RIEGL VZ—1000型三维激光扫描仪地形测量作业方法

RIEGL VZ—1000型三维激光扫描仪地形测量作业方法

本文介绍了了RIEGL VZ-1000地面三维激光扫描仪组成及工作原理，详细讲述了该软件地形测绘后处理工作流程，为用户能客观的认识与选择技术交流。

标签：RIEGL VZ-1000 地面三维激光扫描仪 点云

1引言

地面激光扫描仪技术采用高速激光测量技术，以高精度高密度离散点云形式来反射测量目标对象表面的三维形态信息，然后对点云观测数据进行处理，提取目标对象矢量化三维空间形态信息。

RIEGL VZ-1000三维激光扫描系统主要由三维激光扫描仪，软件部分包括系统控制软件和数据后处理软件RISCAN_PRO等，除此之外还配有GPS定位系统全站仪等常规测量系统为后续进行地面空间数据获取及数据拼接提供支持。

瑞格三维激光扫描仪其扫描原理是三维点云数据采集设备，主要包括激光发射器措施控制系统和测量每个激光脉冲水平角度与垂直角度根据空间三角函数的的原理计算出激光点在被测场景中的三维三坐信息，其工作原理是三维激光扫描仪发射出一个激光脉冲信号给物体表面反射后几乎沿相同的路径返向传到接收器。测程范围达到1400米，扫描精度5mm@100m。

2野外数据采集处理

数据采集包括根据扫描对象和周围环境进行设站，站点标靶点的安置采集参数的设置扫描区间（角度设置）相机分辨率等外业数据扫描等。在摆放标靶点反射片时应该形成不规则三角形或多边形一般距离控制到3-5米范围内，这样可以倾斜扫描时扫描高度大一些，一般反射片不少于3个，同时在点云容易找到标靶反射片的位置，这一点非常重要否则可能导致扫描站作废。反射片的实地坐标可配合GPS RTK采集。

3数据后处理

（1）建立工程及数据下载：下载点击工具栏“project”命令-“New”-选择工程在计算机中存贮位置并为工程命名；双击工程名在出现的对话框中点击“Instrument”命令并且在“Network”命令下设置对应扫描仪中IP地址。点击工具栏“HELP”-“download and convert”-选取需要的数据进行下载。（可右键工程名称点”check all”全选所有数据）

（2）选取反射片或公共点：在新接触RIEGL扫描仪或无明显公共特征地物的情况下不建议运用选取公共点进行点云数据的拼接，最好是每站摆设3个反射片来进行粗拼和坐标系的转换。选取反射片一般在2D视图下灰度模式中的点云数据中选取在反射片的中心点击右键，选择“create tiepoint here”输入点名称（点名称应便于记住并且与选取的公共点区分开）在2D视图中选取反射片后，可在3D视图中拖入标记的反射片来检查标记的反射片位置是否正确。

（3）导入外业实测反射片坐标：把外业RTK点（TXT格式或者CSV格式）导入TPL（GLCS）需要注意X6位Y7位； 如果我们是用选取公共点进行站站之间的粗拼，或用反射片进行粗拼，可以在TPL（GLCS）中选取所有点右键，复制到TPL（PRCS）。注意：一般我们在野外作业时都是用磁罗盘进行定向配合GPS进行数据扫描，内业一般就可以不用

进行粗拼，所以我们不用将TPL（GLCS）中的点复制到TPL（PRCS）中。

（4）粗拼：就是将站站之间的位置在一定的误差范围内重合。粗拼有三种方法，①在野外作业时都是用磁罗盘进行定向配合GPS进行数据扫描，相对位置不会发生太大的变化。某些个别站因为各种原因可能会发生相对位置变化很大的情况，我们可以通过改变某站扫描数据的X、Y、Z坐标进行粗拼。通过扫描仪中反射片坐标TPL（SOCS）与RTK所测坐标进行点与点匹配进行粗拼。将RTK所测的TPL（GLCS）在每站的TPL里面选择TPL（GLCS） 寻找“同名点”（和导入的控制点匹配）点到点，设置正确的容差和匹配点个数。②如果无法匹配的时候首先检查容差设置和匹配点数量的设置，如果还不行打开3D点云看选取的位置是否在所要选取的位置上。③如果在这一站里没有找到这三个反射片可以通过手选3个公共点与有公共部分的站进行匹配。

（5）手动拼接：在相关两站点云中分别选择至少三对同名点，通过每一站的TPL（SOCS）中的“寻找同名点功能”与其他站进行拼接。用此拼接方法时需注意设定一站为基础站，其他站一次往这站上拼，每进行一次粗拼，就要马上做一次精拼（例如scanpos001为基准站，首先在scanpos001和scanpos002的点云中选取至少三对同名点，然后在scanpos002的TPL中点击寻找同名点，勾选scanpos001站进行粗拼，之后马上对这两站进行精拼，然后在选取scanpos003与scanpos002的同名点进行粗拼）。

（6）精拼（多站点拼接）：①准备数据，在工具栏拼接命令下进行创建用于拼接的基础数据，设置参数（如果是做地形max plane error=0.02m（建筑的话为0.015）、max edge lenth=2m（建筑的话为1）、reference range=设置站站重叠长度或测程的一半）。②精拼打开多站点拼接命令，锁定基础站，如果多站已拼接好需将拼好站锁定（拼好一站锁一站），在拼接过程中一定要一站一站拼。需要设置的参数（设置搜索半径，半径大小根据粗拼的结果来定；设置误差递减，幅度不要太大；）根据计算的结果重复设置更小参数直至达

到最优结果；检查点云数据，看无明显分层即可。

（7）坐标转换：三维激光扫描仪获取的点云是以扫描仪激光发射器位置为原点的扫描坐标系（SP），每一个点的位置都能准确的在此坐标系中体现出来，将数据转换到我们测量施工坐标系中的话，就需要计算一个坐标转换参数，高精度GPS的作用就是为了提供计算坐标转换参数需要的数据。SP坐标系为每一站的扫描坐标系，gl坐标系为大地坐标系，将sp坐标系数据都统一转换到gl坐标系中。若采用每站三个反射片粗拼的方法（即粗拼方法二），首先需要删除TPL（prcs）里的所有点，之后将每一站TPL（socs）中的点复制到TPL（prcs），打开TPL（prcs）进行点对点匹配（坐标转换）。

若没有才用三个反射片粗拼的方法，可直接将每一站TPL（socs）中的点复制到TPL（prcs），打开TPL（prcs）进行点对点匹配（坐标转换）。

（8）数据分块：对于较大区域的测图，由于GPS误差、拼接误差等多方面因素的影响，外业所采集的控制点在坐标转换过程中不可能完全应用，为了提高精度我们需要将数据分为几块，保证每一块内采集的所有控制点都能在满足精度要求的情况下使用。

（9）数据合并和抽稀：在OBJECTS里面的POLYDATA中右键新建一个POLYDATA文件，然后再出现的对话框中选择所要合并的文件，并在设置中点击octree命令在increment栏中确定抽稀的间隔距离，勾选Conbine命令合并选择的数据。

（10）剔除植被打开合并好的数据，通过正视图、侧视图等删除噪点；部分选取数据，点击terrian filter 按钮，选择工程坐标系（GLCS）设置vegetation 剔除植被、mining-object剔除矿上上的物体、mining-points below terrain为剔除低于地面的点。在运行剔除植被之后，所有被计算机认为是植被的点将处于选择状态，在这当中通常会有

一些坡坎点，我们需要手动的将这些有用的点进行保留，进入选择状态，选择空五角星图标，手动选择需要保留的点。

对点云进行检查把不参与生成等高线的点（噪点、植被、房屋等）手动框选删除。

（11）选取地物点为了在CAD中描图更加明显，我们通常选取原始点云中的地物进行绘制，打开有地物点的原始点云数据，手动选择地物部分，用复制命令将这些点创建为一个新的polydata。

（12）点云附色：在原始点云数据上点击右键，选择color from image，本站拍摄的照片将会附到点云数据上，之后通过在视图中选却ture color一项查看彩色点云数据。

（13）导出点云数据：在polydata中选取处理好的数据点击右键选取export命令-选择保存类型1、选择ascii格式导出ID X Y Z，加一列逗号当高程点导入CAD；2，选择地物导出DXF格式可以作为底图导入南方CASS成图软件进行展点绘制不同比例尺地形图。

4结束语

三维激光测量技术应用越来越广泛，是近年来研究的热点，只有三维激光扫描基础知识掌握后不断完善测量技术，经过不断的探索才能广泛应用于各个领域，目前国内没有计量检验机构及各项规范要求，如何建立客观和统一的计量评判尺度，这是摆在我们面前需要和值得去探讨的问题。

参考文献

[1]黄明，郭明等.地面扫描数据处理系统的设计与实现《测绘通报》，2014（8）：55-58 .