GeoSLAM移動式三維激光掃描技術(shù)是一種先進的全自動高精度的立體掃描技術(shù)。三維激光掃描技術(shù)又被稱為實景復(fù)制技術(shù)，它突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，具有高效率、高精度的獨特優(yōu)勢。三維激光掃描能夠提供掃描物體表面的三維點云數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實體真實、完整和精確的三維復(fù)制。
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傳統(tǒng)的土方測量方法
一是以單點采集，即通過采集離散點的三維數(shù)據(jù)實現(xiàn)地形圖的繪制工作，主要方法儀器有全站儀、GPS、經(jīng)緯儀等，該類測繪方法在測繪過程中所需時間長，且地形復(fù)雜區(qū)域存在采點困難、效率低等弊端;二是以面采集，如攝影測量技術(shù)等，即通過航拍影像獲得大批量三維坐標，雖采點效率高，但是影像處理到模型搭建耗費時間較長。
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GeoSLAM三維激光掃描土方測量
作為一種新型測繪技術(shù)，SLAM移動式三維激光掃描技術(shù)具有采集速度快、密度大、精度高、非接觸和測量范圍廣等優(yōu)點。通過對我們之前做過的相關(guān)案例分析顯示，該技術(shù)滿足土方量測算精度要求，并且相對于傳統(tǒng)方法，簡化了作業(yè)流程，提高了作業(yè)效率，從而為土方量算提供了高效全新的技術(shù)手段。
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一、SLAM簡介
1.1. SLAM原理
SLAM是Simultaneous localization and mapping縮寫，意為“同步定位與建圖”。SLAM問題可以描述為: 掃描儀在未知環(huán)境中從一個未知位置開始移動,在移動過程中根據(jù)位置估計和地圖進行自身定位，同時在自身定位的基礎(chǔ)上建造增量式地圖，實現(xiàn)掃描儀的自主定位和導(dǎo)航。
1.2. 3D SLAM
3D SLAM技術(shù)是激光掃描儀的運動軌跡是一條與工作人員行走的步態(tài)有關(guān)的非線性和高動態(tài)的曲線。按照一般的理解，激光掃描儀如果安裝在移動測量系統(tǒng)中，一定要有一個高精度的定位系統(tǒng)(POS系統(tǒng))與之匹配，這樣，激光掃描儀得到的激光點才能得到對應(yīng)的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，進而合成三維的激光點云。為了能解算出激光點云數(shù)據(jù)的高動態(tài)非線性位姿，通過研究激光點云的處理算法，可從這些雜亂無章的點云中找到線索，求取其中隱含的更穩(wěn)定的高階特征點和特征向量，并連續(xù)跟蹤這些特征點和特征向量，進而高精度地動態(tài)反向解算掃描儀的位置和姿態(tài)。這種高精度的動態(tài)反向解算位置和姿態(tài)的方法顛覆的傳統(tǒng)的測繪方法，為測繪技術(shù)開拓了一種新的思路方法。
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二、SLAM技術(shù)特點
目前，現(xiàn)有的地面移動測量系統(tǒng)通常是基于車載的移動測量系統(tǒng)的，但目前地面移動測量系統(tǒng)均需要依賴于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，只能用于室外環(huán)境。然而，由于室內(nèi)和地下空間等環(huán)境中沒有GNSS信號，因此，傳統(tǒng)的移動測量系統(tǒng)無法正常工作。固定式激光掃描可以用于室內(nèi)室外的環(huán)境，但是復(fù)雜場景需要大量換站，然后進行點云拼接，數(shù)據(jù)獲取的效率十分低下。然而，即時定位與地圖構(gòu)建(SLAM)技術(shù)在移動測繪方面具有較好的應(yīng)用，不依托GNSS信號，能夠?qū)κ覂?nèi)和室外的地面水平環(huán)境進行地圖構(gòu)建和環(huán)境建模。因此，SLAM技術(shù)在測繪領(lǐng)域中的應(yīng)用降低了測量復(fù)雜性，不需要大量標記地物點，不需要GPS信號，適用于在室內(nèi)室外場景，對于解決傳統(tǒng)測繪中的定位及場景重建問題具有廣闊的前景。
由于SLAM技術(shù)無需GNSS信號，對工作環(huán)境又有極強的適應(yīng)性，基于SLAM技術(shù)的移動測量系統(tǒng)在多個測繪領(lǐng)域發(fā)揮作用，具體表現(xiàn)為：
(1) 外業(yè)數(shù)據(jù)采集速度極快，可快速獲得所需點云數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)精度高。
(2) 內(nèi)業(yè)點云預(yù)處理時間短，自動化程度高，基本不需要人工干預(yù)，短時間便能獲得配準好的點云數(shù)據(jù)。
(3) 操作簡單方便，無需換站，連續(xù)采集，具有連貫性，可實現(xiàn)室內(nèi)外一體化掃描作業(yè)。
(4) SLAM技術(shù)的測繪移動測量掃描儀在任意環(huán)境中長時間工作故障率低，對于精度要求較高的重點區(qū)域，可與固定測站式三維激光系統(tǒng)配合使用，既能保證精度，又能保證效率。
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三、GeoSLAM?HORIZON 特性
GeoSLAM Horizon 手持式移動三維激光掃描儀是由澳大利亞國家科學(xué)研究機構(gòu)CSRO和英國三維激光雷達采礦行業(yè)解決方案提供者3D lasermapping公司以合資企業(yè)的形式成立，并聯(lián)合研發(fā)出的目前最輕便的SLAM掃描系統(tǒng)。
GeoSLAM Horizon 3D系統(tǒng)
多平臺搭載移動掃描功能：
GeoSLAM Horizon 3D系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
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四、GeoSLAM?Horizon土方量測算應(yīng)用方案
4.1. SLAM技術(shù)土方測算流程
4.1.1. 外業(yè)數(shù)據(jù)采集
現(xiàn)場準備：
靜止開機30秒即可進入移動數(shù)據(jù)采集???
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現(xiàn)場掃描：
手持斷激光頭僅有1.3Kg，單塊電池可連續(xù)掃描4小時。?
4.1.2.數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理
（1）數(shù)據(jù)解算階段
將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入進預(yù)處理軟件hub里進行解算，解算數(shù)據(jù)所需時間和電腦的配置以及掃描所用時間相關(guān)，一般來說解算時間約為掃描時間的1-2倍。
原始數(shù)據(jù)直接拖入解算軟件，自動解算
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可在預(yù)處理軟件hub中查看點云數(shù)據(jù)的整體3D效果，也可以2D效果圖來進行顯示。當同步影像與點云相匹配之后，點云數(shù)據(jù)還能夠以RGB真彩色來顯示，與最終成果圖對比起來會顯得更加的直觀有效。
兩分鐘采集的貨運沙船點云數(shù)據(jù)
兩分鐘采集的露天沙場點云數(shù)據(jù)
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（2）數(shù)據(jù)后處理階段
15分鐘內(nèi)貨運沙船方量測算
15分鐘內(nèi)露天沙場指定堆體方量計算
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五、GeoSLAM?Horizon室外土方量測算無人機搭載應(yīng)用
大疆M600 Pro可輕松掛在GeoSLAM整機系統(tǒng)進行航飛掃描，相對航高可到30-70m，航速不小于5m/s，續(xù)航時間不小于10分鐘。
GeoSLAM Horizon大疆M600 Pro無人機搭載
六、GeoSLAM?Horizon室內(nèi)土方量測算應(yīng)用
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此次室內(nèi)堆體掃描耗時8分11秒，數(shù)據(jù)解算20分鐘
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點云解算軟件界面
解算完成點云視圖預(yù)覽
點云數(shù)據(jù)解算完成后，拷貝出工程目錄下laz文件。
使用第三方軟件（Realworks或者其他類似軟件）打開Laz文?件，對堆體點云數(shù)據(jù)進行一鍵提取，提取完畢，便基于點云計算堆體方量。
一鍵提取堆體點云數(shù)據(jù)界面（紅色為被分離的頂棚與水泥柱點云）
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堆體提取后便可設(shè)定邊界線，一鍵計算體積及生成報告表
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報告表可以word文本格式或PDF格式呈現(xiàn)（此堆體體積為3394.22立方米）
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七、總結(jié)
隨著SLAM移動式三維激光掃描技術(shù)的普及，越來越多的人已經(jīng)感受到它與傳統(tǒng)測量儀器之間的天差地別。SLAM移動式三維激光掃描技術(shù)利用了可以生成3D立體的點云數(shù)據(jù)，將堆積物結(jié)構(gòu)的各個方位都能兼顧的到，通過點云數(shù)據(jù)再進行后期處理、土方量計算。這種作業(yè)方式不僅節(jié)約了時間，提高了作業(yè)效率，也大大減少了人力、物力的投入，更為重要的是，方量計算的精度也很大程度上得到了保證。目前，三維激光掃描儀很多種選擇，而針對這種范圍廣、密集度較高的土方量測算，手持式掃描儀作業(yè)方式靈活，僅用一人就可以完成外業(yè)掃描工作，作業(yè)時間可控，前期也可以進行掃描作業(yè)的整體規(guī)劃。這樣，使用GeoSLAM horizon來完成土方量測算便具備了充分的可行性。
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八、GeoSLAM?Horizon室內(nèi)外土方量測算解決方案整體配置
