浅析地面激光扫描联合无人机影像的三维模型重建

浅析 地面激光扫描联合无人机影像的三维模型重建

张纯 吴广

（ 广西农业职业技术大学 广西南宁 530005 ）

摘要:无人机在众多领域起到很大的作用，尤其在地面三维模型成像方面。本文主要阐述如何运用地面三维激光扫描来实现对相关地物的信息采集，最终形成立面点云。在这个过程中，很大重要的要运用到无人机倾斜摄影结束，通过无人机扫描来实现地物顶部和立面点云两者的精准配合，实现完整的立体的地物点云，最终通过三维建模来重现该场景，保证点云数据的完整性和整体三维建模的准确性，为后续的业务精准定型重建创造新思路。

关键词:三维模型、无人机、模型

通常在城市规划、房地产管理、自然灾害；传统村寨、传统建筑以及景观的物质文化资料采集等众多领域中使用三维模型，通过三维建模能够有效地了解当前发生的实时情况，便于管理和灾害应对。三维建模主要依托于地形图或者高分卫星图法，还有我们平时所熟知和使用的无人机倾斜摄影技术等方法。采用无人机进行倾斜摄影一般需要从建筑物的顶面开始，通过人工实现对无人机的操控，获得基础信息，从而开始人工干预建模，人工智能化、自动化程度比较高。但是有个致命的缺点，就是缺乏建模所有的建筑物立面信息。因此通过地面三维激光扫描和无人机倾斜摄影测量技术来实现三维模型是全面精确的重建。

一、数据的采集及处理

数据的采集是重中之重，只有正确采集到数据才能保证建模的准确性和完整性。在进行采集过程中，融合三维激光点云和倾斜摄影测量点云形成的地表地物全面的三维点云数据。

因此在采集之前需要进行一定数据和程度的布点，方便摄影和扫描后进行对应，从而实现采集的点云统一到整体的坐标体系中，实现二者之间的核对，提高整体测量的精准度。

在技术层面一般会选用GPS实时动态，未来也会运用北斗导航的实时动态，通过三个已确定的平高控制点来实现获取坐标转换参数，同时借用我们的信息基准站采集的载波相位技术进行解算。针对GPS信号较弱的位置，则运用全站仪定向测量，从而可以控制误差在合理的区间范围之内。比如我们一般测量80-90个地面激光扫描站点，加上30个左右的无人机航测点，平面高度误差应控制在2cm以内为佳。

数据通过无人机采集之后就进入到数据处理和建模阶段，在这个过程中，需要我们运用好采集的相关点，进行智能化、自动化进行建模，同时运用人工直接控制软件进行匹配和对应，在对应的点位上实现建模的基础和全覆盖。在这里最难的是激光点云和我们无人机摄影点云两者之间如何实现完美的融合，我们通常采用的方法是通过ICP配准算法来实现，通过找寻匹配的顶层立面来实现完整的点云数据。

二、三维模型的重建方法

三维建模顾名思义是分三大部分，分别是地面模型、建筑物模型和我们的景观小品模型，运用相关的数据方法，通过信息化方式构建的三部分模型进行不断重叠，最终实现融合在一起，组成一个完整的三维模型。三种建模的具体阐述如下。

1、重建地面模型

地面模型重建需要在去噪后的基础上，以地面的三维激光点云为基础，通过我们三角网的加密算法导入到我们进行建模的系统中，通过我们通常使用的“着色点”工具增强点云来实现点云的直观性，更清晰的呈现。

2、重建建筑物模型

建筑物模型的重建需要借助地面激光和无人机测量点云，只有把这两者有机结合起来，一并导入到我们融合后的Terrascan 软件中，后续根据每栋建筑物的真实特点进行图层的编辑和修改，采用我们使用程度较高的“智能线”进行勾勒出主体的轮廓，运用“透视裁剪”对相关图片进行一定程度的裁剪，最终通过“材质编辑器”对于建筑物的顶部和侧面进行一一映射对应进行输出。

3、重建景观小品模型

在建模的过程中，我们会遇到很多复杂的多面的物体，如我们通常在相关企业门口摆放的石狮子，如我们在日常上地理课的地动仪以及我们通常的圆形建筑物等等，这些需要摄影后期的影像处理，从而形成我们通常看到的曲面三维模型。同样景观小品在实际中很多很多，为了便于我们进行建模，需要在Microstation 软件中进行单独的点云数据呈现，需要直接从模型库中进行适当的调整，从而实现最后的输出3ds格式。

三、三维建模的可行性

三维建模是未来进行场景重现的重要方式，在此过程中，需要结合地面的三维激光扫描和无人机倾斜摄影技术两者有机组合起来，才能真正起到作用，才能在我们进行建模的精准度和地面实物的完整度上进行一一映射，才能做到有机结合有机统一。具体的优势有以下三个。

一是地面激光扫描通过我们直接的地面建筑物的立面点云数据直接生成，无人机进行配点配准完成，为绘制三维建模打下扎实的基础；

二是我们通常运用高密度的点云，高精准度的坐标测量点，来实现整个建筑内的大的轮廓进行建模，这种方式通过无人机的高空顶层点云进行匹配，远远胜于传统的建筑绘制模型方式，通过这种三维建模，在整体的精准度和美观度上更是胜于传统的绘制。

三是充分运用地面摄影的方式针对地形中的景观小品进行三维建模，并且一定保存在自身的模型库中，后续在很大程度上都会运用到，起到素材的作用。从而解决了很多复杂的曲面建筑物的建模难的问题。联合地面三维激光扫描与无人机倾斜摄影技术重建三维场景是一个综合性很强的工作，需要处理极大的整体数据，并且在整个建模周期非常长，同时成本也非常高，有助于未来三维场景重构的清晰度。

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作者简介：张纯（1979.09—），男，汉族，广西贺州人，本科，助理工程师，广西农业职业技术大学任职，研究方向：无人机成像与三维建模

吴广（1985.11—），男，侗族，广西三江人，硕士，副教授，广西农业职业技术大学，研究方向：艺术设计