蔡紅云，陳海佳，劉 俊，龔書(shū)林

(武漢海達(dá)數(shù)云技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430000)

中海達(dá)·開(kāi)啟智時(shí)代

基于ArcGIS的云存儲(chǔ)三維激光點(diǎn)云測(cè)圖實(shí)現(xiàn)方法

蔡紅云，陳海佳，劉 俊，龔書(shū)林

(武漢海達(dá)數(shù)云技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430000)

描述了基于ArcGIS二次開(kāi)發(fā)海達(dá)云存儲(chǔ)三維激光點(diǎn)云測(cè)圖插件，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)業(yè)人員在局域網(wǎng)內(nèi)協(xié)同完成點(diǎn)云測(cè)圖的方法。在數(shù)據(jù)服務(wù)器上部署MogoDB數(shù)據(jù)庫(kù)，向數(shù)據(jù)庫(kù)中上傳海量三維激光點(diǎn)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(shí)現(xiàn)激光點(diǎn)云和全景影像數(shù)據(jù)繪制，基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)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(cè)圖建庫(kù)提供了一種新技術(shù)手段和作業(yè)模式。

海達(dá)云存儲(chǔ)三維激光點(diǎn)云測(cè)圖插件；激光點(diǎn)云；全景影像；數(shù)字測(cè)圖

傳統(tǒng)的RTK或全站儀普遍都是單點(diǎn)定位，三維激光掃描儀應(yīng)用到測(cè)繪行業(yè)中，為數(shù)字測(cè)圖提供了一種高時(shí)空分辨率且連續(xù)的高精度數(shù)據(jù)源。特別是移動(dòng)三維激光測(cè)量技術(shù)，它可以在快速行駛過(guò)程中獲取三維激光點(diǎn)云和全景數(shù)據(jù)。將點(diǎn)云全景數(shù)據(jù)通過(guò)MogoDB在數(shù)據(jù)服務(wù)器上進(jìn)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(tái)軟件，人們可以在ArcGIS中將點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為底圖并結(jié)合全景進(jìn)行數(shù)字測(cè)圖，給使用ArcGIS進(jìn)行測(cè)圖的專業(yè)人員提供了一種高效且直觀的測(cè)圖模式，將大量高強(qiáng)度的外業(yè)工作轉(zhuǎn)移到內(nèi)業(yè)完成。為此，在ArcGIS平臺(tái)上二次開(kāi)發(fā)海達(dá)云存儲(chǔ)三維激光點(diǎn)云測(cè)圖插件，讓內(nèi)業(yè)人員下載作業(yè)區(qū)域的點(diǎn)云和全景數(shù)據(jù)，在局域網(wǎng)內(nèi)協(xié)同進(jìn)行數(shù)字測(cè)圖，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所用到的數(shù)據(jù)為武漢海達(dá)數(shù)云技術(shù)有限公司獨(dú)立研發(fā)的HiScan-Z高精度三維激光移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱HiScan-Z)所獲取的點(diǎn)云和全景數(shù)據(jù)。圖1為HiScan-Z點(diǎn)云按強(qiáng)度渲染效果，圖2為HiScan-Z點(diǎn)云高程渲染與全景疊加效果。

圖1 HiScan-Z點(diǎn)云強(qiáng)度渲染效果

HiScan-Z包括GPS、IMU、三維激光掃描儀和全景相機(jī)，測(cè)量車在行進(jìn)過(guò)程中獲取點(diǎn)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(jìn)行組織管理。

在數(shù)據(jù)服務(wù)器上部署MogoDB數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中有軌跡線數(shù)據(jù)表、軌跡點(diǎn)數(shù)據(jù)表、點(diǎn)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(kù)中的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表中。作業(yè)時(shí)根據(jù)作業(yè)區(qū)域從數(shù)據(jù)庫(kù)中下載數(shù)據(jù)。

圖2 HiScan-Z點(diǎn)云高程渲染與全景疊加效果

2 技術(shù)流程

海達(dá)云存儲(chǔ)三維激光點(diǎn)云測(cè)圖插件功能包括HiScan軌跡工程數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)度下載、數(shù)據(jù)繪制、基于點(diǎn)云進(jìn)行數(shù)字測(cè)圖、二三維聯(lián)動(dòng)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(kù)，把HiScan軌跡工程數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)。內(nèi)業(yè)人員作業(yè)時(shí)，根據(jù)作業(yè)區(qū)域來(lái)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(jī)制，提高數(shù)據(jù)調(diào)度效率。

在ArcGIS中自定義擴(kuò)展2個(gè)圖層：軌跡線圖層和點(diǎn)云圖層。軌跡點(diǎn)圖層是ArcGIS的點(diǎn)要素圖層。軌跡工程以組合圖層進(jìn)行管理，包括點(diǎn)云圖層和軌跡點(diǎn)圖層。

針對(duì)點(diǎn)云圖層的繪制，采用根據(jù)當(dāng)前窗口數(shù)據(jù)范圍動(dòng)態(tài)調(diào)度數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)并只繪制有效像素的技術(shù)來(lái)提高點(diǎn)云的繪制效率，以保證測(cè)圖過(guò)程中點(diǎn)云瀏覽的流暢性。對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行強(qiáng)度、高度、彩色渲染，在高度渲染時(shí)加入強(qiáng)度信息進(jìn)行渲染增強(qiáng)，以提高某些地物要素識(shí)別度，如道路標(biāo)志線。

在二維地圖中采集地物時(shí)，某些地物要素高程采集不準(zhǔn)確，如龍門(mén)架要素，需要在三維場(chǎng)景中利用點(diǎn)云進(jìn)行要素采集。在三維視圖中，提供采集點(diǎn)狀要素和線狀要素的工具，可多視角捕捉點(diǎn)云，可量取個(gè)別要素的尺寸信息，如廣告牌的長(zhǎng)寬等。數(shù)據(jù)采集完成后，可結(jié)合全景進(jìn)行二三維聯(lián)動(dòng)檢查，查漏補(bǔ)缺。海達(dá)云存儲(chǔ)三維激光點(diǎn)云測(cè)圖插件實(shí)現(xiàn)技術(shù)流程如圖3所示。

圖3 海達(dá)云存儲(chǔ)三維激光點(diǎn)云測(cè)圖插件技術(shù)流程

3 軟件功能

海達(dá)云存儲(chǔ)三維激光點(diǎn)云測(cè)圖插件按功能主要分為5個(gè)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(cè)圖。

3.1 數(shù)據(jù)上傳

內(nèi)業(yè)人員連接好數(shù)據(jù)庫(kù)，上傳指定的HiScan工程數(shù)據(jù)，可選擇上傳點(diǎn)云和全景，上傳時(shí)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(kù)中的數(shù)據(jù)修復(fù)，若數(shù)據(jù)庫(kù)中個(gè)別工程數(shù)據(jù)記錄損壞，可以利用該工具進(jìn)行選擇性修復(fù)。

3.2 數(shù)據(jù)下載

用戶連接好數(shù)據(jù)庫(kù)之后，插件就會(huì)把數(shù)據(jù)庫(kù)中的軌跡線數(shù)據(jù)下載下來(lái)，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(diǎn)云數(shù)據(jù)，如圖4所示。

圖4 拉框查詢某軌跡線附近的點(diǎn)云數(shù)據(jù)

3.3 數(shù)據(jù)管理

對(duì)于下載的軌跡工程數(shù)據(jù)，軌跡線以ArcGIS自定義圖層進(jìn)行管理，軌跡工程數(shù)據(jù)通過(guò)組合圖層進(jìn)行管理，其中組合圖層中包含軌跡點(diǎn)圖層和點(diǎn)云圖層，軌跡點(diǎn)圖層是ArcGIS的點(diǎn)要素圖層，點(diǎn)云圖層為自定義擴(kuò)展圖層。

3.4 數(shù)據(jù)繪制

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

3.5 數(shù)字測(cè)圖

利用本插件在局域網(wǎng)內(nèi)協(xié)同作業(yè)的過(guò)程為：連接好云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)之后，插件自動(dòng)加載顯示數(shù)據(jù)庫(kù)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(diǎn)云，點(diǎn)云繪制完成之后，即可利用ArcGIS的編輯器選擇特定的點(diǎn)、線、面要素進(jìn)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(guò)程中，會(huì)自動(dòng)查找該要素附近的點(diǎn)云，進(jìn)行Z值掛接。不易在二維地圖中進(jìn)行采集的地物要素，可以在三維場(chǎng)景中捕捉點(diǎn)云進(jìn)行采集，此外可在三維點(diǎn)云量取一些要素的屬性，如廣告牌的長(zhǎng)寬，并可以截取全景影像對(duì)某些要素進(jìn)行高清正射照片的掛接，如道路交通標(biāo)志要素。圖5所示為基于海達(dá)云存儲(chǔ)三維激光點(diǎn)云測(cè)圖插件協(xié)同作業(yè)的某項(xiàng)目工程成果數(shù)據(jù)。

圖5 基于海達(dá)云存儲(chǔ)三維激光點(diǎn)云測(cè)圖插件協(xié)同作業(yè)成果數(shù)據(jù)

4 結(jié) 語(yǔ)

利用海達(dá)云存儲(chǔ)三維激光點(diǎn)云測(cè)圖插件進(jìn)行點(diǎn)云測(cè)圖，提高了數(shù)據(jù)的安全性，避免了頻繁復(fù)制，可快速高效地在ArcMap中加載渲染點(diǎn)云，支持對(duì)點(diǎn)云的二三維捕捉測(cè)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(diǎn)云進(jìn)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。