第３７卷第８期 ２０１４年８月 测绘与空间地理信息 ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬ ＩＮＦｏＲＭＡＴＩｏＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．３７，Ｎｏ．８ Ａｕｇ．，２０１４ 基于ＥＰＳ平台的地面三维激光扫描 点云数据处理方法探讨 欧斌 ，孔祥玲。，孙睿英 （１．重庆市勘测院．四川重庆４０００２０；２．黑龙江第二测绘工程院。黑龙江哈尔滨１５００２５） 摘要：三维激光扫描技术是通过大量密集的扫描点，以模拟形式体现目标实体对象表面丰富的形体信息，不能 获取的点云数据直接读取目标对象的矢量化信息，并进行点云数据处理。笔者在工作中，以ＥＰＳ２００８软件平台 为基础，利用ＶＢＳｃｒｉｐｔ脚本进行二次开发，实现了点云数据分层提取、点云线状地物提取、点云特征轮廓提取、点 云数据断面提取和点云高程提取等功能。本文针对已经实现的功能进行探讨，指出每种方法的特点和应用 范围。 关键词：三维激光扫描；点云；数据处理；ＥＰＳ２００８ 中图分类号：Ｐ２；ＴＮ２９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—５８６７（２０１４）０８—００９９—０２ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ａｂｏｕｔ Ｄａｔａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄ ３Ｄ Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｏｉｎｔ Ｃｌｏｕｄ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＰＳ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ＯＵ Ｂｉｎ ，ＫＯＮＧ Ｘｉａｎｇ—ｌｉｎｇ ，ＳＵＮ Ｒｕｉ—ｙｉｎｇ （１．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００２０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｈｅ Ｓｅｃｏｎｄ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｒｂｉｎ １５００２５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：３Ｄ ｌａｓｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｔｈａｔ ｉｔ ｃａｎ ｓｈｏｗ ａｂｕｎｄａｎｔ ｓｈａｐｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｔｉｔｙ ｏｂｊｅｃｔ ｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｇｒｅａｔ ｄｅａｌ ｏｆ ｄｅｎｓｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ．Ｖｅｃｔｏｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔ ｃａｎ’ｔ ｒｅａｄ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄ ｄａｔａ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｉｔ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＰＳ２００８ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｕｓｅｓ ＶＢ ｓｃｒｉｐｔ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｌｓｏ ａ— ｃｈｉｅｖｅｓ ｓｏｍｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄ ｄａｔａ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｉｎ ｌａｙｅｒｓ，ｌｉｎｅａｒ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｏｆ ｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄ，ｆｅａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｏｕｒ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｏｆ ｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄ，ｐｒｏｆｉｌｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｏｆ ｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄ’Ｓ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｔｃ．Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ａｎｄ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｅａｃｈ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：３Ｄ ｌａＳｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ；ｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄ；ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ＥＰＳ２００８ ０ 引 言 ２０世纪９０年代发展起来的三维激光扫描技术（３Ｄ Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），又称为“实景复制技术”，是 一三维激光扫描系统获取目标实体对象表面丰富的形 体信息，是通过大量密集的扫描点以模拟形式体现出来 的，不能获取的点云数据直接读取目标对象的矢量化信 息，在大多数情况下还无法直接加以利用，需进行点云数 据处理。点云数据处理最基本的任务就是提取点云数据 种先进的全自动高精度立体扫描技术，是快速获取空 间三维信息的新技术手段，广泛应用于测绘技术行业，带 动了测绘技术的全新发展，使得空间数据的获取从传统 的单点数据采集向连续的、密集型自动数据获取技术转 中所包含的目标对象的三维表面形态信息并通过解析表 达式的方法表示出来。 根据生产工作的需要，以ＥＰＳ２００８软件平台为基础， 利用其提供的基于ＶＢＳｃｒｉｐｔ的脚本级二次开发支持功 变…。面对全新技术设备所带来的丰富的海量数据，传 统的专业数据处理软件却没有相应的针对点云处理的功 能 ］，实现了地面三维激光扫描点云数据分层提取、点云 线状地物提取、点云特征轮廓提取、点云数据断面提取和 点云高程提取等功能，本文针对已经实现的功能进行探 能，使得数据处理的相关工作变成十分复杂且繁重的手 工劳动，而且工作效率较低。 收稿日期：２０１３一ｌＯ—Ｏ８ 作者简介：欧斌（１９７７一），男，四川洪雅人，高级工程师，硕士，２０１３年毕业于武汉大学测绘工程专业，主要从事工程测量及数据处 理ｌＴ作。 １００ 讨，指出每种方法的特点，提出其应用范围。 测绘与空间地理信息 ２０１４卑 １ 数据采集 地面三维激光扫描点云数据采集一般采用类似于常 规全站仪测量的“测站点＋后视点”的方法，也是最接近 过工作空间集成，可方便地实现动态投影、叠加显示打印 以及互操作。将经过内业数据处理和格式转换的数据读 人ＥＰＳ２００８平台中，进行点云数据的提取等操作。 ３．１ 点云数据分层提取 点云数据分层提取，指的是以点云数据的最低高程 点为基准，按一定的高度分层提取点云数据。一般情况 于传统测量模式的方法。该方法需要在已知控制点上架 设扫描仪进行扫描，各控制点的坐标采用其他的方法进 行测量，如导线测量、网络ＲＴＫ方法等。采用网络ＲＴＫ 方法时，可以通过扫描仪自带的接口，将ＧＰＳ接收机直接 下，点云数据中的最低高程点是采集的地表点。 该功能的实现是在给定的格网大小内，对格网包含 的点云数据进行比较，提取出高程最低的点。为方便直 连接在扫描仪器上，进行同步测量。外业数据采集时，在 控制点上架设三维激光扫描仪和标靶进行扫描，具体数 据采集流程如图１所示。 Ｉ 仪器对中整平 ｌ 仪器参数设置 采集点云数据 后视标靶扫描 图１点云数据采集流程 Ｆｉｇ．１ Ｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ２内业数据处理 外业通过控制点测量和扫描数据的采集，内业采用 三维激光扫描仪随机软件对多站数据进行拼接、坐标转 换、点云去噪、滤波等处理后，输出ＥＰＳ２００８软件平台需 要的格式文件。数据处理流程如图２所示。 点云数据传输 点云数据拼接 坐标转换 Ｉ点云去噪滤波ｌ 点云数据格式转换 输出 图２点云数据内业处理流程 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ３ ＥＰｓ２ｏｏ８平台数据提取 ＥＰＳ２００８软件平台是一款面向测绘、基础地理信息生 成的软件系统。平台具有可包容的海量数据的四级组织 架构，使得不同种类、不同数学基础、不同尺度的数据通 观查看，可通过线段把各最低高程点连接起来。以提取 的最低高程点为基础建立三角网，并以该三角网作为基 准面，将点云数据按照一定的高度信息，进行分层处理和 输出各层点云数据。通过分层处理的点云数据，可为后 续点云数据分析提供更准确的数据。 点云数据分层提取功能中可以对最低高程点格网大 小、分层高度以及是否生产格网线进行控制，输入参数应 根据点云数据获取质量、工程需求进行设置。通过分层 提取的数据，根据需求分别调入ＥＰｓ２００８中，进行打散和 编码转换工作后可进行相关操作。最低高程点层主要用 于分方（验方）测量和地形图地表处理工作，以上各层根 据实地情况灵活使用，如高于最低高程点层３ ｍ点云数据 层可用于提取高压电杆、桥墩等柱状物体。 ３．２线状地物提取 线状地物提取功能主要是针对特征比较明显的线状 地物进行搜索、追踪，实现自动提取。线状地物提取根据 其空间位置，分地面、高于地面两类情况，其搜索方式略 有区别。 １）高于地面线状地物提取 对高出地面的线状地物实现其自动提取，是根据线 状地物点云特点，其高程值在同一位置最大，程序能自动 按一定搜索半径进行检索，并将相应高程值最大的点进 行连线，得到整条线状地物线。使用该功能时，鼠标指定 线状地物的起始位置后，程序根据设置的参数进行自动 跟踪提取。该功能在电力线、围墙、铁丝网和栏杆等地物 提取中效果显著。 ２）地面线状地物提取 地面线状地物提取，是在一定的矩形区域内，根据点 云数据的高程、颜色及属性等的差异，实现自动搜索 提取。 ３．３点云特征轮廓提取 点云数据中的特征轮廓提取，是截取点云数据的不 同高程面来获取特征点云数据，再通过对特征点云数据 进行拟合连线得到特征轮廓，在提取建构筑物轮廓、隧道 剖面等方面有较好的效果。该功能对参考面提供了高程 和三角网面两种选择，使用时可根据不同的需求进行 设置。 ３．４点云数据断面提取 点云数据断面提取，首先在ＥＰＳ２００８平台中导入点云 （下转第１１０页） １１０ 测绘与空间地理信息 ２０１４年 （上接第９８页） ６结束语 综上所述，基于ｊ维激光扫描技术来进行露天矿山地 质测量工作，为我们提供了可靠、快捷、方便、安全的技术 解决方案。真正做到心中有数，大大降低了管理部门的行 政成本，相对低廉的测量价格也减轻了矿业权人的成本负 担。建立了单个矿山从开采到闭矿的全过程技术档案，达 到矿区实际开采图像、数据和开采状态的高度一致，是目 １ １ｊ社，２００５． 马立厂．地面三维激光扫描仪的分类与应用［Ｊ］．地理 空间信息，２００５，３（３）：６０—６２． 徐进军．地面三维激光扫描仪现状与发展［Ｊ］．测绘通 报，２ｏ０７（１）：４７—５Ｏ． 宋宏．地面ｉ维激光扫描测量技术及其应用分析（Ｊ］． 测绘技术装备，２００８，１０（２）：４０—４３． 徐晓雄．三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应 ］Ｊ］Ｊ］Ｊ前露天矿山地质测量中最有效、快捷、经济、安全的技术手 段，实现了矿山储量真正的动态监管。三维激光扫描技术 必将在未来矿山建设的各项工作中广泛应用。 用［Ｊ］．中国测绘，２００９，１５（２）：６３—６５． ｍ 毛方儒．三维激光扫描测量技术［Ｊ］．宇航计测技术， ２００５，２５（２）：１—６， 陈东东，张银葛，秦国邦，等．ｉ维扫描仪在南泥湖露天 矿采空区探测中的应用［Ｊ］．露天采矿技术，２０１２，２８ （５）：６９—７１． 参考文献： ［Ｉ ｊ 采矿手册编写组．采矿手册［Ｍ］．北京：冶金工业出版 社，１９９２， 刘红旗，项鑫。李军杰．三维激光扫描原理及其在露天 矿测量中的应用［Ｊ］．科技资讯，２００９，７（３）：７—８． ［２］ 童光煦．高等采矿学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９５． ［３］ 张国良．矿山测量学［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版 ［编辑：栾丽杰］ （上接第１００页） 数据和线路中心线位。然后根据线路中线、断面长度或 者指定中线里程和断面长度进行断面线位置计算，提取 程应用。但由于点云数据的信息量大，目前开发的点云 数据处理功能只是解决了生产中的部分需求，还需要进 一指定位置一定范围内的点云数据并建立ＴＩＮ，根据建立的 ＴＩＮ进行断面线位置数据提取以及断面数据输出。断面 提取功能可以在子窗口中根据提取的断面数据生成断面 步地进行研究。 参考文献： ［１］ 黄承亮．三维激光扫描技术在人体三维建模中的应用研 究［Ｊ］．测绘，２０１３（１）：１３—１５． ［２］ 北京清华山维新技术开发有限公司．ＥＰＳ２００８地理信息 工作站使用说明书［Ｇ］ 北京：北京清华山维新技术开 发有限公司，２０１０． 图，对断面数据进行检查、编辑和修改。断面数据的输出 格式按照设计要求进行，一般三行为一个断面，第一行为 中桩里程、中桩高程，第二行为相对中桩点左侧的距离、 高程，第三行为相对中桩点右侧的距离、高程。 ３．５点云高程提取 点云高程提取功能主要是对地表点云数据直接提取 高程数据。该功能可以以点选或线选模式，快速地在需要 区域对点云数据进行高程提取，获得地面点的高程信息。 ［３］ 孑Ｌ祥玲，欧斌．基于三维激光扫描技术的建筑物轮廓拟 合精度研究［Ｊ］．城市勘测，２０１３，２０（３）：１１７—１２０． ［４］朱清海，黄承亮，李凯．基于ＥＰＳ２００８及地面ｊ维激光扫 描点云数据进行断面线提取［Ｊ］．城市勘测，２０１３，２０ （２）：８９—９１． ４结束语 二三维激光扫描技术是刚刚发展起来的一门高新技 ［５］ 孑Ｌ祥玲．固定式地面激光扫描技术在土石方测量中的应 用研究［Ｊ］．测绘与空间地理信息，２０１２，３５（１２）：１６０ —术，目前国内外专门针对其点云数据进行处理的研究也 刚刚起步，还没有形成系统、理论的处理方法，了该 技术在测绘领域的广泛使用。笔者通过ＥＰＳ２００８的二次 １６５． ［６］ 马立广．地面三维激光扫描测量技术研究［Ｄ］．武汉：武 汉大学，２００５． 开发功能，结合＿丁作实际需要，开发了相应的点云数据处 理程序，实现了对点云数据高效、快捷的提取，方便了工 ［编辑：栾丽杰］
