Journal of Geospatial Information Technology

fa کالیبراسیون و تلفیق سنجنده‌های سامانه لایدار نقشه‌سازی سیار :تولید ابر نقطه متراکم رنگی از لایدار چرخان و دوربین استریو در حالت ایستا Calibration and Sensor Fusion in a Mobile LiDAR Mapping System: Generating Dense Colored Point Clouds from a Rotating LiDAR and Stereo Camera in Static Mode فتوگرامتری Aerial Photogrammetry پژوهشي Research سامانه‌های نقشهسازی سیار  به عنوان فناوری‌های پیشرفته در حوزه علوم ژئوماتیک، امکان جمع‌آوری داده‌های مکانی و هندسی به صورت پویا را فراهم می‌کنند. این سامانه‌ها با بهره‌گیری از سنجندههای متنوع، نقشه‌های سه‌بعدی دقیق و زمین‌مرجع تولید می‌کنند. داده‌های جمع‌آوری‌شده شامل مختصات سه‌بعدی و تصاویر هستند که در تحلیل‌های مکانی و مدل‌سازی‌های متنوع مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از مهم‌ترین خروجی‌های این سامانه‌ها، تولید ابرنقاط رنگی است که در آن اطلاعات مکانی هر نقطه با داده‌های رنگی به‌دست‌آمده از دوربین ادغام می‌شود. این ابرنقاط رنگی، بینش بهتری از ساختار سه‌بعدی عوارض و اجسام پیرامون ارائه می‌دهند و در فرایندهای مدلسازی، تحلیل فضایی و مستندسازی بسیار کارآمد هستند.کاربردهای این داده‌ها گستره وسیعی را شامل می‌شود؛ از تهیه مدل‌های سه‌بعدی شهری برای مدیریت شهری، ارزیابی کیفیت و آسیب‌های آسفالت در جاده‌ها، نقشه‌برداری خطوط انتقال انرژی و ارتباطات تا برداشت تونل‌های جاده‌ای و زیرزمینی. افزون بر این، اطلاعات ابرنقاط لایدار در ترکیب با تصاویر دوربین، برای واحدهای امداد و مدیریت بحران اهمیت بسیاری دارد؛ چراکه با سرعت و دقت بالا، جزئیات محیط را در شرایط بحرانی ثبت می‌کند. در این پژوهش، یک سامانه نقشه‌سازی سیار مبتنی بر لایدار طراحی و توسعه داده شد. این سامانه شامل یک لایدار دوبعدی است که با استفاده از یک سروو موتور دوران می‌کند و ابرنقاط سه‌بعدی متراکمی تولید می‌نماید. همچنین، فرآیند رنگی‌سازی این ابرنقاط با دقت بالا و با بهره‌گیری از اطلاعات تصویری دوربین چپ سامانه استریو انجام شد. در این پژوهش، فرآیند کالیبراسیون و تلفیق داده‌های لایدار و دوربین استریو در سامانه نقشه‌سازی سیار، با هدف تولید ابرنقاط سه‌بعدی متراکم و رنگی، به‌طور جامع بررسی شد. نتایج ارزیابی دقت ابرنقاط رنگی با استفاده از ابرنقاط مرجع نشان داد که در شرایط ایستا، فرآیند رنگی‌سازی ابرنقاط با دقت بالایی انجام شده است؛ به‌طوری که مقدار ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) برابر با 0/029 متر، میانگین قدر مطلق خطا (MAE) برابر با  0/0217 متر، انحراف معیار (STD) برابر با 0/0132 متر و چگالی ابرنقطه برابر با 42931 نقطه در هر متر مربع به‌دست آمد. این نتایج بیانگر توانمندی روش پیشنهادی در تولید داده‌های سه‌بعدی متراکم و رنگی با دقت مطلوب است.   Mobile Mapping Systems, as advanced technologies in the field of geomatics, provide the possibility of collecting spatial and geometric data dynamically. These systems, produce accurate and geo-referenced three-dimensional maps utilizing various sensors. The collected data which include three-dimensional coordinates and images for spatial analyses, and are used in various modeling applications.One of the most important outputs of these systems is the production of colored point clouds, in which the spatial information of each point is combined with the colored data obtained from the camera. These colored point clouds provide  a better insight of the three-dimensional structure of the features and the surrounding objects and are highly efficient in modeling processes, spatial analysis, and documentation.These data have a large number of uses, from creating 3D urban models for city management, evaluating pavement quality and damages on roads, mapping of energy transmission and communication lines, to capturing road and underground tunnels.In addition, LiDAR point cloud information, when combined with camera images, is of great importance for rescue units and crisis management; because it records  the environmental details in critical situations with high speed and accuracy.In this research, a LiDAR-based mobile mapping system was designed and developed, which includes a rotating 2D LiDAR by a servo motor that generates dense 3D point clouds, and the colorization process of the obtained 3D point clouds was accurately performed using the image data of the left camera of the stereo one. In this study, the calibration process and data fusion of the stereo camera in the LiDAR mobile mapping system, with the aim of producing dense and colored 3D point clouds, was comprehensively investigated. The evaluation results of the colored point clouds compared to the reference point clouds showed that the colorization process of the point clouds in static conditions had an RMSE of 0.029 meters, MAE of 0.0217 meters, STD of 0.0132 meters, and point cloud density of 42931 points per square meter. They also indicated that the colored point clouds were created with high accuracy.These findings demonstrate the capability of the proposed method in providing dense and colored 3D data with desirable accuracy.   سامانه‌های نقشه‌سازی سیار, ابرنقاط سه‌بعدی رنگی, کالیبراسیون مکانی, لایدار چرخان. Mobile Mapping Systems, Colored 3D Point Cloud, Spatial Calibration, Rotating LiDAR 87 102 http://jgit.kntu.ac.ir/browse.php?a_code=A-11-1030-1&slc_lang=fa&sid=1 Sahar Bayati سحر بیاتی saharbayat766@gmail.com 100319475328460010595 100319475328460010595 No Tehran University دانشکده مهندسی نقشه برداری و اطلاعات مکانی،دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران Mohammad Saadatseresht محمد سعادت سرشت msaadat@ut.ac.ir 100319475328460010596 100319475328460010596 Yes Tehran University دانشکده مهندسی نقشه برداری و اطلاعات مکانی،دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران Ali Hosseininaveh علی حسینی نوه hosseininaveh@kntu.ac.ir 100319475328460010597 100319475328460010597 No K. N. Toosi University of Technology دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی Midya Rostami میدیا رستمی midyalab@gmail.com 100319475328460010598 100319475328460010598 No K. N. Toosi University of Technology دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی