基于背包移动平台应用激光雷达技术计算船体泥沙土方量

任务概况

1、港口空载船只的三维点云数据归档；

2、计算满载20艘船只的泥沙土方量，误差控制在5%以内。

设备选配

硬件：LiBackpack100背包激光雷达扫描系统

LiBackpack 100是由数字绿土自主研发的背包式室内外一体化激光雷达扫描系统，结合激光雷达和同步定位与制图构建（SLAM）技术，无需GPS即可实时获取周围环境的高精度三维点云数据。可用于电力巡线、林业调查、矿业量测等领域。

厘米级数据精度

结合激光雷达和SLAM算法实现室内外一体化测量，无需GNSS信号即可实现厘米级数据精度

高效率

采集的目标物点云数据在手机／平板等移动端实时同步显示，支持在线闭环及闭环优化，扫描完成即可导出点云数据和运动轨迹。

低成本

无需GPS，成本大幅度降低。

操作简单

软硬件融合，高度自动化，开机即用。

多平台

设计轻巧便捷，可搭载不同的移动平台，手持、步行、骑行、车载都可以轻松采集数据。

技术参数

软件：LiDAR360激光雷达点云数据处理分析软件

LiDAR360激光雷达点云数据处理和分析软件，提供点云数据处理的一站式解决方案。软件支持海量点云的可视化及编辑、航带拼接、自动/半自动分类、数字模型生成及编辑、电力线、林业分析等一系列工作，支持多元数据格式导出。软件算法多次获得国际摄影测量与遥感协会的大奖，多次被美国国家森林局使用。

数据采集及处理

1. 数据采集

外业人员背负LiBackpack 100室内外一体化激光雷达扫描系统，沿着船体外沿进行数据采集，即可扫描获取运沙船的点云数据。每艘船只扫描一次空船，然后建立空船数据库。船体满载时，同样的方法对满沙船进行扫描，结合两次扫描数据，即可计算出船载泥沙土方量。

2. 数据处理

目前LiDAR360软件计算土方量有格网法和DTM法，因格网法快速简单且精度较高，所以本次项目采用格网法。（四个角点无靶标球的情况下，软件计算一艘船的土方量用时七到八分钟；布设靶标球的情况下，计算一艘船的土方量用时两分钟）。

LiDAR360计算船体泥沙土方量的步骤（布设靶标球）：

1）将外业采集空船、满沙船的点云数据进行去噪；拟合出船体的角点布设的四个标靶球球心；用体积量测工具，计算出空船的Fill方量；

2）同上步骤算出满载沙的Total 方量，标靶球布设必须和空船保持一致；

3）XXX货XXXX号船计算结果如下：

精度验证

XXX货XXXX号船是已知泥沙土方量的船只，以此船只的数据验证本次测量的精度。

1）船只点云精度验证

本项目采用船只长度与宽度的测量值与真值的差值，作为衡量背包点云数据的相对精度。

2）土方量精度验证：

此项目中，单次测量值与均值均参与了精度验证。

精度验证结果

本次背包激光雷达数据采集精度相对误差在5公分以内，符合船只测量与数据归档精度。

土方量计算方法合理，操作简单，在有标靶的基础上引入人为随机误差较小。根据采集激光雷达数据计算的泥沙土方量与客户参考值相吻合，精度高于要求。