激光点云数据坐标转换方法研究

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1、道路工程激光点云数据坐标转换方法研究张熙，刘晓东，刘玲(中国公路工程咨询集团有限公司中交宇科(北京)空间信息技术有限公司，北京100101)摘要:车载激光设备和机载激光设备采集的点云数据仅具有扫描仪坐标系下的坐标，不便于与其他数据融合。大型工程项目为了提高施工精度，其施工控制网往往是独立的高精度工程控制网，如何把扫描仪坐标系下点云数据精确的转换到高精度的工程控制网的坐标系中是个难题。本文结合激光扫描系统的特点，通过建立相应的坐标系，利用已有坐标系来解算坐标转换模型，确定坐标系之间的转换关系。依据地面GPS基站和机载或车载GPS接收机之间同步观测数据将扫描仪

2、坐标系下的激光点云数据经过多次坐标转换，得到高精度的工程坐标系下的点云数据成果，从而使点云数据可以和工程坐标系融合在一起，满足工程的设计和施工需求。关键词:激光点云;坐标转换;方法中图分类号:U41文献标识码:B建立独立坐标系来减小高程变化与投影变形产生的误1引言差。这就需要把采集的点云数据由激光设备本身的坐三维激光扫描技术是一项新兴的技术，利用三维标系转换到工程坐标系以满足工程设计和施工的激光扫描技术采集数据具有效率高，数据量大，速度需要。快等诸多优点，已成为获取空间数据的一种重要技术2定义坐标系手段，可用于城市三维建模、工程测量、电力巡线、森林调查、国

3、土资源调查等多个方面，根据载体平台点云数据坐标转换主要涉及到3个坐标系分类主要分为星载、机载、车载和地面激光扫描技术(1)激光扫描设备内部坐标系———扫描仪坐4种。三维激光扫描技术是一种高精度的测量手段，标系能够快速、准确的获取对象的空间三维坐标，建立三激光扫描获取的原始激光点的坐标都是基于设备维立体模型，便于数据的分析、处理和应用。通过三内部坐标系的，不同厂家生产的不同型号的扫描设备维激光扫描技术和GPS定位技术的结合，可以得到其内部坐标系的定义是由区别的，厂家提供设备时会高精度的局部坐标系下的三维模型。本文讨论的点云明确说明内部坐标系的定义方法。如加拿

4、大Optech数据坐标转换主要针对车载和机载激光扫描所获取的公司生产的OrionM200型机载激光扫描仪，Orion点云数据。M200设备一共有4个部件，每个部件都有自身的坐三维激光扫描获取的点云数据是以其自身的仪器标系统，即IMU坐标系统、Lidar坐标系统、Camera坐标系统为基准的，而我们在实际的工作中常常需要坐标系统和RP坐标系统，所有坐标系统都遵循右手把点云数据转换到项目需要的坐标系，特别是大型的定则，即X方向为右手4指所指，一般为飞机前进方工程项目都要求控制网的投影变形要控制在一定的范向(航向)，Y方向为右手4指的旋转方向，Z方向围内，也就是

5、说由坐标反算的长度与实测的长度尽可为右手大拇指所指方向，但IMU坐标系统例外，IMU能相符。1954年北京坐标系、1980西安坐标系、国坐标系统方向与RP坐标系统的方向相差180°。RP家2000大地坐标系等坐标系每个投影带都是按一定坐标系统作为其他各个部件坐标系统共同参考的坐标的间隔划分，由西向东有规律地分布，其中央子午线系统且在设备表面标明RP坐标系的原点。不可能刚好落在每个工程建设地区的中央，而各地区(2)统一坐标系———WGS84坐标系的地面位置与参考椭球面都有一定的距离(即高程在不同测站、不同航带、不同时间上获取的点云不同)，这两项将产生高斯投影

6、变形和高程变形，必数据其坐标系都是基于设备内部坐标系的，为了获取须把这两项改正后，其控制网边长的坐标反算的长度完整的点云数据需要把点云拼接在一起，一般是选择与实测的长度才会相符，因此大型的工程项目往往会WGS84坐标系作为统一的坐标系，把所有获取的点1182011年11期(总第83期)云数据全部转换到WGS84坐标系中。个控制点即可计算出七参数，但是为了保证精度，建(3)外部绝对坐标系———国家坐标系或独立坐议采用所有的控制点来参与计算。在TerraSolid软件标系中进行转换，首先编制2个文本文件，一个是源文件为了使所获取的激光点云数据能够方便的应用，即

7、参与计算控制点的UTM投影方式的WGS84坐标系能够和其他来源的多种数据如:遥感影像进行融合，下的平面坐标，其格式为“点名Y坐标X坐标大地需要把点云数据从统一坐标系转换到外部绝对坐高”，这个坐标可以在坐标转换软件中把基站控制网标系。通过三维无约束平差时所得到的基站点的WGS84坐标的BLH转换到平面坐标即可，转换时注意选择正3坐标转换确的投影方式———UTM投影和正确的椭球参数———将扫描仪坐标系下的点云数据转换到外部绝对坐WGS84坐标系椭球参数。另一个文本文件是参与计标系下，分为两个步骤，首先是将扫描仪坐标系下的算控制点的外部绝对坐标系的坐标，其格式为

8、“点点云数据转换到统一的坐标系WGS84坐标系下，然名Y坐标X坐标