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二、论三维激光扫描技术存在的问题和发展趋势

发布时间:2017-09-14     文章来源:www.1wns.com

三维激光扫描技术作为测绘界的最新技术和仪器,其在国内的应用还处于起步阶段。虽然在国内对三维激光扫描仪的应用研究取得了一定成果,但是目前还存在以下问题:

1、仪器价格比较昂贵,难以满足普通用户需求。目前,国外品牌的仪器在中国的销售价格都在100万以上。国内品牌的销售价格在几十万元,甚至上百万元。目前用户主要集中在高校与科研院所,企业购买的较少。一般而言三维激光扫描系统是一个很难实现检校的黑箱系统,并且仪器价格非常昂贵,属于市场上的高档仪器设备。

2、仪器系统的精度检测方法还处于一个起步阶段。目前地面三维激光扫描技术在面向测绘需求的理论研究和工程应用方面才刚刚起步还没有形成一套完整的理论体系和数据处理方法。各种工程应用也正迫切需要得到地面三维激光扫描技术的支持,但在数据质量的控制方面仍然依靠仪器厂商提供的参考 ,没有可靠的理论依据和规范。在仪器的检测方面研究较少,系统的设备检测方法尚处于起步阶段。仪器自身和精度的检校存在困难,目前检校方法单一,基准值求取复杂。缺乏设备精度评定的方法,国内也没有有效的鉴定手段和工人的检定机构。

3、工程应用技术规范执行不到位。国家相关技术规范已经出台,主要有2013813日开始实施的《地面三维激光扫描仪校准规范》(JJF 1406-2013,201581日开始实施的《地面三维激光扫描作业技术规程》(CH/Z3017-2015)。目前设备在企业普及程度还比较低,制作产品的应用还比较少因此以上两个规范的执行还未达到强制的程度。

4、扫描的外业作业相对简单,但是点云数据的后处理费事费力。随着仪器性能的不断提高,扫描的野外作业比较简单,花费的时间较少。点云数据处理软件没有统一化,各个厂家都有自带软件,互不兼容,对点云数据处理和建模等工作造成了很大的困难。

目前已有的后处理软件功能偏少(特别是专业应用功能)、数据处理量有限,且很多算法不够完善,造成了现场扫描容易,后期数据处理及应用较为困难。数据后处理的自动化程度较低,人力投入较大,软件研发任重道远,特别是适合中国用户的中文版处理与应用软件种类和功能更少,难以满足市场需求。另外,基于软件的三维建模具有一定程度上的主观性,因此在三维建模中各要素的量测性较差。

另外,还存在的问题有产品技术参数不统一,导致不同品牌的产品难以进行有效对比,测量精度的研究还相对较少,点云数据质量评价研究有限。

随着对地面三维激光扫描技术应用研究的不断深入,相信未来的发展趋势主要表现在以下四个方面:

1、仪器价格会逐步下降。目前在国内销售的外国品牌一起超过10多个,仪器价格竞争是占领市场的重要手段,相信随着竞争的加剧,出现100万元以内的价格相信不会太久。国内研制的仪器(中海达、北科天绘等公司)已经投入市场,与国外品牌相比价格上有较大的优势,相信随着性能和用户认知度的提高,市场占有率也会逐步提高,迫使国外品牌的仪器价格下降。

2、积极推进仪器检校与应用技术标准、规范的执行。相信技术规范能起到促进的积极作用,从而会变成强制执行的国家规范。

3、数据处理软件功能会不断加强,三维建模与应用精度也会不断提高。目前点云数据的处理所用时间是数据采集时间的十倍以上,主要原因就是后处理软件问题。未来的发展趋势就是研制更加成熟、更加通用的数据处理软件,尽可能的缩短数据处理时间。进一步完善和开发后处理软件,是处理的数据量更大,数据处理的速度更快,软件操作更容易。电晕数据处理软件的公用化和多功能化,实现实时数据共享及海量数据处理。特别是适合中国用户的中文版软件。通过三维建模为达到逼真的视觉效果,还需要有良好的纹理粘贴,如何有效地融合曲面模型和纹理数据,是值得研究的一项重要内容。在硬件固定的情况下,注重在测量方法和算法方面提高精度。

4、进一步改进硬件,使激光扫描仪有更高的测量精度、更快的采样速度以及低廉的价格。进一步扩大扫描范围,实现全圆球扫描,获得被测物体空间三维虚拟实体显示。与摄像机的集成化,在扫描的同时获取物体影像,提高点云数据和影像的匹配精度。相信能在精密工程测量和工业测量中得到广泛应用,相信也会不断拓展到新的应用领域。

另外,扫描仪与其他设备(GPS、全站仪、IMU等)联合测量,实时定位、导航,并扩大测程和提高精度;三维激光扫描技术与GIS结合方面的应用会快速发展。相信在不远的将来三维激光扫描技术的应用领域和范围必定会不断扩大。