

摘要：為了將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于植物對(duì)象的掃描中，現(xiàn)從植物三維建模的角度，采用三種不同類型的激光掃描儀掃描植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，以植物的葉片為此次的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。本實(shí)驗(yàn)設(shè)備探索了三維激光掃描技術(shù)在植物數(shù)據(jù)采集和三維模型重建中的應(yīng)用，全面分析了不同掃描儀的應(yīng)用機(jī)會(huì)和技術(shù)特點(diǎn)，探討了掃描實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理中存在的問(wèn)題，并提出相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描;數(shù)字植物;植物建模;點(diǎn)云模型

引言

三維激光掃描技術(shù)的成熟和掃描設(shè)備的廣泛應(yīng)用使其成為三維建模數(shù)據(jù)采集的重要途徑和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。對(duì)于其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，專業(yè)的研究人員根據(jù)實(shí)際情況提出了解決方案，主要體現(xiàn)在基于點(diǎn)的建模、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理、特征提取以及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)中的誤差分析等方面。

在虛擬與現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域中，植物是重要的建模研究對(duì)象，尤其是在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和虛擬農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，對(duì)植物的建模提出了要求。在虛擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行植物三維建模，但是，對(duì)于植物三維空間信息的快速、準(zhǔn)確、高效地獲取是當(dāng)前要解決的問(wèn)題。現(xiàn)階段，對(duì)于植物建模的方法一般是通過(guò)人工測(cè)量數(shù)據(jù)以及數(shù)字化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，而傳統(tǒng)的植物建模方式在數(shù)據(jù)的采集反面速度較慢，不精確，不能滿足現(xiàn)代數(shù)字植物建模的準(zhǔn)確性和真實(shí)性要求。

1、三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是一種新的數(shù)據(jù)采集方法，也可以稱其實(shí)景復(fù)制技術(shù)。點(diǎn)云模型具有精度高、速度快、三維掃描等優(yōu)點(diǎn)，可以快速完整地重建點(diǎn)云模型，在工程測(cè)量、逆向工程、虛擬建模等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

在激光測(cè)距的基礎(chǔ)上，通過(guò)三維激光掃描儀的輔助對(duì)激光進(jìn)行發(fā)射，獲得的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)是在專業(yè)的設(shè)備以及測(cè)量的方法上進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)，將其稱為三維激光掃描技術(shù)。三維激光掃描技術(shù)能夠在適當(dāng)?shù)木嚯x下快速準(zhǔn)確地獲取靜態(tài)物體的三維信息，并能滲透到復(fù)雜的工作環(huán)境中，為快速構(gòu)建復(fù)雜物體的空間框架提供了方便的途徑。

2、工作項(xiàng)目

2.1普查內(nèi)容

本次項(xiàng)目是通過(guò)市政綠化信息與地理空間信息的有效整合，實(shí)現(xiàn)城市市政綠化綜合業(yè)務(wù)管理。普查范圍及內(nèi)容包括高新區(qū)規(guī)劃建設(shè)范圍內(nèi)公共綠地、市政道路綠化。結(jié)合本項(xiàng)目客觀條件要求，原則上擬分為轄區(qū)內(nèi)市政道路綠化養(yǎng)護(hù)范圍相關(guān)全作業(yè)（含高新區(qū)養(yǎng)護(hù)及市園林局養(yǎng)護(hù)范疇）和公園公建普查綠化總面積及喬木總棵數(shù)調(diào)查二類作業(yè)內(nèi)容。為了完整、系統(tǒng)地做好該項(xiàng)工作查明市政綠化數(shù)據(jù)信息，完善高新區(qū)市政綠化數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)市政綠化數(shù)據(jù)做詳細(xì)的普查和入庫(kù)工作。

2.2測(cè)量?jī)x器

本次高新區(qū)市政綠化普查采用三維激光掃描儀、GoPro全景攝像機(jī)與無(wú)人機(jī)航飛相結(jié)合的新技術(shù)方法。

本次測(cè)量采用的ZEB-HORIZON手持式掃描儀是一款由GeoSLAM公司開(kāi)發(fā)基于SLAM算法的移動(dòng)手持式掃描儀。

100米的測(cè)程讓它非常適合于城市街道、園林等環(huán)境的掃描，并且每秒30萬(wàn)的掃描速度可以采集到更多的場(chǎng)景信息，得益于高精度的SLAM匹配算法可以保證精度控制在3CM左右。靈活多樣的搭載方式、極為簡(jiǎn)單的操作流程，可以更快速的高效率的完成移動(dòng)測(cè)繪。

3、內(nèi)業(yè)處理

3.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)

基于三維掃描儀點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)提取高度、胸徑、冠幅、坐標(biāo)位置等準(zhǔn)確信息將區(qū)域內(nèi)的樹木信息通過(guò)批量導(dǎo)出統(tǒng)一整理作為基礎(chǔ)原始數(shù)據(jù)。

3.2正射影像圖

部分公園等區(qū)域基于正射影像圖提取灌木、地被等面狀數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)原始數(shù)據(jù)。

3.3全景攝影機(jī)影像

通過(guò)GoPro全景攝影機(jī)獲取的影像資料對(duì)喬木、灌木、地被等種類進(jìn)行辨認(rèn)。將辨認(rèn)的種類數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整合輸出成果。

4、項(xiàng)目總結(jié)

通過(guò)三維激光掃描儀的使用，大大提高了外業(yè)采集人員的采集效率，并且降低了數(shù)據(jù)采集的錯(cuò)誤率。

再結(jié)合GoPro全景攝像機(jī)拍攝全景視頻，對(duì)綠化要素相對(duì)不是特別密集的道路兩旁數(shù)據(jù)通過(guò)全景視頻識(shí)別品種，大大的降低了外業(yè)調(diào)繪的工作量，提高了效率。

相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算嚴(yán)格的以圖層數(shù)據(jù)為依據(jù)，提交的成果中包含了各個(gè)步驟產(chǎn)生的中間文件。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)城市的綠化指標(biāo)大多主觀或客觀的存在計(jì)算方法不透明，數(shù)據(jù)來(lái)源依據(jù)不清晰等問(wèn)題，很多城市官方公布的綠化指標(biāo)的可信度無(wú)法判斷。該項(xiàng)目的完成，不僅對(duì)市政綠化數(shù)據(jù)信息化管理起到了示范作用，對(duì)綠化指標(biāo)更嚴(yán)格的以真實(shí)數(shù)據(jù)為依據(jù)，使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)定義來(lái)計(jì)算，有利于建設(shè)真實(shí)的生態(tài)園林城市！

5、工作的收獲和建議

一份好的工作，帶給你的鍛煉或者成長(zhǎng)，足以影響你未來(lái)的人生。這份工作不僅讓我的責(zé)任心變強(qiáng)了，也讓我有了一定的耐心和毅力去面對(duì)周圍的事情，無(wú)論是工作上還是生活上。如果你覺(jué)得自己沒(méi)有在成長(zhǎng)，那就反思一下，自己待的環(huán)境太過(guò)于舒適了，不想逃離，不想進(jìn)一步的挑戰(zhàn)。總之，我始終認(rèn)為，人的成長(zhǎng)都是建立在經(jīng)歷過(guò)許多磨難的事情上的。人生本來(lái)就是不易的，懂得去面對(duì)這樣的不易，坦然去接受，去改變，你就獲得不一樣的自己。

作為一個(gè)剛接觸社會(huì)的畢業(yè)生，最重要的就是自我學(xué)習(xí)和思考的潛力。在成飛瑞鵠一樣的環(huán)境中，有我們很多學(xué)習(xí)和思考的地方，這就需要我們自我持續(xù)一顆學(xué)習(xí)、思考的心。首先在技術(shù)方面，要刻苦的補(bǔ)充自我的不足沒(méi)認(rèn)真對(duì)待工作，時(shí)時(shí)刻刻的思考和學(xué)習(xí)，同時(shí)在企業(yè)的環(huán)境中，更要學(xué)習(xí)他們先進(jìn)的管理和人文文化，以豐富自我的社會(huì)知識(shí)和管理文化知識(shí)。這樣能夠?yàn)樽晕胰蘸蟮穆殬I(yè)生涯打下良好的基礎(chǔ)。

很多東西我們初到社會(huì)才接觸，所以我們此刻不能再像以前那樣等待更好機(jī)會(huì)的到來(lái)，要建立起先就業(yè)再擇業(yè)觀。就應(yīng)盡快丟掉對(duì)學(xué)校的依靠心理，學(xué)會(huì)在社會(huì)上獨(dú)立，敢于參與社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)，敢于承受社會(huì)壓力，使自我能夠在社會(huì)上快速成長(zhǎng)。再就是時(shí)常持續(xù)一顆學(xué)習(xí)、思考的心。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目編號(hào)：202013963006Y