三维激光扫描仪刑侦技术可行性分析.docx

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三维激光扫描仪刑侦技术可行性分析

三维激光扫描仪——公安——技术可行性分析

1技术优势

激光测量技术出现于上世纪80年代，由于激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等特性，将其引入测量装置中，在精度、速度、易操作性等方面均表现出巨大的优势，它的出现引发了现代测量技术的一场革命，引起相关行业学者的广泛关注，许多高技术公司、研究机构将研究方向和重点放在激光测量装置的研究中。

随着激光技术、半导体技术、微电子技术、计算机技术、传感器等技术的发展和应用需求的推动，激光测量技术也逐步由点对点的激光测距装置发展到采用非接触主动测量方式快速获取物体表面大量采样点三维空间坐标的三维激光扫描测量技术。

随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格方面的逐步下降，20世纪90年代，其扫描对象不断扩大，应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体三维模型的主要方式之一。

上世纪90年代中后期，三维激光扫描仪已形成了颇具规模的产业。

三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，能够对任意物体进行扫描，且没有白天和黑夜的限制，快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据。

它具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点，可以极大地降低成本，节约时间，而且使用方便，其输出格式可直接与CAD、三维动画等工具软件接口。

三维激光扫描系统可用用最少的培训时间即可捕捉三维点云数据。

无论对一个50000平方英尺的建筑物或一个犯罪现场的精确捕捉，它都具有无限表现力。

其中，相位式3D激光扫描仪的工作原理是：

通过发射红外线光束到旋转式镜头的中心，旋转检测环境周围的激光，一旦接触到物体，光束立刻被反射回扫描仪，红外线的位移数据被测量，从而反映出激光与物体之间的距离。

最后用编码器来测量镜头旋转角度与激光扫描仪的水平旋转角度，以获得每一个点的X、Y、Z的坐标值。

利用三维激光扫描系统能够让你在几分钟内对你感兴趣的区域，楼房，桥梁，室内等获取详尽的、高精度的三维立体影像图数据，它可广泛用于各行各业，例如采矿、工程、城市规划，楼房销售，测量、交通，运河，铁路，反恐、娱乐，古迹建筑物克隆，数字地理信息系统等行业。

在刑侦和车祸等事故现场调查中，三维激光扫描仪与传统的测量手段相比具有以下技术优势：

●非接触式记录犯罪或者事故现场——避免破坏现场、证物。

●速度快——迅速获取易破坏环境、证物信息；减少对交通、居民生活的干扰、影响。

●一次测量之后，可以在办公室中轻松实现对现场的无限次虚拟检查。

●高密度扫描——可以轻松与任意相机拍摄的任意照片进行配准、映射彩色纹理。

●由于使用的是不可见的近红外激光束，无需阳光，完全可以在黑暗中工作。

2技术用途

●犯罪现场全貌草图获取

操作流程：

扫描——拼接——导入CAD软件——获取犯罪现场草图

扫描：

•30分钟之内，在现场的4个站位扫描；

•捕获3千万个测量点；

•没有遗漏任何犯罪现场的细节。

拼接：

在参考靶球的辅助下，将4个站位的数据无缝拼接，从而展示现场全貌：

导入CAD，获取草图：

将测量数据输出到计算机辅助设计软件CAD中，从而获取犯罪现场的草图：

●罪犯高度侦查

从监视相机中获取照片资料（静态或者视频）：

照片贴入三维点云空间：

监视照片被投影到垂直立于现场地面的银版上：

罪犯身高就可以直接在标识过的监视照片上测量出来：

通过比对测量（门的高度），以验证这种测量的正确性，为法庭提供准确证据：

●子弹弹道计算

测量3站，记录现场：

●血迹溅射分析

操作流程：

获取照片——色彩拼接——根据血迹分析飞行轨迹——在三维情景中复原血源点

用任意照相机获取一张带十字网格的照片：

使用目标点（绿色小点）精确的定位。

并将更加详细的彩色照片投射到犯罪现场的扫描点上：

彩色图片在三维模型中显示：

计算血迹的飞行轨迹：

血迹溅射分析：

●交通事故调查

随着经济的发展，人们生活水平不断提高，私家车拥有量越来越多，随着而来的是频发的交通事故。

所有交通事故的发生都处在一定的道路位置，这是交通事故案件区别于其他刑事案件的重要特征。

交通事故现场留有大量、真实的事故证据,是判定事故发生过程、分析事故成因、认定事故责任的基础。

由于道路交通日益繁忙，事故现场情况复杂，不可能长时间的封闭现场。

在短时间内进行现场勘查存在较大困难。

目前，国内交通事故现场信息采集系统性的研究处于起步状态。

利用三维激光扫描仪对事故现场的三维扫描图像进行分析研究，通过现场扫描图像采集事故现场数据。

由于现场三维扫描所需的时间短,现场所有的信息可以记录在扫描的图像上,对事故现场勘查有着重要的作用。

交通事故现场扫描有四个步骤：

1是确定事故现场的测量范围；2是进行现场扫描生成点云图；3是进行场景拼接；4是进行三维建模。

在三维情景中，可以轻松检查事故现场的任意一点：

事故之后汽车的外观：

3方法总结

三维激光扫描仪在公安系统中的应用在应用步骤上来说可分为外业和内业：

外业：

采集数据

内业：

处理、分析数据

在外业中，采用的硬件设备也有所不同，主要分为手持型（便携型）三维激光扫描仪和地面测量型三维激光扫描仪两种：

手持型：

精度高、速度慢、便携性好；用于关键证物扫描、车祸现场快速扫描等。

地面测量型：

速度快、测量距离远、精度相对较低；用于大面积犯罪场景扫描、弹道分析等。

在内业中，目前还没有专门针对公安系统的三维激光扫描技术数据处理应用软件，为了达到目的，多采用已有的数据处理软件：

polyworks、pointcloud、GEOMAGICStudio、AutoCAD等对原始数据进行处理、分析。

4技术可行性分析

三维激光扫描仪在各个行业的外业作业方式都已经比较成熟，从速度、建模精度、安全性来说都要远远高于传统测绘方法，影响三维激光扫描仪在行业中应用的，主要是要针对各个行业的特点，对外业采集的点云、纹理数据进行处理分析，即行业的应用软件。

如前文所述，虽然三维激光扫描仪在刑侦、交通事故调查等领域已经开始应用，但目前国内外都没有专门针对公安系统的三维激光扫描仪行业应用软件，对数据的处理仍然依赖相关的点云处理软件和工程处理软件，存在一定的局限性。

就应用而言，当前的应用模式和应用软件从技术上来说能够满足以下应用要求：

●犯罪现场全貌草图绘制

●犯罪现场三维虚拟现实场景还原

●罪犯高度获取

●交通事故调查

●足迹建模

●指纹获取

●关键证物建模

而对与某些专业性要求较强的应用，如子弹弹道计算、血迹溅射分析等则仍然主要停留在理论研究阶段。

5业务开展可行性分析

5.1国内三维激光——公安业务现状

犯罪现场的三位重建具有较大的意义，不仅有利于警方迅速掌握现场情况、保护重要证物不受破坏同时由于其客观性，也能为法院提供必要的证据参考。

目前，国内已经有公司开发出基于计算机视觉的案件现场重建系统（北京金视和科技股份有限公司，《案件现场模拟复原分析系统》），该系统由三维数字化图形仿真软件和360°全自动机器人拍摄系统组成，利用专业单反相机采集数据，通过算法重建现场三维场景，适用于案发现场勘查、物证提取和保存、现场图像绘制以及案发过程分析等环节的规范操作，满足了公安刑侦系统对于案发现场绘图、现场三维重建和案发过程模拟分析等标准化工作流程的需求。

该系统在公安系统案件处理方法、处理流程上具有较强的可参考价值，但受限于实现技术，与三维激光扫描仪相比，在实施速度，场景可两侧性、使用范围等方面均具有较大的劣势。

如果以三维激光扫描仪为基础，开发类似的应用平台，将具有更高的应用价值。

从公安系统来说，在“科技强警”的指导方针下，近年来警方越来越重视对科技的投入，在三维测量上，警方也已经开始注意并已有较多的采购、应用案例：

●2007年，宁夏公安厅刑侦设备采购项目，三维现场重建及测量系统，采购编号：

NZC/A07Y026

●2006年，广州市公安局采购三维激光扫描仪项目（竞争性谈判编号：

GZIT2005-TP005A）

●2010年，霸州市公安局，现场三维重建及测量系统采购项目，编号：

bzcg—20100601

●2010年，呼和浩特市检察院，公安现场三维全景重建及测量系统，编号：

BZCHH2010—56

●2011年，新疆建设兵团，公安局刑侦器材项目，现场三维重建及测量系统

●2011年，无锡市政府采购中心受公安部交通管理科学研究所委托，交通三维模型及典型交通事故案件立体影视动画制作项目，编号：

XCGZX2010-175

●2012年，长沙市公安局刑侦支队，现场三维重建及测量系统采购项目，采购编号：

CSCG-HNZT-JZ20120404

●2010年，景宁畲族自治县公安局，现场三维模拟重建系统采购项目，采购项目编号：

JNCG2011（JT）-012

●2011年9月8日上午，北京市丰台区公安局刑侦大队例会上，刑侦大队队长李会强跟全队的同志进行了新的科技部署。

从今日起，加大科技强警力度，全队上下无论大小案情在进行案情汇报和演示时，必须使用三维绘图技术进行案件现场的绘制和还原。

●2010年，眉山市公共资源交易中心受眉山市公安局的委托，现场固定系统（要求：

使用刑事案件现场三维动画复原分析系统软件，刑事侦查技术人员根据现场平面草图、现场照片及基本的犯罪过程文字描述，能够选择和修改不同的三维虚拟现实场景模型，包括建筑物、树木、家居设备、动物及人体模型，及各种现实生活中的一切物品，并可设置各种色彩的灯光，为不同的物体选择各种材质贴图，以达到逼真的刑事现场虚拟仿真效果。

）

5.2九洲电器集团有限责任公司背景介绍

九洲集团科研力量雄厚，通过实施“人才兴企”战略，大力推进“人才工程”、“专家工程”，建立了一支高素质科研技术队伍，拥有国家级企业技术中心和博士后流动站，通过实施“人才兴企”战略，大力推进“人才工程”、“专家工程”，建立了一支高素质科研技术队伍，拥有各类专业技术人才4000余人，列入优秀人才信息库管理的各类人才1100余人，其中享受国务院政府特殊津贴的专家10人，四川省有突出贡献的优秀专家5人，绵阳市有突出贡献的中青年科技拔尖人才11人，首批新世纪百千万人才工程国家级人选1人，四川省学术和技术带头人2人，四川省学术和技术带头人后备人选1人，博士、硕士400余人。

研发投入占营业收入的比重达8%以上，居电子信息百强前列，同时联合四川电信、复旦大学、华中科大、电子科大、北邮、西南科大、四川大学等组建了8个联合实验室。

2012年8月，九洲集团与四川省安全科学技术研究院在自愿、平等、诚信的原则下，经双方友好协商达成战略合作框架协议。

本着优势互补、互利共赢的原则,双方的合作内容为省安科院相关科研领域的技术合作、技术转化、产业推广等。

根据九洲集团与省安科院的战略合作框架协议，双方制定了战略合作规划，规划中明确将三维激光扫描仪作为中、长期的重点发展项目，省安科院已安排上千万资金用于引进三维激光扫描仪硬件与相关应用软件，首批设备和软件已经于2012年12月到位。

5.3与公安合作方案分析

鉴于目前国内三维激光扫描仪在公安系统中的应用还处于起步阶段，结合行业的具体特点，可于前期在省内和警方开展按如下方式开展业务合作。

1.提供数据处理服务

针对具体的案件，利用警方提供的原始数据，按照警方要求，进行三维重建、动画制作、绘制现场图纸等后期工作

2.提供扫描与数据处理服务

针对具体案件，接警方通知后派专业团队携带需要的三维激光扫描仪及时至现场采集现场点云及纹理数据，并进行后续数据处理，最终提供案件现场三维测量报告。

3.联合进行三维测量试点研究

在前期条件不成熟时，可协调第三方（三维激光扫描仪硬件及服务提供商），为公安刑侦支队或刑侦实验室等部门提供免费的实验性服务，与警方一同研讨三维激光扫描仪在刑侦、事故现场调查方面的应用方法和应用流程；共通探讨作业标准；适时申请相关专利，为后一步三维激光扫描仪项目的开展打下基础。

6第三方可用资源

目前能与九洲合作，提供公安（刑侦、事故现场调查）三维激光扫描解决方案的第三方公司有：

●数联空间科技股份有限公司（FARO中国总代理）

可提供硬件设备（FAROFcous3D）和数据处理团队，在国内无相关经验，但FARO公司在国外CSI领域已有应用案例

●四川四维测绘技术有限公司（Surphaser代理商）

可提供硬件设备，但目前该公司在四川地区没有专业技术团队，需根据项目情况由北京总部派驻，Surphaser在美国刑侦领域已有较多应用。

●成都启光科技有限公司（Creaform代理商）

可提供硬件设备（手持型三维激光扫描仪）和专门人员，并在前期可提供免费服务。

该公司在四川偏向于设备出售，没有专门的技术团队。

Creaform在国外证物扫描方面有较多应用案例，在国内车祸现场调查中也有案例。