朱清海，黃承亮，李凱

(重慶市勘測院，重慶 400020)

基于EPS 2008及地面三維激光掃描點云數(shù)據(jù)進行斷面線提取

朱清海?，黃承亮，李凱

(重慶市勘測院，重慶 400020)

基于EPS 2008軟件平臺進行二次開發(fā)，實現(xiàn)了對三維激光掃描點云數(shù)據(jù)進行斷面數(shù)據(jù)提取，提出了基于三維激光掃描技術進行快速斷面測量的作業(yè)流程、方法，并通過工程實例進行了驗證，其驗證結果表明采用三維激光掃描技術進行斷面測量提高了工作效率，同時也很好地彌補了常規(guī)斷面測量點位密度不足的問題，保證了斷面測量精度，其方法可實施性強。

三維地面激光掃描；點云；數(shù)據(jù)處理；斷面數(shù)據(jù)；EPS 2008

1 引 言

三維激光掃描技術可以分為星載、機載和地面激光掃描技術三種，本文主要基于地面三維激光掃描數(shù)據(jù)進行研究。地面三維激光掃描技術主要是利用激光測距原理來獲取目標數(shù)據(jù)，激光掃描的點云數(shù)據(jù)包含三維坐標、顏色、反射率等信息。地面三維激光掃描儀的發(fā)展和應用，為人們獲取豐富的局部地面空間信息提供了一種全新的技術手段，它是一種非接觸式主動測量系統(tǒng)，可進行大面積高密度空間三維數(shù)據(jù)的采集，具有測量點位精度高、采集空間點的密度大、速度快等特點，且融合了激光反射強度和物體色彩等信息。地面三維激光掃描儀使測繪從傳統(tǒng)的單點采集變?yōu)楦呙芏?、連續(xù)、自動獲取，大大地增加了信息量，提高了工作效率，拓寬了測繪技術的領域?？梢哉f地面三維激光影像掃描技術是繼GPS空間定位技術后的又一項測繪技術革新[1]，使測繪數(shù)據(jù)的研究內(nèi)容、研究方法進入了新的發(fā)展階段。

斷面測量是各種工程測量的一個重要組成部分，無論是鐵路、公路，還是橋梁、隧道的建設，都需要進行斷面測量。目前應用較多的是全站儀斷面測量和GPS RTK斷面測量，它們都是單點接觸測量，速度相對較慢，對于一些高精度、高密度、危險地段的斷面測量顯得無能為力。本文以Riegl VZ-1000三維激光掃描儀應用于公路斷面測量為例，論述點云數(shù)據(jù)的獲取、數(shù)據(jù)處理以及基于EPS 2008軟件平臺二次開發(fā)技術進行斷面數(shù)據(jù)提取進行研究。

2 數(shù)據(jù)采集方案

2.1 控制點的布設

隨機點云處理軟件在點云拼接時基本上都具有根據(jù)掃描站對象的公共面片進行拼接、根據(jù)已知測站點和定向點坐標進行拼接以及根據(jù)掃描公共特征點進行拼接等功能。在控制測量時我們必須根據(jù)斷面測量對象以及測量區(qū)域地形特征選擇合適的控制布點方案。具體方案大致分為以下三種情況:

(1)在測量區(qū)域特征地物較多，拼接可以以特征地物進行拼接時，控制點主要以控制區(qū)域整體精度為前提，對于帶狀區(qū)域一般應布設在帶狀區(qū)域兩端和中間，帶狀區(qū)域過長時中間適當加密。

(2)在測量區(qū)域特征地物較少，拼接只能以公共面片進行拼接時，帶狀區(qū)域控制點一般呈導線形式布設，方形區(qū)域控制點應呈中心輻射狀布設。

(3)如掃描儀提供同軸RTK連接裝置，也可以同步測量各測站點的控制坐標。

2.2 掃描分辨率的確定

掃描分辨率直接影響掃描數(shù)據(jù)的密度，同時影響掃描的時間和提取對象的精度，所以掃描分辨率設置時必須綜合考慮以上因素。若進行精細模型的提取時，設置的分辨率必須能識別模型的最小曲率變化；若進行一般工程測量時則應以能控制地貌、地物特征變化為原則。通常情況下，我們采用距離控制，設定已知距離的采樣間距，設置時需考慮目標測量區(qū)域至測站的最大距離和要求間距，在進行一般斷面測量時，其掃描采樣間距一般設置100 m處為5 cm。

2.3 作業(yè)流程

以基于三維激光掃描儀隨機處理軟件及EPS 2008平臺進行斷面測量、數(shù)據(jù)處理為例，進行流程分析，其作業(yè)按照以下流程進行:

圖1 點云數(shù)據(jù)采集與處理流程

3 軟件功能開發(fā)

以隨機軟件進行拼接、坐標轉(zhuǎn)換、影像配準、去噪后的數(shù)據(jù)為基礎，在EPS 2008軟件平臺中進行功能設計、代碼編寫實現(xiàn)斷面數(shù)據(jù)的提取、編輯與輸出。

3.1 需求分析與設計

在EPS 2008平臺具備點云數(shù)據(jù)導入、獲取的基礎上，斷面數(shù)據(jù)提取軟件還應該具備根據(jù)線路中線、斷面長度或者指定里程、斷面長度進行特定斷面線位置計算功能，提取指定位置點云數(shù)據(jù)功能，指定范圍點云TIN建立功能，根據(jù)建立的TIN進行斷面線位置數(shù)據(jù)提取功能以及斷面數(shù)據(jù)輸出功能。

根據(jù)以上需求設計軟件功能界面如圖2所示。

圖2 斷面數(shù)據(jù)提取功能界面

3.2 功能介紹及核心代碼

在EPS 2008平臺命令行輸入模塊名稱，啟動模塊功能，選擇線路中心線，右鍵單擊進行指定里程或指定中樁間距及斷面寬度的斷面線位置計算，同時生成帶里程的中線，其核心代碼如下:

CGeObjList GeoList；//定義對象

GeoList.Copy(m_pSelection-＞GetGeoList())；//獲取選擇集對象

CGeoBase?pGeo=GeoList[i]；

pGeo-＞GetPointList(POINT3DLIST pList)；//獲取地物點列

GotoPoints(pList，m_nLineType，POINT3DLIST temp-Points)；//復合線型折線化

在獲得線路中線折線化后的點列后即可根據(jù)點間距離計算特定里程位置以及斷面線位置，然后根據(jù)斷面線位置獲取左右一定范圍內(nèi)的點云，建立TIN并提取斷面線的高程。

SearchCloudPoints(rect，POINT3DLIST triPoints)；//獲得矩形范圍內(nèi)的點云

CreateTriNet(TriangleList，triPoints，2，1000，NULL，NULL，1，NULL，NULL)；//建立TIN

int iTri=pTriNet-＞PtInNetTri(x，y)；//返回三角形的索引

if(iTri＞-1)

{

if(pTriNet-＞PtInTriangle(x，y，iTri))//點在三角形內(nèi)

{

double dbSP_H=pTriNet-＞GetHeight(x，y，iTri)；//用三角形平面內(nèi)插出x，y處的高程

}

}

根據(jù)提取的斷面線高程進行檢查和編輯，對錯誤的位置進行編輯處理，選擇提取的斷面線，在子窗口中生成斷面線的斷面圖，結合斷面圖進行數(shù)據(jù)編輯(直接使用快捷鍵，如:W抹點，E加點等)。

CreateNewSubViewDlg(m_pMap，rectSpace，m_pMap-＞Get-DataHandle()，strName)；//創(chuàng)建子窗口

CMapCtrl?pSubView=GetMapCtrlOfSubViewDlg(_T("子窗口控制"))；//獲取子窗口

CGLDC?pSubGLDC=pSubView-＞GetGLDC()；

CDC?pSubDC=pSubGLDC-＞GetCDC()；

pSubGLDC-＞PasteBackGround Image()；

pSubGLDC-＞DrawMark(pSubDC，m_spCurrent，RGB(0，255，0)，5，50，5)；//在子窗口中畫標記

//畫線對象

UINT code=atoi("1")；

m_pFea=m_pMap-＞GetFeature(code)；

CGeoBase?m_pGeoDraw2；

m_pGeoDraw2-＞SetPointList(ps)；

m_pGeoDraw2-＞SetID(m_pMap-＞GetGeoID())；

m_pMap-＞AddObject(m_pGeoDraw2)；

最后選擇帶里程的中線，搜索編輯后的斷面線輸出斷面數(shù)據(jù)，斷面數(shù)據(jù)格式按照設計要求進行，每3行為1個斷面體，第1行為里程、中樁高程，第2行為相對中樁點左側(cè)的距離、高程，第3行為相對中樁點右側(cè)的距離、高程。

4 工程實例

在重慶某立交道路定測工程中，作者采用RieglVZ-1000三維激光掃描儀進行道路中線全長約10 km的區(qū)域進行數(shù)據(jù)采集，內(nèi)業(yè)采用隨機軟件RiSCAN PRO 1.64進行點云拼接、坐標轉(zhuǎn)換、植被剔除后輸出中間數(shù)據(jù)格式，然后采用以上開發(fā)的模塊進行道路斷面的提取、編輯、輸出，共提取斷面數(shù)據(jù)1 100條，斷面全長約66 km，一個作業(yè)小組內(nèi)外業(yè)分別用時1 d。由此可見，該項技術的采用大大提高了工作效率，同時也很好彌補了常規(guī)斷面測量點位密度不足的問題，另外還減少了大部分的地形測量時間。大部分地形要素均可以從點云數(shù)據(jù)中提取，為三維激光掃描技術運用于工程測量奠定了良好的基礎。

圖4 斷面數(shù)據(jù)提取與編輯

圖3 斷面數(shù)據(jù)提取前的數(shù)據(jù)準備

5 結 語

地面三維激光掃描技術能夠快速地獲取高密度、高精度的目標空間信息，在三維表面重建和測量方面具有顯著的優(yōu)勢。結合生產(chǎn)實際進行更多的開發(fā)利用，對大面積工程測量、小區(qū)域特殊測量、危險區(qū)域測量等方面將會有出色的表現(xiàn)，但地面三維激光掃描技術也有其缺點，對于地面植被密集區(qū)域數(shù)據(jù)后期處理還有待研究。

圖5 斷面數(shù)據(jù)輸出成果

[1] 劉旭春，丁延輝.三維激光掃描技術在古建筑保護中的應用[J].測繪工程，2006，15(1)：48～49.

[2] 閆利，崔晨風，張毅.三維激光掃描技術應用于高精度斷面線生成的研究[J].遙感信息，2007(4)：54～56.

[3] 北京清華山維新技術開發(fā)有限公司.EPS2008地理信息工作站使用說明書[R].2010(8).

[4] 馬立廣.地面三維激光掃描測量技術研究[D].武漢：武漢大學，2005.

[5] 董秀軍.三維激光掃描技術獲取高精度DTM的應用研究[J].工程地質(zhì)學報，2007，15(3)：428～432.

[6] 尹婷.三維激光掃描數(shù)據(jù)處理技術的研究[D].武漢：武漢理工大學，2010.

Extraction of Section Line Based on EPS2008，Terrestrial 3D Laser Scanning Point Cloud Data

Zhu Qinghai，Huang Chengliang，Li Kai
(Chongqing Survey Institute，Chongqing 400020，China)

This article is based the EPS 2008 software platform for secondary development，realization of the 3D laser scanning point cloud data section data extraction and proposed the Rapid cross-section measurements processes，methods based on 3D laser scanning technology.It’s a good guide for similar projects operating.And by an engineering example verified，the results shown that itused 3D laser scanning technology to section survey improving work efficiency，and making up for the conventional section survey point density deficiency，ensuring section survey accuracy，themethods implement the gender is strong.

3D laser scanning；Point cloud；Data processing；Section data；EPS 2008

1672-8262(2013)02-89-03

P234.4

A

2012—07—29

朱清海(1982—)，男，工程師，主要從事工程測量，三維激光掃描方面的研究。