文档介绍：三维激光扫描技术在绍兴柯岩景区“云骨”项目中的应用
燕樟林,竺建平,张忠鑫
(浙江华东水电测绘有限公司, 杭州 310030)
摘要:本文详细介绍了三维激光扫描仪在绍兴柯岩“云骨”的数据采集和内业处理的全过程,满足了柯岩“云骨”重心测定及应力分析等的需要,为施工爆破对云骨的影响评价提供了可靠的数据支撑。
关键词:云骨;激光扫描仪;点云;三维模型
概述
受绍兴柯岩风景区管委会的委托,要求对风景区内的天下第一石—“云骨”进行三维建模工作,需对云骨进行360度全方位数据获取并建立三维模型,模型化后的精度达到±10mm。以满足因景区周边施工爆破对云骨可能产生的影响进行评估。评估工作主要是对云骨重心的测定及应力方面等的分析。
绍兴柯岩风景区坐落于绍兴城西12公里处的柯山脚下,柯岩风景区是以采石遗景为特色的石文化景区,始于隋唐,距今已有1000多年的历史。柯岩以云骨最为奇绝,号称天下第一石,从平地上直插云霄,形体曲折,上宽下窄,宛如一座颠倒过来的宝塔。云骨高30余米,底围仅4米,最薄处不足1米。
为了尽可能准确、翔实的反应云骨的状态,同时又尽量的保护文物本身,我们采用了当今最为先进的非接触测量技术手段——利用三维激光扫描技术来全面获得云骨的表面数据(包括密集点云数据和高分辨率真彩色影像数据)。
图1
数据采集及加工处理
激光扫描仪介绍
本次作业采用的三维激光扫描仪为奥地利Riegl公司研制的型号为LMS-Z420i的仪器,其系统由:三维激光扫描仪、数码相机、升降台、旋转平台、电源等附件及配套软件等构成。
仪器的有效测程为2m-1200m,激光等级为Class 1,测量精度优于±5cm,测量速度可达12000点/秒,扫描角度为80° x 360° 。最重要的是配备了高精度、专业数码相机,用于实现影像数据与点云数据的(准)同步获取。
该款扫描仪所配备的相机是Nikon D100专业型数码相机,有效像素数可达到600万,相机通过特制的支架连接到激光扫描仪的顶端。扫描仪和相机都通过数据线缆与笔记本连接,由软件对其实现控制。
野外数据采集
反射体的布设
反射体的布设主要是为了进行多测站数据之间的有效拼接,布设的原则与传统控制测量中的高级控制点的布设非常类似,即以满足网形结构最优为准则,此外,要求相邻测站之间的同名反射体的数目不少于3个,最佳个数为4-6个。
本次作业布设了6个测站,从6个不同的视点分别对“云骨”进行三维激光扫描,由于通视条件有限制,布设的反射体总数目为8个,相邻测站之间的同名反射体数目位于4-6之间,可以较好地保证数据的拼接。
仪器检校
基本的仪器检校工作如精度检测等工作均是在作业之前完成的,在此不多述。作业过程中进行的仪器检校仅限于点云数据与影像数据之间的配准,即使得影像上的地物特征点与点云数据上的地物特征点在同一坐标系下实现精确重合。
场景预扫描
在精细扫描之前,先执行一遍粗扫描(也叫预扫描)往往是由必要的。因为粗扫设定的扫描分辨率很低,可以快速的完成场景的360度扫描,获得场景的整个轮廓。在此基础之上,框选出需要精扫的区域(下图红线范围内),重新设定扫描分辨率至合适的数值(本次扫描分辨率设定为物方1毫米)。
图2
点云及影像数据的(准)同步获取