地面激光雷达应用处理关键技术的探索

郭更生

摘 要：随着我国科学技术的发展，地面激光雷达应用日渐在各个领域展现重要作用，尤其在军事领域，其作用更是不容小觑。本文探索了地面激光雷达应用处理关键技术，希望可以为推广其应用提供借鉴。

关键词：地面激光雷达；应用处理；关键技术

一、地面激光雷达应用关键技术探索的重要意义

地面三维激光扫描仪是通过三维激光扫描技术自成体系组成的扫描仪器，同样三维激光雷达是在当今时代摄影测量等方面有着革命性的成就，是在GPS定位系统之后的又一项伟大发明，为大范围内数据的测量以及空间的监测提供了有效技术支持，与此同时更是能适应时代的发展需要、与时俱进，可以满足各个行业对数字化的需求。尤其军事上，其更加能够展现作用，其是将激光测量、pos等融于一体，可随着实际情况的要求，可组装成车载等形式的雷达系统，可以全天的、实时的、有效的、高密度以及精度的获取到大范围内的空间测量以及数据。

地面激光雷达应用，其扫描起来更加灵活，可以在短时间内快速的获取到小型零件、部件以及商品，再到大型建筑物、乡村街道甚至是对城市进行三维扫描，获取城市各方面数据，这样的操作应用在一定程度上对于城市建设的绘图、设计以及规划等方面有了推动作用，并为此城市提供灾害预防与文物的保护提供了有效保障。

二、地面激光雷达应用处理关键技术分析

（一）地面三维激光雷达多站点布置方法

对大型建筑进行扫描测量，不仅仅只是从一个方位进行扫描，而是通过设置几十个或者上百个角度方位进行测量与扫描，并且每一个方位的数据与自己局部坐标相对應，因此，这就需要将各个方位测量到的数据拼接到同一个坐标系中。例如，对某大学教学楼进行三维扫描的时候，在设计扫描方位时，选取六个方位，分别包含了图书馆儿的正北，正南，正西，正东，西北，西南这六个地理方位，测量完这六个方位的数据，进行整合，就可以获得到此大学教学楼的全部数据。

地面三维激光雷达扫描站点方位的设置需要遵循的原则为三点，他们分别是：重复性，多视角，整体性。

第一，重复性。重复性指的是在对于建筑物进行扫描的时候，每个站点应该与临战点存在着重复区域，这是为后期处理测量数据拼接和整合提供了方便。

第二，多视角。顾名思义指的就是在对于建筑物我进行扫描测量时需要从不同角度，可以通过平视，仰视，俯瞰等视角以及不同海拔高度位置进行设置站点测量与扫描，中取在最大程度上获得全范围内的扫描数据以及信息。

第三，整体性。在进行设置站点的时候，需要对测量物的体积，所处地理范围，还有扫描仪器的准确距离进行全方位的考量，将扫描仪扫描范围，扫描分辨率 等进行设置，在满足当前条件之下，用站点数量最少，所用时间最短高效地获取到此建筑物的全方位测量信息。

除此之外，还应要实事求是，因地制宜，尽量避免电线干或者树木等遮挡物的影响。根据测量模型的复杂程度，可以采取不同密度的扫描。对于复杂程度高的模型，需要采取高密度的扫描；反之，需要采取的密度的扫描。

（二）激光点云分类滤波

三维激光扫描数据最为可靠的信息就是采阳店的定位以及反射率信息，自动识别和提取环境各个部分是一项非常困难的工作，由于城市范围广，所含种类广泛与多样，更是加大了此工作的难度。根据激光扫描技术的原理，可以将激光扫描的数据进行分类，按照个站点到测量工具的水平距离通过所所处图像颜色深浅来表达，从而提出了城市激光扫描分层的处理方法，分成主要分为前景层和背景层。前景层主要指的是植物、行人、车辆以及其他建筑物；背景层主要包含的是城市主要的建筑物。

城市的遮挡物比较多，由于遮挡影响城市的自动识别与提取环境工作的顺利开展，在进行前景层在移出测量工作范围之后，背景层就会显得比较单调与空洞，这就需要在从今往后的建设模型中进行填补处理以及完善。

（三）多站点三维数据配准

多站点三位数据配准，其目标是要将同一个测量目标的测量数据在同一个坐标系中展现出来，是属于同一个目标对象，让他们在空间位置以及空间坐标匹配与叠加就可以获得到信息的互补以及达到提高测量数据的精准度。现如今的多站点三维数据配准正处于一种瓶颈的状态，现如今还没有合适的解决方案。

icp应用关键是找点对，但是因为在算法时无法获取到清晰的两个曲面重复部分，所以在进行此与算法中，降低了效率，可以从以下两个方面进行解决：

第一，在对曲面进行测量的时候，可以加你个曲面的顶点法向量与另一个曲面相交，形成的交点与该顶点组成点对。通过这样的方式，有效地增加了算法的高效性以及鲁棒性。

第二，可以通过将一个曲面延伸度传感器的视角方向投影到另一个曲面上，在一个曲面儿上找点对。通过这样的方式可以在很大程度上提高了寻找点对的效率以及速度，但是此方法和得到的测量数据精度比较差，获得的数据要很大的误差。

（四）三维几何模型生成

三维几何模型的生成在地面三维激光雷达数据处理的环节中，处于至关重要的环节，同样也是复杂程度最高的环节。地面三维激光雷达数据受到大数据量的限制与制约，在实际运用过程中往往是通过多个软件联合配合使用。比如InnovMetric软件公司的PolyWorks软件是最常见的三维大数据处理软件。由于此软件是处理大数据模型，所以占用储存空间非常大，这就需要将其进行处理与完善之后的数据对点转换格式输出，同时利用AutoCAD专业，计算机辅助设计软件对模型进行测量与简化。但是此软件不能够直接对此模型进行点云数据的获取以及处理，因此需要再安装一个插件才能够完美的完成建模工作。

三、结语

地面激光雷达的应用领域日渐拓宽，其在部队中的应用也将会越来越广泛，很多部门已经开始对其予以深入研究，并期望让其在部队建设以及防战应用中展现更大效能。当然，对于地面激光雷达中所存在的缺陷也不容小觑，只有对其予以不断改进，才能够让其助力我国部队综合战斗力更上一个新的高度。

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