彭剑飞 方亿锋

（广东省地质局第七地质大队，广东 惠州 516008）

1 引言

激光扫描系统能够在高速移动状态下获取道路以及道路两侧建筑物、树木、交通标牌等地物表面的精确三维信息，具有数据采集速度快、自动化程度高、受天气影响小、数据内容丰富等传统测绘手段无可比拟的优势，对于提高测绘产品生产效率及自动化水平具有十分重要的作用。

车载扫描系统通过非接触的激光测距，高效获取道路环境的高精度三维信息，在城市道路资产管理、高精度地图、无人驾驶及农、林业中有重要应用，对获取全息道路信息具有重要意义。 然而，城市楼房林立、城市绿化度越来越高，移动测量车搭载的激光扫描仪在获取三维激光点云时，由于GNSS 信号遮挡，IMU 漂移误差积累严重，同一区域的重访点云存在显著的几何偏差，点云的绝对位置精度也会受到严重损失，大大影响了后续的语义信息提取与建模等实际应用，因此，研究车载点云位置一致性改善与数据质量改正十分必要[1]。

2 重访点云数据位置一致性改善

2.1 实验数据采集与解算

2.1.1 车载数据采集

车载激光扫描前的准备工作通常包括设计技术参数、测设基站、规划行车路线、系统测试，选择测区附近较为开阔的停车场，待设备安置完成后，开启系统设备，测试全景相机拍照效果，在软件中设置照片在平板电脑上的保存路径，初始化时检查平板中的GNSS、惯导，激光信号灯为绿色，GNSS 卫星数量不宜小于10 颗，进行静止初始化，时长超过5 分钟。

2.1.2 点云数据解算

在点云解算软件中新建工程，选择需要解算的工程文件夹和项目信息栏，导入POST 轨迹数据文件，在预处理中自定义点云解算中央子午线为项目所在地的中央子午线。解算工程文件夹一般存放在英文目录文件夹。距离滤波值按照城市道路宽度酌情设置，至少能覆盖人行道两侧，一般道路可设置为50 m。保存所有设置，在标红工程文件处刷新工程，点击解算单个工程即可开始解算。

2.2 重访区域获取

重访区域获取是对采集的车载点云数据进行判断，获得重叠点云区域，为重访点云位置一致性改善提供数据支撑[2]。本文从车载扫描轨迹路线入手，将重访点云区域的探测与获取转化为重叠轨迹获取与重叠点云分段，首先通过轨迹获取重叠区域点云。图1 和图2分别是某区域车载扫描的解算轨迹与解算点云数据。

通过车载轨迹获取重访区域步骤如下：利用车载轨迹探测重访区域，将搜索半径设置为10 m，点云密度阈值设置为按照行车速度计算得到点云数量的1.3 倍。计算轨迹点10 m 内的点云数量，将点云数量与阈值进行比较，大于阈值的轨迹点就是重访区域轨迹点[3]。

探测出重访区域后，部分车载点云数据可能存在非刚性形变，因此需要对轨迹路线进行点云分段[4]。主要包括三个过程 ：（1）基于加速度和角速度的分段点探测，将加速度阈值设为1.5 m/s，角速度阈值设为1000º/s。（2）重访区域分段点孪生。分段点探测后，通过时间信息与航偏角获取距离最近轨迹点，把最近轨迹点视为孪生分段点，以增加重访区域的范围。（3）分段点筛选。若分段点云过密，就筛选密集点云；若分段点云距离过远，则加密分段点云。将最大分段距离设为100 m，最小分段距离设为15 m，将分段后结果依次进行点云解算，获取重访区域与点云分段[5]。

图1 车载轨迹

图2 车载点云

2.3 车载点云配准

当车载扫描点云含有对称场景或者点云位置偏差较大时，配准鲁棒性较低。可以先通过粗分段进行两两配准，再通过细分段配准解决此问题[6]。实验区点云数据配准结果如图3 所示，其中重访点云最大偏差可达到0.634 m，配准后可减小至0.132 m。实验表明此方法可以改善重访点云区域位置不一致的问题。

图3 车载激光点云位置不一致性改善前后对比

3 点云数据绝对位置纠正

3.1 刺点纠正

根据获得的高斯平面直角坐标值和大地高，进行坐标文件格式处理，控制点文件格式如图4 所示。文件说明：Datum=WGS84（坐标系），1on_0=123（带号），NUM=2648（控制点点数）。文件名为“非中文名.ctr”，文件放置于纠正软件设置文件夹。

图4 控制点文件格式

在纠正软件中打开需纠正的项目，在扩展功能菜单下选择转换成外存点云，选择解算点云数据，选取线程数，点击转换外存点云，将原始点云转换为加载速度更快的外存点云。

在纠正软件中直接从点云列表中逐个勾选点云，开始刺点。黄色显示点为纠正控制点，首先确定点云中的点位（会显示绿色点），接着输入点名，就可以通过纠正同名特征点完成点云的整体纠正，刺点过程如图5 所示。

图5 刺点过程

3.2 精度检查

在完成点云位置不一致性改善与绝对位置纠正后，针对处于绝对控制坐标系下的车载点云，将外业控制点作为检核点，进行X、Y、Z三个方向上的位置精度检查。

用检验点在纠正后点云上进行刺点，可自行选择点云格式（解算点云、外存点云）进行点云验证。导出控制点后，默认文件夹目录下生成的Excel 文件即为精度报告。导出控制点前注意将纠正时生成的纠正精度报告重命名，避免生成检查精度报告时将其覆盖。

检查精度报表中的点云精度是否满足项目要求。纠正后点云精度统计如表1 所示，可以看到，纠正后的点云平面精度达2.4 cm，高程精度达1.5 cm，满足实际生产要求。

表1 纠正后点云精度统计（m）

4 结论

本文研究在线路规划重叠、GNSS 卫星信号不好造成点云重影等的情况下，通过车载激光扫描得到了满足实际生产需求的点云数据。利用车载激光扫描对重访区域进行检测，通过不同时相点云之间的匹配，实现了对车载激光扫描点云的位置不一致问题的改正，同时保留了原始点云数据的全部信息，改善了点云重影、跳变等问题，提升了车载点云的相对精度和绝对精度。