關鍵詞：地基鐳射雷達 點雲模擬 XML檔案 作者：李二 日期：07/05/2020 - 08/05/2020

我目前僅僅使用了TLS模式進行模擬，所以先講一下TLS的模擬經驗。
ALS和MLS的模擬，以後肯定也會做一下

1. 明確模擬資料需求

在正式模擬自己的資料之前，一定要明確好自己的模擬資料需求，畢竟一次TLS的模擬耗時挺長的(在儘可能貼近野外測量引數設定條件下)。

比如我這裡要做森林樣方的TLS點雲模擬，目的是評估不同的布站模式 scan design的資料獲取質量以及對樹木引數計算的影響，因此需求儘可能逼近野外TLS測量時的掃描器引數設定、森林樣方樹木情況。

針對森林樣方場景：根據一些現有的實測森林樣方樹木位置、胸徑、樹高等資訊，通過某些樹木三維模型構建軟體(例如 OnyxTree

)來建立樹木OBJ模型檔案。

• 為求逼近野外樣方，可製作多個不同大小和樹種的樹木模型。
• 一種稍微討巧的方法是，對一棵樹進行縮放變換(在輸入檔案中設定)，以得到不同胸徑樹高的模型。

針對掃描器引數：根據所需scanner系統，在HELIOS的庫中選擇(比如下面的例子)或者自定義掃描器(參照所想模擬的掃描器的配置specification即可)，這些一般不用關心。需要重點關心的是一些具體的掃描引數設定configuration：

• TLS的位置
• 天頂掃描範圍zenith和方位掃描範圍azimuth
• 掃描角度解析度或者角度步長 angular resolution

2. 規劃輸入檔案

令HELIOS模擬，則必須告訴其使用者定義的場景是什麼樣的，鐳射掃描器是什麼樣的，搭載在什麼平臺上，在哪裡掃描以及掃描範圍與解析度等。

HELIOS是通過XML檔案的形式進行輸入資料管理的。下圖則展示了HELIOS所需要的輸入檔案以及功能，還有各檔案之間的關聯。

2.1. scene xml檔案

第一步是設定場景：我們以森林樣方為例，HELIOS的場景XML檔案可以設定地形以及地表每棵樹的obj檔案以及座標變換(旋轉、平移、縮放)：

地形設定：平地條件下，可以採用預設的groundplane.obj而無需修改。有地形條件下，可以採用地形的obj檔案(<filter type="objloader">)或者GeoTIFF檔案(如上一期所述，會自動轉換為三角面片，<filter type="geotiffloader

(作者未給出例子，需要確認，mark一下))。HELIOS也支援對地形進行縮放(xml檔案中filter元素下的scale屬性)

樹木模型設定：我們需要指定樣方中每一棵樹的obj模型檔案路徑，這與地形設定時是類似的。需要注意的是：obj模型的軸方向與我們常見的並不相同，需要事先用cloudcompare調整好方向。不過也可以不事先調整，設定pitch屬性也沒問題。 小注：我建議事先調整一下，否則在rotate引數設定時不太直觀，可參考我的提問。

樹木座標變換：為了製作看上去更為真實的森林樣方，我們可以對樹木模型的尺寸、傾角、位置等進行變換。

• 通過scale調整模型的大小(DART可以分別調整三個軸的縮放比例，但HELIOS只能統一調整)
• 通過translate調整樹木的三維位置。注意，當平臺地表時，；當有地形時，需要根據地形進行調整
• 通過rotate調整樹木的旋轉。包含yaw, pitch, roll，這與通常的轉角定義與範圍是一致的。當需要直立樹木時，則(注意這是在obj檔案方向調整之後的設定)。當需要傾斜樹木時，則。

具體的設定方式可以根據xml檔案的樹結構形式，自行設定。這裡我提供了一個MATLAB指令碼檔案，可以自動化批量設定。

2.2. scanner xml檔案

第二步是設定掃描器： 掃描器的xml檔案一般不需要我們額外設定，直接指定一個掃描器即可，如Riegl VZ-400。HELIOS提供了脈衝式和相位式兩種型別鐳射掃描器可供選擇。注意，不要修改庫中已有的引數。

如果確有需要設定其他型號的感測器，可以在xml檔案中仿照已有引數自定義。

2.3. platform xml檔案

第三步是設定平臺：我們也不需要對平臺進行額外設定，選擇自己所採用的平臺即可，比如地基平臺就選擇tripod，無人機平臺就選Quadrocopter，千萬不要選錯了，否則掃描結果就變了。

需要注意，這裡已然設定的平臺的高度為1.5 m了，因此在後面的survey檔案中設定掃描器位置與高度時，需要減去這個1.5 m。比如如果想設定掃描器高度為1.7 m，則survey檔案中。

(小注：目前HELIOS在平臺高度設定這裡有個小bug，解決方法任何情況下都設定onGround = false即可)

2.4. survey xml檔案

第四步是設定測量檔案：survey檔案中需要指定場景、平臺、掃描器，以及TLS的位置(或ULS的航點)與掃描configuration。

掃描範圍與解析度設定

• headRotateStart_deg和headRotateStop_deg設定方位方向的掃描範圍，取值範圍0~360°
• scanAngle_deg設定天頂方向的掃描範圍，取值0~90°，FOV = 2 * scanAngle_deg
• pulseFreq_hz設定脈衝頻率，需要參考真實掃描器的引數，不要隨意修改
• scanFreq_hz設定掃描線頻率，取值範圍參考canners_tls.xml檔案，掃描解析度主要通過該引數進行調整

• 掃描解析度計算公式
• 方位解析度=headRotatePerSec_deg / scanFreq_hz。例如：2º/s / 50Hz = 0.04º
• 天頂解析度=2 x scanAngle_deg x scanFreq_hz / pulseFreq_hz。例如：2 x 40º x 50Hz / 100000Hz = 0.04º
• 小注：如想修改解析度，在掃描範圍保持不變的情況下，修改scanFreq_hz

具體的設定方式可以根據xml檔案的樹結構形式(下圖)，自行設定。

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