探究三维激光扫描技术

肖敏 孙白勇

摘要：为了将三维激光扫描技术应用于植物对象的扫描中，现从植物三维建模的角度，采用三种不同类型的激光扫描仪扫描植物的形态结构，以植物的叶片为此次的实验对象。本实验设备探索了三维激光扫描技术在植物数据采集和三维模型重建中的应用，全面分析了不同扫描仪的应用机会和技术特点，探讨了扫描实验和数据处理中存在的问题，并提出相应的解决方案。

关键词：三维激光扫描;数字植物;植物建模;点云模型

引言

三维激光扫描技术的成熟和扫描设备的广泛应用使其成为三维建模数据采集的重要途径和计算机图形学领域的研究热点。对于其在不同领域的应用，专业的研究人员根据实际情况提出了解决方案，主要体现在基于点的建模、点云数据的处理、特征提取以及网络重构中的误差分析等方面。

在虚拟与现实的领域中，植物是重要的建模研究对象，尤其是在计算机图形学和虚拟农业中的应用，对植物的建模提出了要求。在虚拟的基础上进行植物三维建模，但是，对于植物三维空间信息的快速、准确、高效地获取是当前要解决的问题。现阶段，对于植物建模的方法一般是通过人工测量数据以及数字化设计方法进行，而传统的植物建模方式在数据的采集反面速度较慢，不精确，不能满足现代数字植物建模的准确性和真实性要求。

1、三维激光扫描技术

三维激光扫描技术是一种新的数据采集方法，也可以称其实景复制技术。点云模型具有精度高、速度快、三维扫描等优点，可以快速完整地重建点云模型，在工程测量、逆向工程、虚拟建模等领域有着广泛的应用。

在激光测距的基础上，通过三维激光扫描仪的辅助对激光进行发射，获得的几何坐标数据是在专业的设备以及测量的方法上进行测量的技术，将其称为三维激光扫描技术。三维激光扫描技术能够在适当的距离下快速准确地获取静态物体的三维信息，并能渗透到复杂的工作环境中，为快速构建复杂物体的空间框架提供了方便的途径。

2、工作项目

2.1普查内容

本次项目是通过市政绿化信息与地理空间信息的有效整合，实现城市市政绿化综合业务管理。普查范围及内容包括高新区规划建设范围内公共绿地、市政道路绿化。结合本项目客观条件要求，原则上拟分为辖区内市政道路绿化养护范围相关全作业（含高新区养护及市园林局养护范畴）和公园公建普查绿化总面积及乔木总棵数调查二类作业内容。为了完整、系统地做好该项工作查明市政绿化数据信息，完善高新区市政绿化数据库，对市政绿化数据做详细的普查和入库工作。

2.2测量仪器

本次高新区市政绿化普查采用三维激光扫描仪、GoPro全景摄像机与无人机航飞相结合的新技术方法。

本次测量采用的ZEB-HORIZON手持式扫描仪是一款由GeoSLAM公司开发基于SLAM算法的移动手持式扫描仪。

100米的测程让它非常适合于城市街道、园林等环境的扫描，并且每秒30万的扫描速度可以采集到更多的场景信息，得益于高精度的SLAM匹配算法可以保证精度控制在3CM左右。灵活多样的搭载方式、极为简单的操作流程，可以更快速的高效率的完成移动测绘。

3、内业处理

3.1点云数据

基于三维扫描仪点云数据自动提取高度、胸径、冠幅、坐标位置等准确信息将区域内的树木信息通过批量导出统一整理作为基础原始数据。

3.2正射影像图

部分公园等区域基于正射影像图提取灌木、地被等面状数据作为基础原始数据。

3.3全景摄影机影像

通过GoPro全景摄影机获取的影像资料对乔木、灌木、地被等种类进行辨认。将辨认的种类数据和基础原始数据进行整合输出成果。

4、项目总结

通过三维激光扫描仪的使用，大大提高了外业采集人员的采集效率，并且降低了数据采集的错误率。

再结合GoPro全景摄像机拍摄全景视频，对绿化要素相对不是特别密集的道路两旁数据通过全景视频识别品种，大大的降低了外业调绘的工作量，提高了效率。

相关指标的计算严格的以图层数据为依据，提交的成果中包含了各个步骤产生的中间文件。当前，国内城市的绿化指标大多主观或客观的存在计算方法不透明，数据来源依据不清晰等问题，很多城市官方公布的绿化指标的可信度无法判断。该项目的完成，不仅对市政绿化数据信息化管理起到了示范作用，对绿化指标更严格的以真实数据为依据，使用国家标准定义来计算，有利于建设真实的生态园林城市！

5、工作的收获和建议

一份好的工作，带给你的锻炼或者成长，足以影响你未来的人生。这份工作不仅让我的责任心变强了，也让我有了一定的耐心和毅力去面对周围的事情，无论是工作上还是生活上。如果你觉得自己没有在成长，那就反思一下，自己待的环境太过于舒适了，不想逃离，不想进一步的挑战。总之，我始终认为，人的成长都是建立在经历过许多磨难的事情上的。人生本来就是不易的，懂得去面对这样的不易，坦然去接受，去改变，你就获得不一样的自己。

作为一个刚接触社会的毕业生，最重要的就是自我学习和思考的潜力。在成飞瑞鹄一样的环境中，有我们很多学习和思考的地方，这就需要我们自我持续一颗学习、思考的心。首先在技术方面，要刻苦的补充自我的不足没认真对待工作，时时刻刻的思考和学习，同时在企业的环境中，更要学习他们先进的管理和人文文化，以丰富自我的社会知识和管理文化知识。这样能够为自我日后的职业生涯打下良好的基础。

很多东西我们初到社会才接触，所以我们此刻不能再像以前那样等待更好机会的到来，要建立起先就业再择业观。就应尽快丢掉对学校的依靠心理，学会在社会上独立，敢于参与社会竞争，敢于承受社会压力，使自我能够在社会上快速成长。再就是时常持续一颗学习、思考的心。

参考文献：

[1]《城市测量规范》（CJJ/T8-2011）

[2]《城市绿地设计规范》GB50420-2007

[3]《城市绿地分类标准》CJJ/T85—2017

[4]《公园设计规范》GB51192-2016

[5]《信息分类和编码的基本原则和方法》GB/T7027-2002

[6]《城市地理空間框架数据标准》CJJ/103-2013

基金项目：江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目编号：202013963006Y