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Riegl LMS-Z420与Leica HDS 8800比较

Riegl LMS-Z420Leica HDS 8800比较
Ph.D. Yanjing Liu 
    2011 年,澳大利亚的Maptek 公司推出了长距离的三维激光扫描仪I-SiTE 8800,这也是该公司在历时7 年后所推出的第二款三维激光扫描仪。徕卡公司为了弥补自己无长距离激光扫描仪上的不足,将其贴牌销售,称谓:HDS 8800。
    一、Maptek公司介绍
    Maptek 公司由Bob Johnson 博士在1981 创立。专门致力于矿山软件的开发,在澳大利亚、南美洲和美国等地拥有众多的用户和很高的知名度。
    在2000 年,为了在矿山方面应用三维激光扫描仪,Maptek 开发了I-SiTE Studio软件,并成立了I-SiTE 公司,由Johnson 博士的儿子Peter Johnson 出任总经理。Studio软件与Riegl,和Optech 等公司的长距离三维激光扫描仪相配套。
    由于Maptek 公司长期服务于矿山,其开发的软件具有诸多的优势:
1. 简单、易学。
2. 功能强大。
3. 具有多站点自动拼接的功能。
    应该说,I-SiTE Studio 是当时世界上最好的地形地貌和矿山应用的三维激光扫描仪软件。
    在2000 年到2005 年之间,几乎国外的所有在矿山方面的激光扫描仪用户都买了Studio 软件。
    我与I-SiTE 公司的人员非常熟悉。曾经专门去美国的丹福城市参加过其美国经理Scott 的婚礼。还曾经与Peter 一起访问过黑龙江省测绘局、北京大学和北京的一些公司。2003 年2 月,在国外的新闻中,得知广东的非典已经蔓延,处于失控的边沿。Peter 和我一起还在广州访问客户,由于从当地的电视和报纸中,看不到相关的报道,我们当时还好奇的互相问道:是否真有非典?
    在中国期间,Peter 曾经多次与我讨论是否有必要开发出一款新型的三维激光扫描仪。我认为,将来的数字城市一定需要这样的一款三维维激光扫描仪:它由三个线性的彩色(即红色、蓝色和绿色)激光器组合而成。通过对建筑物扫描,不需要建模,自动生成带真实彩色纹理的三维模型来。技术上,是可行的,但是,做起来,难度非常大。另一种方法是采用线性推扫式的数码相机和脉冲激光器组合的激光扫描仪,两者的像素和激光点云的点密度接近,通过空间几何校对,使得三维激光点云自动配准彩色相机映射的纹理,而生成接近真实的三维彩色激光点云图。
    半年后,也就是2003 年底,Peter 从澳大利亚给我电话,他们开发出了一款激光扫描仪,即I-SiTE 4400,是按照我所建议的第二套技术开发的,并且希望我来帮助在中国销售。对其速度之快,我非常惊讶!
等我后来了解到是他自己和专门新招的一位懂影像的人(一共两个人)所研究出来的,敬慕佩服之情由衷而生。由于是第一代产品,它的一些技术参数不太好,尤其是精度只有50 mm (在50米距离内),25 mm (多次重复后的最好测量值),我希望Peter 把精度再提高一些,才有竞争力。几个月后,他告诉我只能做到这样的水平。随后,他把市场的定位选定为矿山。在该领域,误差15 厘米(300 米远)是可以的。好在I-SiTE Studio 的软件还是非常好的,它是当时唯一的一款能够对多站点的数据进行自动拼接,通过平插和角度旋转拟和的方法,做到将多站点的拼接误差减少到相当于一站的误差。维也纳理工大学直到2009 年才开发出类似功能的软件,用在Riegl 的三维激光扫描仪上。因此它的用户多为对精度要求不高、预算较少的矿山等用户:价廉、实用。2005 年,武汉的一家大公司购买了一台4400,用于对铁矿石堆的体积和重量测量。在验收时,我和I-SiTE 的Darren 一起在武汉品尝了美味的菜肴。后来,由于Riegl 公司的要求,我们不再销售I-SiTE 的产品。由南方测绘接手,销售的也不理想。这时,I-SiTE 也合并到Maptek 公司,Peter 成为它父亲的助理和副总经理。
    2007 年初,徕卡接手,贴牌为HDS 4400,借助于徕卡的名声,价格也大幅提升,精度参数也从50mm 提高到15mm。我感觉到徕卡贴牌的威力真是大!求证Peter,如何做到的?Peter 笑着告诉我:“Who knows.”
    二、I-SiTE 8800的性能
    实际上,I-SiTE 8800 的性能,无论是射程还是精度,以及扫描的速度,都还达不到Riegl 在2003 年所推出的LMS-Z420 的水平。这也无可非议:因为Maptek 公司本事就是一个软件公司:软件就是好,硬件一般般了。
虽然是刚刚推出的产品,但是技术水平落后一大截。估计由于心虚的原因,徕卡代理对用户的报价竟然高到了匪夷所思的200 万元以上。比其在外国市场的销售价高了近100 万元,是所有激光扫描仪中最贵的。或许希望以此来说明其设备的性能优越吧!要不……
    再者,为了能够靠上长距离的要求,在技术参数上开打模糊拳:在实验室中测量所得到的结果。声称射程能够达到2000 米(实验室中),也就是告诉读者,只能在他公司的实验室中测得该结果。是在什么条件下?是对着反射率多少的物体测量的?是直接测得的结果,还是推算出来的数据?无可奉告!如果具有一些射程和反射率的常识,我们就会发现其中的问题。如果按其声称:在物体反射率=80%时,其射程为1400 米。那么,对于即使99%的反射体,它的射程也不会到1700 米,更不用说2000 米了。
    三、Leica HDS 8800与Riegl LMS-Z420比较
    以下是两款产品性能参数的对比。
              
参数
LMS-Z420
HDS-8800
发布时间
2003年
2011年
扫描仪类型
脉冲式,近红外1550nm
脉冲式,近红外
用户界面
连接笔记本电脑控制
连接笔记本电脑控制
数据传输
通过以太网网线传输到电脑
通过以太网网线传输到电脑
数据储存
笔记本电脑
笔记本电脑
激光发射频率
≥27,000 点/sec
8800 点/sec
厂家声称的射程
2m - 1000m
350m@10%反射率
1000m@80%反射率
2.5m - 2000m
500m @10%反射率
1400m@80%反射率
在国内用户的实际测量到的射程
2010年,重庆大学和中科院成都山地所使用重庆大学的LMS-Z420(2005年购买的产品)
在北川地震区域多次测试地形地貌:在1280m处,激光点云仍然分布均匀,数据可用。
精度:≤ 10mm
(距离≤ 100m)
 
2011年,中国矿业大学、水电集团昆明院、水电集团贵阳院多次测试HDS 8800:
1.个别点能够击中1200m的物体,但是,点云分布稀少;
2.当距离超过600m时,激光点云密度明显减少;
3.当距离超过500m时,精度明显下降。
2011年,在为广东省电力勘察设计院演示时,仅仅扫描了一站,设备就出了故障,而退出了与Riegl公司设备同场比测的活动。
扫描精度
 
在100米距离内
10mm(绝对)
4mm(重复多次),8mm(单站)
在实验室中(无距离条件)
10 mm (绝对)
8mm(重复)
扫描速度
1~20线/秒(垂直)
0.01°~15°/秒(水平)
 
扫描角度
0°~80°垂直
0°~360°水平
0°~80°垂直
0°~360°水平
角扫描递增度
0.20 到 0.0040
0.20 到 0.01250
倾斜扫描
搭配云台可以实现垂直角度的360度扫描
不支持倾斜扫描
角度分辨率
0.002°(垂直)
0.0025°(水平)
0.01°
安全激光类型
1级
1级
激光发散度
0.25mard
0.25mrad
相机
外置3D MARK 2与D700等全画幅专业单反相机,可以更换不同焦距镜头,实现远距离地高分辨率的纹理采集。
当采用20mm镜头时,全景扫描(7张照片拼接)像素为:≥ 8000万像素。
 
内置线扫描数码相机,配置固定的20mm镜头。全景扫描像素为:7000万像素
缺点:无法更换镜头,不是全画幅CCD
尺寸
463mm(length)×210mm(diameter)
455×246×378mm
工作温度(℃)
0~+40(工作)
-10~+50(储存)
实际工作可以在-10至+50
采取保暖措施可以长时间暴露在低温环境下工作
0~ +50
-20到 +50(30分钟曝光)
-40到 +50(10分钟曝光)
重量
16kg(包含倾斜运扫描云台,不含电池)
7毫米厚的铝合金机身
14kg (不含电池)
塑料、铁皮和铝合金油漆的机身
防水防尘
IP64
IP65
电池
外挂可再充镍锰氢电池
(6小时)或汽车电瓶或自行车电池
一体化的可再充、可拆卸的镍氢电池(3小时)
电流
12-28 V DC
 
补偿器
内置倾斜补偿器
内置倾斜补偿器
(20”分辨率)
水准器
外置基座水准气泡
外置水准气泡
最小刻度30”
补偿范围20’
后处理软件(标配)
扫描仪控制
点云浏览、导出
测站拼接、平差
三维建模
纹理映射
等高线生成
坡面线
体积计算
移动面比较
CAD软件互换数据
摄影测量相机标定
自由定向影像
过滤植被
二维轮廓投影
正射影像制作
扫描仪控制
拼接
建模 (二维,三维)
数据导出
体积、表面积计算
生成等高线
绘制断面图、产状图
三维场景渲染
建筑总平面图和立面图绘制
应用领域
可以应用于各种行业,如文物考古、滑坡监测、三维建模、岩土工程、隧道测量、地形测量、矿山测量、土方量计算、地质灾害扫描等
车载扫描
主要应用于矿山、地形测量、各种土方量计算、地质灾害以及车载扫描
Riegl的LMS-Z420以及它的改进型LMS-Z420i属于模拟信号的三维激光扫描仪。
去年,Riegl公司推出了新一代的、全数字化的VZ-1000。由于它的性能更加优越,射程1400米,尤其适合于对植被茂密的地形地貌的测量以及快速的三维建模扫描(速度提高了10倍),因此,在今年,Riegl公司停止了属于模拟信号的老款产品——LMS-Z420和LMS-Z420i的生产。
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