便携式三维激光扫描仪

“便携式三维激光扫描系统”是针对环境感知与重构、自主定位等需求研制的一种基于激光SLAM技术的设备,用于快速对周围的场景进行感知和重构,同时完成对设备主体的实时定位。该设备可以应用在多个领域,具备包括应急消防预案中的重点建筑物三维重构、林业中的树木普查、矿下巷道测量、港口管道数字化建设、石化厂区和设施三维建模等。该产品形态如下:



1 便携式三维激光扫描系统


为了快速查看扫描结果,可以用平板或者手机连接系统WiFi,并进入指定网页进行结果查看。网页界面还包括开始建图、启动电机、回环校正等常用的操作。


2 便携显示软件


便携式三维激光扫描系统主要包括两大部分,手持端和背包端。手持端集成了激光雷达、相机、卫星接收机、电机等设备,主要用于场景数据的采集;


3 手持端


背包端主要集成了电源、计算采集设备、驱动设备、适配器、通讯设备等。


4 背包端


1、系统特点


(1)支持背负、手持等多种作业方式;

(2)系统支持高精度GNSS定位,生成带有地理坐标的点云;

(3)系统支持点云和相机的融合,生成带有真彩色纹理的点云;

(4)能够通过手机客户端启动和停止系统,并可以实时进行数据的查看;

(5)支持数据的事后处理,生成精度更高的环境重构点云。


2、行业优势


(1)无接触信息采集,可以获取目标的三维点位信息;

(2)一次采集,不需要进行点云拼接;

(3)操作简单,单人即可进行作业;

(4)采集的数据包括纹理、结构等信息;

(5)采集的数据方便保存;

(6)数据产品丰富,生成简单,有专门的软件支持。


3、工作流程


利用便携式三维激光扫描系统进行场景数据采集及把模型应用到应急消防系统中的步骤如下:





6 背包端内部结构


4、案例介绍


案例一:便携式三维激光扫描系统在应急消防领域建筑建模及定位显示中的解决方案


1)背景需求


2019年国家应急管理部专门下发了相关文件,提出需要对应急消防领域进行数字化建设,其中重点建筑的三维建模是最重要的部分之一。应急消防领域的消防预案中,对重点建筑进行三维建模,一方面可以在救援时更详细的了解建筑物内的结构布局,指导人员进行救援;另一方面可以把求解人员的位置和轨迹实时显示在建筑物模型内,便于对救援人员的监控和指挥,必要时也方便进行二次求援。

重点建筑模型在应急消防系统中的显示效果如下:


5 模型加载效果


6 单体透明化效果


重点建筑物三维建模,需要获取建筑的结构信息。因为大部分装修时进行了改装和布局调整,直接应用建筑物CAD图进行建模的方法经常无法满足要求,而是需要现场结构数据的再采集。以前常用的方法是利用尺子、激光测距仪等进行现场测量,效率低下,需要较多的人力进行保障,并且测量数据离散,进行结构化保存工作量较大。因此,为了快速高效的进行现场测量以及结果数据的结构化保存,需要新的采集手段。研制的便携式三维激光扫描系统可以方便的进行建筑物结构信息的采集,全面提高三维模型数据生成的效率。


2)项目实施


生成建筑物三维模型,模型能够加载在消防系统中,并能够进行定位轨迹的实时显示;

设备使用:便携式三维激光扫描系统;

人员配备:数据采集1名作业人员,模型生成1名人员。


具体实施过程如下:

经过现场查看,规划路线为首先绕某栋大楼周围一圈,然后经过一楼大厅,从楼梯走到四楼,在四楼走廊走一个来回后进入某个大房间,最后再沿楼梯走到室外,完成数据采集;采集到的数据处理后如下图所示:



7 利用便携式三维扫描系统采集原始点云数据


建筑物的所有尺寸,都可以利用相关软件在点云上直接测量。点云可以和携带的相机数据进行融合,生成真彩色点云,利用点云和相关软件模型构建的结果如下:


8 原始点云直接生的三维PLY模型



人工利用点云测量尺寸建模的结果如下:



9 根据原始点云尺寸信息获得的SKP模型



为了在消防预案中进行轨迹和消防设施的显示,模型需要进行透明化处理,透明化处理后在系统上加载效果如下:



10 半透明模型地图加载



在消防演习或者消防救灾中,消防人员实时定位轨迹可以直接显示在透明化的模型中,可以对人员所在位置、楼层进行监视,方便全局指挥和消防二次救援等工作。消防员轨迹在透明化模型中的显示结果如下:



11消防单兵轨迹与模型实时融合



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