基于ArcGIS的云存儲三維激光點云測圖實現(xiàn)方法

蔡紅云，陳海佳，劉 俊，龔書林

(武漢海達數(shù)云技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430000)

中海達·開啟智時代

基于ArcGIS的云存儲三維激光點云測圖實現(xiàn)方法

蔡紅云，陳海佳，劉 俊，龔書林

(武漢海達數(shù)云技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430000)

描述了基于ArcGIS二次開發(fā)海達云存儲三維激光點云測圖插件，實現(xiàn)了內(nèi)業(yè)人員在局域網(wǎng)內(nèi)協(xié)同完成點云測圖的方法。在數(shù)據(jù)服務(wù)器上部署MogoDB數(shù)據(jù)庫，向數(shù)據(jù)庫中上傳海量三維激光點云和全景數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)人員在局域網(wǎng)內(nèi)下載作業(yè)區(qū)域數(shù)據(jù)，在ArcMap中實現(xiàn)激光點云和全景影像數(shù)據(jù)繪制，基于點云數(shù)據(jù)進行地物要素采集和屬性數(shù)據(jù)錄入，可提高數(shù)字化要素的作業(yè)效率，為數(shù)字測圖建庫提供了一種新技術(shù)手段和作業(yè)模式。

海達云存儲三維激光點云測圖插件；激光點云；全景影像；數(shù)字測圖

傳統(tǒng)的RTK或全站儀普遍都是單點定位，三維激光掃描儀應(yīng)用到測繪行業(yè)中，為數(shù)字測圖提供了一種高時空分辨率且連續(xù)的高精度數(shù)據(jù)源。特別是移動三維激光測量技術(shù)，它可以在快速行駛過程中獲取三維激光點云和全景數(shù)據(jù)。將點云全景數(shù)據(jù)通過MogoDB在數(shù)據(jù)服務(wù)器上進行管理，可確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性。ArcGIS是專業(yè)的GIS平臺軟件，人們可以在ArcGIS中將點云數(shù)據(jù)作為底圖并結(jié)合全景進行數(shù)字測圖，給使用ArcGIS進行測圖的專業(yè)人員提供了一種高效且直觀的測圖模式，將大量高強度的外業(yè)工作轉(zhuǎn)移到內(nèi)業(yè)完成。為此，在ArcGIS平臺上二次開發(fā)海達云存儲三維激光點云測圖插件，讓內(nèi)業(yè)人員下載作業(yè)區(qū)域的點云和全景數(shù)據(jù)，在局域網(wǎng)內(nèi)協(xié)同進行數(shù)字測圖，具有一定的現(xiàn)實意義。

1 數(shù)據(jù)來源

本文所用到的數(shù)據(jù)為武漢海達數(shù)云技術(shù)有限公司獨立研發(fā)的HiScan-Z高精度三維激光移動測量系統(tǒng)(簡稱HiScan-Z)所獲取的點云和全景數(shù)據(jù)。圖1為HiScan-Z點云按強度渲染效果，圖2為HiScan-Z點云高程渲染與全景疊加效果。

圖1 HiScan-Z點云強度渲染效果

HiScan-Z包括GPS、IMU、三維激光掃描儀和全景相機，測量車在行進過程中獲取點云、全景和POS數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)由軌跡工程以目錄方式進行組織管理。

在數(shù)據(jù)服務(wù)器上部署MogoDB數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中有軌跡線數(shù)據(jù)表、軌跡點數(shù)據(jù)表、點云數(shù)據(jù)表、全景數(shù)據(jù)表等。利用軌跡工程上傳工具，把數(shù)據(jù)上傳到指定數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)數(shù)據(jù)表中。作業(yè)時根據(jù)作業(yè)區(qū)域從數(shù)據(jù)庫中下載數(shù)據(jù)。

圖2 HiScan-Z點云高程渲染與全景疊加效果

2 技術(shù)流程

海達云存儲三維激光點云測圖插件功能包括HiScan軌跡工程數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)度下載、數(shù)據(jù)繪制、基于點云進行數(shù)字測圖、二三維聯(lián)動檢查數(shù)據(jù)成果等。

在數(shù)據(jù)服務(wù)器上部署MogoDB數(shù)據(jù)庫，把HiScan軌跡工程數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫。內(nèi)業(yè)人員作業(yè)時，根據(jù)作業(yè)區(qū)域來選擇軌跡線，加載軌跡線附近軌跡工程。軌跡工程數(shù)據(jù)下載采用緩存機制，提高數(shù)據(jù)調(diào)度效率。

在ArcGIS中自定義擴展2個圖層：軌跡線圖層和點云圖層。軌跡點圖層是ArcGIS的點要素圖層。軌跡工程以組合圖層進行管理，包括點云圖層和軌跡點圖層。

針對點云圖層的繪制，采用根據(jù)當前窗口數(shù)據(jù)范圍動態(tài)調(diào)度數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)并只繪制有效像素的技術(shù)來提高點云的繪制效率，以保證測圖過程中點云瀏覽的流暢性。對點云進行強度、高度、彩色渲染，在高度渲染時加入強度信息進行渲染增強，以提高某些地物要素識別度，如道路標志線。

在二維地圖中采集地物時，某些地物要素高程采集不準確，如龍門架要素，需要在三維場景中利用點云進行要素采集。在三維視圖中，提供采集點狀要素和線狀要素的工具，可多視角捕捉點云，可量取個別要素的尺寸信息，如廣告牌的長寬等。數(shù)據(jù)采集完成后，可結(jié)合全景進行二三維聯(lián)動檢查，查漏補缺。海達云存儲三維激光點云測圖插件實現(xiàn)技術(shù)流程如圖3所示。

圖3 海達云存儲三維激光點云測圖插件技術(shù)流程

3 軟件功能

海達云存儲三維激光點云測圖插件按功能主要分為5個功能模塊：數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)繪制及數(shù)字測圖。

3.1 數(shù)據(jù)上傳

內(nèi)業(yè)人員連接好數(shù)據(jù)庫，上傳指定的HiScan工程數(shù)據(jù)，可選擇上傳點云和全景，上傳時應(yīng)檢查工程數(shù)據(jù)的完整性。該工具還可用于數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)修復，若數(shù)據(jù)庫中個別工程數(shù)據(jù)記錄損壞，可以利用該工具進行選擇性修復。

3.2 數(shù)據(jù)下載

用戶連接好數(shù)據(jù)庫之后，插件就會把數(shù)據(jù)庫中的軌跡線數(shù)據(jù)下載下來，以軌跡線圖層展示,用戶可以拉框選擇某條軌跡線下載查詢其附近的點云數(shù)據(jù)，如圖4所示。

圖4 拉框查詢某軌跡線附近的點云數(shù)據(jù)

3.3 數(shù)據(jù)管理

對于下載的軌跡工程數(shù)據(jù)，軌跡線以ArcGIS自定義圖層進行管理，軌跡工程數(shù)據(jù)通過組合圖層進行管理，其中組合圖層中包含軌跡點圖層和點云圖層，軌跡點圖層是ArcGIS的點要素圖層，點云圖層為自定義擴展圖層。

3.4 數(shù)據(jù)繪制

數(shù)據(jù)繪制的對象包括：軌跡線、軌跡點、點云及全景。在ArcMap二維地圖中用GDI繪制軌跡線、軌跡點、點云；在三維視圖中用OpenGL繪制點云和全景。在二維和三維中點云的繪制是根據(jù)當前窗口范圍動態(tài)加載點云數(shù)據(jù)，降低內(nèi)存的使用。依據(jù)點云的高程、強度、顏色信息，提供不同的渲染方式，用于提高點云的識別度。全景繪制時依據(jù)當前瀏覽狀態(tài)，動態(tài)調(diào)度不同級別分辨率的圖片數(shù)據(jù)進行繪制，提高渲染效率。

3.5 數(shù)字測圖

利用本插件在局域網(wǎng)內(nèi)協(xié)同作業(yè)的過程為：連接好云存儲數(shù)據(jù)庫之后，插件自動加載顯示數(shù)據(jù)庫中的軌跡線數(shù)據(jù)，連接SDE，內(nèi)業(yè)人員可選擇自己的任務(wù)區(qū)域下載軌跡工程點云，點云繪制完成之后，即可利用ArcGIS的編輯器選擇特定的點、線、面要素進行要素采集，如果要素具有Z值屬性，那么要素在創(chuàng)建的過程中，會自動查找該要素附近的點云，進行Z值掛接。不易在二維地圖中進行采集的地物要素，可以在三維場景中捕捉點云進行采集，此外可在三維點云量取一些要素的屬性，如廣告牌的長寬，并可以截取全景影像對某些要素進行高清正射照片的掛接，如道路交通標志要素。圖5所示為基于海達云存儲三維激光點云測圖插件協(xié)同作業(yè)的某項目工程成果數(shù)據(jù)。

圖5 基于海達云存儲三維激光點云測圖插件協(xié)同作業(yè)成果數(shù)據(jù)

4 結(jié) 語

利用海達云存儲三維激光點云測圖插件進行點云測圖，提高了數(shù)據(jù)的安全性，避免了頻繁復制，可快速高效地在ArcMap中加載渲染點云，支持對點云的二三維捕捉測圖。在局域網(wǎng)內(nèi)，內(nèi)業(yè)人員選擇下載任務(wù)區(qū)域內(nèi)的點云進行協(xié)同作業(yè)，提高了作業(yè)效率，是一種新型的作業(yè)模式。