地面移动式三维激光扫描系统通用技术要求(T-ZKJXX 00036—2023).pdf

ICS 33.200 CCS M 53 团体标准团体标准 T/ZKJXX 000362023 地面移动式三维激光扫描系统 通用技术要求 General technical requirements for ground mobile 3D laser scanning system 2023-08-29 发布 2023-08-29 实施 中关村空间信息产业技术联盟中关村空间信息产业技术联盟 发布发布 T/ZKJXX 000362023 I 目次 前言.III 引言.IV 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 缩略语.2 5 系统组成.2 6 功能要求.3 激光束发射、回收.3 项目数据管理.3 自检.3 全景图像采集.3 定位.3 数据采集及存储.3 数据传输端口.3 热插拔供电.3 质量与穿戴方式.3 7 性能要求.3 数据获取范围.3 闭环和非闭环作业相对精度.3 点云厚度.4 点云分辨率.4 径向距离最大允许误差.4 空间距离最大允许误差.4 长直线环境下的轨迹误差.4 数据存储空间.4 气候环境适应性.4 电磁兼容性.4 信息安全.5 8 安全要求.5 光辐射安全.5 电气安全.5 信息安全能力.5 9 交付验收.5 环境条件.5 外观及工作正常性检查.5 验收检验项目及重要程度分类.5 T/ZKJXX 000362023 II 检验合格证.6 包装.6 运输.7 贮存.7 参考文献.8 T/ZKJXX 000362023 III 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中关村空间信息产业技术联盟提出并归口。本文件起草单位：北京市计量检测科学研究院、广州南方测绘科技股份有限公司、征图三维（北京）激光技术有限公司、北京三鼎光电仪器有限公司、国家应用软件产品质量检验检测中心、中交星宇科技有限公司、福建理工大学、北京天成易合科技有限公司、北京杰森智云信息技术有限公司。本文件主要起草人：许原、高伟、蒋勤玉、宋金叶、王茜、宾煦、蒋周舟、吴锦铁、檀恒宇、盖旭刚、高春柳、梁炜、仲崇霞、何岩、李怀国、李勇、王威、刘玲、胡文慧、林志明。T/ZKJXX 000362023 IV 引言 近年来，随着SLAM技术和激光扫描技术的发展，移动式三维激光扫描系统由于其场景适应性强、数据采集效率高、采集信息完整等优势被大量应用于智慧交通、文化旅游、古建筑保护等数字城市建设领域。由于地面移动式三维激光扫描系统标称精度高，作业原理和定位制图机制与传统架站式静态激光扫描系统存在较大差异，且市场上同类设备中所集成的传感器特性和算法技术水平参差不齐，导致目前该类扫描系统作业精度和数据质量等指标难以科学客观地评价，限制了该类设备在重大工程中的推广应用。本文件提出了一套地面移动式三维激光扫描系统的通用技术要求，定义了点云分辨率、闭环和非闭环作业相对精度、长直线环境下轨迹误差等技术指标和关键参数，对于推动地面移动式三维激光扫描系统应用于智慧交通物流、智能装备制造、测绘遥感、环境和能源监测、国防军事、现代服务业等领域具有重要作用。随着相关技术和法律法规的成熟，该类产品将迎来爆发式增长，行业发展急需相应的标准来规范产品设计、生产、测试和应用各个环节。T/ZKJXX 000362023 1 地面移动式三维激光扫描系统通用技术要求 1 范围 本文件规定了基于SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）算法应用于空间环境数据采集的地面移动式三维激光扫描系统（以下简称“扫描系统”）的技术要求，包括生产测量点云数据成果所需的硬件和软件的集合。本文件适用于非机动移动式（包括手持式、可穿戴式、推车式等）扫描系统的研发制造、应用、验收测试。本文件不适用于机载、车载三维激光扫描测量系统。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB 48242019 工业、科学和医疗设备 射频骚扰特性 限值和测量方法 GB 7247.12012 激光产品的安全 第 1 部分：设备分类、要求 GB 7247.132018 激光产品的安全 第 13 部分：激光产品的分类测量 GB/T 103202011 激光设备和设施的电气安全 GB/T 17626.22018 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验 GB/T 17626.32016 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验 JJF 14062013 地面激光扫描仪校准规范 YD/T 24072021 移动智能终端安全能力技术要求 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。同步定位与制图 simultaneous localization and mapping 在未知环境中从一个未知位置开始移动,在移动过程中根据位置和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现机器自主定位和导航。地面移动式三维激光扫描系统 mobile threedimensional laser scanning systems 基于SLAM算法原理，能在地面空间环境移动采集空间三维环境数据，将采集的数据以激光点云的形式存储并输出的作业系统。注1：地面移动式三维激光扫描系统能主动发射激光束探测周遭空间环境并回收采集空间中点的位置信息加以记录处理。注2：通过移动式三维激光扫描系统对具备高精度尺度及点位信息的数据环境进行采集，利用环境中的标靶及参考数据进行测试，提供一种精确的、直观的、可比较的、可追溯的高精度的测试验证环境，对移动式三维激光扫描系统的精度、效能等指标进行测试评估。注3：地面移动式三维激光扫描系统能应用在室内数字地图、建筑施工、测量测绘等行业。注4：标靶是用一定材质制作的具有规则几何形状的标志。该类标志在点云中能很好地被识别和量测，可用于点云数据质量检查及点云配准等工作。点云 point cloud 以离散、不规则方式分布在三维空间中的点的集合。T/ZKJXX 000362023 2 来源:GB/T 361002018,3.2 材质 material 扫描对象表面各可视化属性的集合，包括扫描对象表面的色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等。来源:T/CAGIS 12019,3.10,有修改 最大允许误差 maximum permissible error 对于给定测量、测量仪器或测量系统，规范或规程允许的相对已知参考值的测量误差极限值。4 缩略语 下列缩略语适用于本文件。CPU：中央处理器（Central Processing Unit）GNSS：全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System）IMU：惯性测量单元（Inertial Measurement Unit）I/O：输入/输出（Input/Output）SD：一种基于半导体快闪存储器的高速存储设备（Secure Digital Memory Card）SLAM：同步定位与制图（Simultaneous Localization and Mapping）USB：一种通用串行总线标准（Universal Serial Bus）Wi-Fi：创建于IEEE 802.11标准的无线局域网技术（Wireless Fidelity）5 系统组成 地面移动式三维激光扫描系统的硬件系统一般由三维激光雷达、CPU、作业控制和显示单元、数据I/O接口、移动供电模块组成，同时宜具备GNSS/INS、Wi-Fi/蓝牙、地磁、气压等辅助定位传感器。软件系统一般由自检与状态指示软件、数据后处理软件、成果展示浏览软件组成，能在移动中快速、连续、大量地采集空间点位信息，建立扫描目标的三维点云模型。系统基本结构如图1所示。图 1 系统基本结构图 T/ZKJXX 000362023 3 6 功能要求 激光束发射、回收 应具备激光束发射和回收功能，通过工作状态显示屏或APP端显示设备工作状态、数据采集时长、数据采集环境显示状态信息。项目数据管理 应具备采集、存储数据文件的管理功能，能完成文件的删除、复制和导出等基础操作。自检 6.3.1 数据项目采集前，系统能进行自身设备检查校准，发现故障后能及时通过显示屏或 APP 端显示故障信息或代码等。6.3.2 通过在被测环境中合理的路径规划和移动扫描，系统能记录被测物体表面一定密度的点的三维坐标、反射率、纹理等信息以及复建被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。全景图像采集 宜具备激光扫描时360全景同步摄影能力，能通过后处理将点云数据和全景摄影图像数据进行融合建模。定位 扫描作业时，能基于激光雷达和IMU进行实时建图和定位，宜包含GNSS、WIFI、蓝牙、磁强计等辅助定位传感器。数据采集及存储 能实时将各传感器采集的原始数据进行分类存储，存储器容量和电池容量应支持户外独立工作1 h以上。数据传输端口 宜根据用户作业习惯设置WLAN、USB、SD等数据扩展接口。热插拔供电 应支持实时电池电量监视和低电量报警。宜支持备用供电回路自动切换。在主供电电池电量不足时，能实现不关机条件下完成电池热插拔。质量与穿戴方式 穿戴式产品系统总质量（包括备用电池）宜小于10 kg，推车式设备系统总质量（包括备用电池）宜小于20 kg。7 性能要求 数据获取范围 按照GB 7247.132018中第7章的要求计算可达发射极限的参数，理论计算值应不小于产品说明书中的系统测量范围，同时基于测量环境中材质的不同，应满足：a)白色材质：90%反射率状态下，数据有效获取范围 120 m；b)深灰色材质：10%反射率状态下，数据获取有效取范围 100 m；c)黑色材质：2%反射率状态下，数据获取有效取范围 100 m。闭环和非闭环作业相对精度 在额定作业环境下（100 m扫描范围），10 min闭环路径下无控制数据，采集完成数据处理并输出点云相对精度应优于10 cm。T/ZKJXX 000362023 4 在额定作业环境下（100 m扫描范围），10 min非闭环路径下无控制数据，采集完成数据处理并输出点云相对精度应优于10 cm。表 1 扫描系统相对精度与推荐应用领域 序号 闭环相对精度 成果精度 要求 应用领域 推荐1 应用领域 推荐2 应用领域 推荐3 应用领域 推荐4 1 小于5 mm 5 mm 文物建筑保护 建筑工业数字化 环境场景 数字孪生 虚拟现实 2 5 mm1 cm 1 cm 实景三维 数字化安防 游戏环境 模拟搭建 3 1 cm3 cm 3 cm 高精度 电子地图 室内定位 导航校准 建筑施工检测 CIM/BIM 逆向搭建 4 1 cm5 cm 5 cm 数字化常规测绘 农房一体检测 建筑逆向 构图 5 5 cm10 cm 10 cm 林业数据分析 道路附属物统计 6 10 cm20 cm 20 cm 地形测绘 广域泛测绘 7 20 cm以上 无 消防救援 应急抢险 注：高精度设备应用领域向下兼容。点云厚度 对同一被测平面的扫描获得的点云，其厚度最大值应小于5 cm。点云分辨率 额定作业范围（100 m）内点云分辨率应优于10 cm。注：点云分辨率是扫描系统对被测目标细节分辨能力的一种量，决定点云中细节提取能力的主导因素。径向距离最大允许误差 按照JJF 14062013中7.1的要求进行测量，径向距离测量最大允许误差应小于5 cm。空间距离最大允许误差 按照JJF 14062013中7.4的要求进行测量，绝对距离测量最大允许误差应小于5 cm。长直线环境下的轨迹误差 在环境几何特征较弱的长直线环境下扫描，轨迹误差应小于5 cm。数据存储空间 根据用户对采集数据质量和规模的需要配置存储器，应具备500 GB以上的存储空间。气候环境适应性 气候环境适应性应符合：a)工作温度：-10 40；b)相对湿度：（1090）%的范围内能正常工作，无冷凝；c)防尘防水等级：IP43 及以上。电磁兼容性 7.10.1 静电放电抗扰度 按照GB/T 17626.22018中8.3的要求进行试验，在试验等级3级条件下，试验结果应符合GB/T 17626.22018中第9章的试验结果评价c类或以上的要求。7.10.2 射频电磁场辐射抗扰度 T/ZKJXX 000362023 5 按照GB/T 17626.32016中8.2的要求进行试验，在试验等级3级条件下，试验结果应符合GB/T 17626.22018中第9章的试验结果评价c类或以上的要求。7.10.3 电磁辐射骚扰 按照GB 48242019中第9章的要求进行试验，试验结果应符合GB 48242019中8.3.2规定的限制。信息安全 系统的信息安全能力宜满足YD/T 24072021中第5章的要求，系统安全能力分级宜满足YD/T 24072021中7.2的一级安全能力要求。8 安全要求 光辐射安全 扫描系统集成的激光雷达应满足GB 7247.12012中光辐射安全等级1类要求，保证使用者和环境中其他人的健康安全。电气安全 其电缆和接线、电源切断开关及安全装置等常规电气参数的要求应满足GB/T 103202011中第4章的要求。信息安全能力 系统信息安全能力应满足YD/T 24072021中5.2的要求。同时，测量作业成果数据的处理和展示在未经用户授权许可的条件下应保持在离线模式下完成。9 交付验收 环境条件 验收时环境温度范围为（2010），环境相对湿度80%。外观及工作正常性检查 系统外观结构应完整,无影响正常工作的机械损伤,各项标识清晰完整，I/O插座牢固，按键及旋钮能正常动作并接触良好。通电后状态正常，指示灯显示正常。达到初始化时间后正常获得定位和建图信息，各项功能检查正常。验收检验项目及重要程度分类 验收检验项目及重要程度分类见表2。表 2 验收检验项目及重要程度分类 序号 检验项目 检验类别 重要程度或不合格程度分类 产品定型/出厂检验 使用中/维修后检验 A 类 B 类 1 功能检验 标识、标志和外观 2 激光束发射、回收功能 3 项目数据管理功能 4 系统自检功能 T/ZKJXX 000362023 6 表 2 验收检验项目及重要程度分类（续）序号 检验项目 检验类别 重要程度或不合格程度分类 产品定型/出厂检验 使用中/维修后检验 A 类 B 类 5 全景图像采集功能 6 定位功能 7 数据采集及存储功能 8 热插拔供电功能 9 性能检验 数据获取范围 10 闭环和非闭环作业相对精度 11 点云厚度 12 径向距离示值误差 13 空间距离示值误差 14 长直线环境下的轨迹误差 15 数据存储空间 16 气候环境适应性 17 电磁兼容性 18 安全要求 激光安全 19 电气安全 20 信息安全能力要求 注1：表示选中的项目。注2：径向距离示值误差：沿测量轴方向相对距离测得值与参考值之差。注3：空间距离示值误差：对空间不同距离和方位的标靶进行扫描测量时，相对距离测得值与参考值之差。检验合格证 每台出厂的产品应有检验合格证，检验合格证应包括：产品名称、型号；制造商名称；执行的产品标准编号；出厂检验结论、检验日期；检验员标识或检验员代号。包装 9.5.1 为适应用户外场扫描作业和系统转移部署的需求，产品宜具备适应航空、铁路、汽车等交通运输条件的便携式设备包装箱。9.5.2 外包装应包括：T/ZKJXX 000362023 7 中文产品名称和型号；制造商名称、详细地址、产品产地、商标或标识；产品所执行的、符合的标准编号及标准名称；包装箱应符合防潮、防尘、防震、运输的要求；单个包装箱内应有使用说明书、保修卡、检验合格证及装箱清单。运输 产品经包装后，可采用任何交通运输工具。运输过程中应采取防雨淋、防震以及安全措施。贮存 9.7.1 包装后的设备应在环境温度为-15 45、相对湿度 80%以下、周围无酸碱及其他腐蚀性气体以及强磁场的库中贮存。9.7.2 贮存中应避免产品及包装受到剧烈冲击或跌落，若无其它规定，贮存期为两年。超过贮存期的产品应开箱检验，复验合格后可用于作业。T/ZKJXX 000362023 8 参考文献 1 GB/T 361002018 机载激光雷达点云数据质量评价指标及计算方法 2 T/CAGIS 12019 空间三维模型数据格式 3 JCGM 200:2012 International vocabulary of metrologyBasic and general concepts and associated terms（VIM）4 ASME B89.4.19-2021 Performance Evaluation of laser-Based Spherical Coordinate Measurement Systems 5 VDI/VDE 2634-2 Optical 3D measuring systems-Optical systems based on scanning