硕士学位论文—基于三维激光扫描的桥梁监测方法研究 - 图文(6)

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2.3 实验仪器介绍

2.3.1 Trimble GXTM三维激光扫描系统介绍

本文研究所使用的实验仪器是Trimble GXTM三维激光扫描仪，由美国天宝公司生产的一种先进的测量仪器，它使用高速激光和摄像机捕获坐标和图像信息。Trimble GXTM三维激光扫描系统主要由扫描仪主机(图2.6)、基座、控制器(笔记本电脑或掌上电脑(Pocket PC机))、连接扫描仪和数据控制器的以太网电缆、电源供应系统(包括电源连线、电池模块和交流变压器以及带有AC电缆的超紧凑式供电电源)、扫描仪配套软件系统(RealWorks Survey和Point Scape)以及平面标靶组成(图2.7)。

图2.6 Trimble GXTM三维激光扫描仪 图2.7 Trimble GXTM三维激光扫描平面标靶

扫描仪具体指标可以分为技术指标、系统指标、物理指标和环境指标四个方面。 (1) 技术指标

①测量距离：标准模式200m，加长模式可达350m(Over Scan)。 ②扫描速度：最高达5000点/秒。

③扫描标准差：扫描距离小于50米时标准差为1.4mm，扫描距离50m-100m时标准差为2.5mm，扫描距离100m-150m时标准差为3.6mm，扫描距离150m-200m时标准差为6.5mm。

④单点精度：100m处单点定位精度为12mm。 ⑤测角精度：水平角为12″，竖直角为14″。

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第二章 三维激光扫描系统及影响点云精度因素分析

⑥表面建模精度：±2mm(取决于建模方法)。

⑦仪器整平：三角基座中的水准管精度为8′，双轴补偿器补偿6′，仪器实时自动整平补偿。

⑧数据完好性：实时温度补偿以及大气自动改正。 ⑨扫描分辨率：50m内光斑尺寸为3mm。

⑩扫描点间距：5m时可达0.3mm，15m时可达0.9mm，25m时可达1.5mm，100m时可达3.2mm。 (2) 系统指标

①激光类型：脉冲为532nm的绿色激光。 ②视野范围：360°×60°。

③光学技术：专利的扫描光学技术，Ⅲ级激光。 ④文件传输：USB连接到外接设备。

⑤数字影像：实时一体化的彩色摄像机，5.5X的光学缩放。 (3) 物理指标

①扫描仪：尺寸为323深×343宽×404高mm，重量13.0kg，功耗小于100w。 ②电源：尺寸为169深×65宽×37.5高mm，重量0.7kg。

③运输箱：尺寸645深×490宽×435高mm，重量14.2kg。可以飞机托运。 (4) 环境指标

①操作温度：0℃-40℃。 ②存储温度：-20℃-50℃。

③光线限制：可以在各种光线下操作。

2.3.2 Trimble GXTM三维激光扫描系统软件

Trimble GXTM三维激光扫描仪配套的软件包括外业采集数据软件Point Scape和内业数据处理软件RealWorks Survey。 (1) Trimble Point Scape软件

Point Scape是控制Trimble GXTM三维激光扫描仪外业获取数据的专业软件，它可以在笔记本电脑或Pocket PC运行，具有许多先进的扫描功能，表2-2列出了一些常用的功能。

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表2-2 Point Scape软件功能

选项 测量校正 取景 矩形取景 摄像机缩放控制 球型目标、平面目标和单点测量 预先设置或者定制扫描设置 扫描选项 返回密度或彩色点云 预估扫描时间和分辨率控制 现场录像 自动全景 自动扫描成像 快速交互式录像、全景或者图像取景 多边形取景 其他选项 多扫描取景 平面目标和球形目标自动配准 实时3D 显示、拖动和缩放点云 显示扫描位置 真彩色或者点云密度图形显示 模拟的表面底色和环境光线 观测值和反向计算 功能 电子整平、双轴补偿、大气改正 (2) Trimble RealWorks Survey软件

Trimble RealWorks Survey数据处理软件除了具有基本的显示、窗口排列和编辑等功能外最主要的是它具有独特的三大模块：Registration(配准)模块、Office Survey模块和Modeling(建模)模块。它能够配准、观察、探测、处理点云数据，融合了许多精密工具，可用于特征建模和特征授权，适合于民用测量、建筑、遗产和法庭应用，另外也可以应用于地理空间行业的许多不同的领域。三大模块组成了RealWorks Survey强大的数据处理功能。

Registration(配准)模块功能是将采集到的不同测站点云进行配准。三维激光扫描仪在任意架站进行扫描时，每站测量都是以扫描仪位置为原点的独立坐标系，如果多站扫描同一目标，那么每个测站的点云数据也是独立的，这就需要点云配准，Registration模块可以实现多站数据配准，在配准模块中，点云的配准方法有基于点云的配准和基于目标的配准。基于点云的配准方法是选取两站数据，在两幅点云数据中手动选取3个同名点进行配准；基于目标的配准方法是把两站或多站点云中共同的平面或者球形标靶进行匹配。同时在配准模块中还可以进行目标分析和大地基准分析，可以输入标靶高度、标靶的绝对坐标，可以把点

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第二章 三维激光扫描系统及影响点云精度因素分析

云转换到大地坐标系中。最后可以导出配准报告。

Office Survey模块可以进行点云多种处理分析。主要功能有：平面切割、面与面检测、面与模型检测、面与曲线检测、生成等值线、纵横切面分析、多义线绘图、2维多义线检测、容积计算、拟合、创建三角网、正射(多面)投影、图像校准投影等。

Modeling(建模)模块是将处理好的点云进行建模分析，主要功能有：基于点云的建模器工具、几何体生成器工具、几何体修改、相交工具等。

2.3.3 Trimble GXTM三维激光扫描数据格式

Trimble GXTM三维激光扫描仪扫描的数据中不但包括点云X、Y、Z三维坐标，还包括亮度信息I、色彩信息R、G、B以及在各坐标轴方向的法向量Nx、

Ny、Nz。RealWorks Survey三维激光处理软件本身自定义格式有*RWP、*PPF、*PCF，输出格式支持*ASC、*DXF、*DGN、*OBJ、*PTC、*KMZ等，获取的点云数据很方便在Auto CAD、Excel、3D MAX以及其他三维激光扫描处理软件中调用处理。

2.4 影响点云精度因素分析

影响点云精度的因素很多，从误差的角度来看，地面三维激光扫描系统测量误差可分为系统误差和偶然误差两种类型。系统误差引起三维激光扫描点的坐标偏差，可通过公式改正或修正系统予以消除或减小；偶然性误差则是一些随机性误差。三维激光脚点测量误差的影响因素较多，大致可分为三类：仪器误差、与目标物体反射面有关的误差和外界环境条件的影响。仪器误差是仪器本身性能上缺陷造成的测量误差，主要包括激光测距的误差和扫描角度测量的误差；与目标物体反射面有关的误差主要包括目标物体反射面倾斜的影响和表面粗糙度的影响；外界环境条件的影响主要包括温度、气压等环境因素的影响。

下面详细分析对在数据获取以及数据处理过程中对点云精度影响较为普遍的各项因素。

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2.4.1 测量距离和角度影响

激光测距信号处理的各个环节都会带来一定的误差，特别是光学电子电路中激光脉冲回波信号处理时引起的误差，主要包括扫描仪脉冲计时的系统误差和测距技术中不确定间隔的缺陷引起的误差。脉冲计时的系统误差造成循环、混淆现象与测距的凸角误差相类似，测距技术中不确定间隔更可能造成数据突变，目前可运用一些较好的技术(如频率倍乘、微调)处理这种突变的误差。激光测距误差的综合体现为测距中的固定误差和比例误差两部分，通过仪器检定可以确定测距误差的大小。确定仪器误差可以判断仪器的稳定性，在使用三维激光扫描仪过程中，一般根据扫描仪规定的测程来制定扫描距离 …… 此处隐藏：2364字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……