淺談三維激光掃描儀在地形測(cè)量中的應(yīng)用

劉克非

（湖南省長(zhǎng)沙市明德中學(xué)，長(zhǎng)沙 410100）

淺談三維激光掃描儀在地形測(cè)量中的應(yīng)用

劉克非

（湖南省長(zhǎng)沙市明德中學(xué)，長(zhǎng)沙 410100）

三維激光掃描技術(shù)是現(xiàn)代科技條件下產(chǎn)生的一種非常有效的技術(shù)，這種技術(shù)不僅突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量方法，而且還具有高效率、高精度的特點(diǎn)。當(dāng)前三維激光掃描技術(shù)在解決點(diǎn)云聯(lián)結(jié)時(shí)一般采用共軛面轉(zhuǎn)換法、磁性覘標(biāo)控制點(diǎn)法、測(cè)站后視棱鏡法和曲面匹配法等。

三維激光掃描儀；地形測(cè)量；應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)是20世紀(jì)90年代中期開始出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù)，是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后的又一項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)新突破。它通過(guò)高速激光掃描測(cè)量的方法，大面積地快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術(shù)手段。由于其具有快速性、不接觸性、穿透性、實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性和主動(dòng)性，因此受到了廣泛的歡迎。

1　三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展

三維激光掃描技術(shù)使測(cè)繪從傳統(tǒng)的二維平面上升到了三維立體空間，這對(duì)于地形測(cè)繪而言無(wú)疑是件好事，它能夠幫助人們更加立體而形象地掌控地形數(shù)據(jù)。從三維激光掃描技術(shù)的研究來(lái)看，作為20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)的一種全新的科學(xué)技術(shù)，它不僅能夠突破傳統(tǒng)GPS技術(shù)中地理數(shù)據(jù)傳導(dǎo)的缺陷，而且還具有良好的地理環(huán)境穿透性，這種穿透性是人們對(duì)地理?xiàng)l件進(jìn)行深入解讀的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)的GPS數(shù)據(jù)顯示中，人們通常只能對(duì)地形的表面進(jìn)行研究和分析，而三維影像的出現(xiàn)可以說(shuō)是在GPS基礎(chǔ)之上的又一次技術(shù)革新。從原理上講，三維激光掃描儀可以利用激光測(cè)距的原理來(lái)捕捉物體表面大量的點(diǎn)，進(jìn)而通過(guò)這些點(diǎn)來(lái)呈現(xiàn)三維立體坐標(biāo)及反射率等信息?？蒲腥藛T能夠通過(guò)這些數(shù)據(jù)更加立體地掌握地形地貌，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)信息的分析和探究?？梢哉f(shuō)三維激光掃描儀的出現(xiàn)不僅是測(cè)繪領(lǐng)域更高水平的發(fā)展，同時(shí)也是其他領(lǐng)域技術(shù)的更迭，更重要的是我們能夠通過(guò)三維激光掃描儀來(lái)發(fā)現(xiàn)人們對(duì)于生活和未來(lái)發(fā)展的渴望。地形測(cè)量領(lǐng)域從根本上講就是對(duì)地物、地貌及其他地理要素進(jìn)行分析和測(cè)量，它是人類對(duì)于自然百態(tài)的全新認(rèn)知，通過(guò)對(duì)地球表面地形的探測(cè)與研究，能夠使人們對(duì)于所生存的自然生態(tài)產(chǎn)生更深刻的認(rèn)識(shí)和了解，在深入了解之后，人們才能夠更加充分、有效地利用生態(tài)資源，并保證資源的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。

2　三維激光掃描儀在地形測(cè)量中的應(yīng)用

三維激光掃描儀是通過(guò)內(nèi)含的激光測(cè)距儀，對(duì)三維坐標(biāo)進(jìn)行精確測(cè)量的一種儀器。這種儀器的最大優(yōu)點(diǎn)就在于只要能夠讓它有一個(gè)立足點(diǎn)，就可以在不碰觸測(cè)量物體的情況下對(duì)物體進(jìn)行高精度、高密度的三維立體數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)，再通過(guò)儀器中所含有的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，即刻便可以形成三維圖形化的空間資料，這對(duì)于整個(gè)自然的研究都是非常有意義的。

不同于傳統(tǒng)掃描儀對(duì)于光的依賴，以激光為主要工具的掃描儀，在測(cè)量的過(guò)程中是不用光源輔助的，所以激光掃描儀是可以在黑暗環(huán)境中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量的。如果是在光源充足的情況下進(jìn)行測(cè)量，三維激光掃描儀甚至可以同時(shí)獲得對(duì)應(yīng)點(diǎn)的色彩光譜，進(jìn)而形成更加詳細(xì)且生動(dòng)的三維影像。因此，從某種程度上來(lái)說(shuō)，光對(duì)于地質(zhì)是有著非常深刻的影響的。目前三維激光掃描儀對(duì)于地形的測(cè)量一般會(huì)呈現(xiàn)出初始的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)分布，這對(duì)于我們初步了解被測(cè)物體是非常重要的。如果我們不能夠一次性完成被測(cè)物體的掃描，那么就要對(duì)多點(diǎn)探測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析，特別是要將點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型化的處理，之后我們才能夠得到更完整的數(shù)據(jù)。

當(dāng)前已經(jīng)就點(diǎn)云聯(lián)結(jié)問(wèn)題提出四種相應(yīng)的方法：第一是共軛面轉(zhuǎn)換法，這種方法能夠在重疊的兩個(gè)群點(diǎn)云中，通過(guò)使用者以人機(jī)互動(dòng)的方式來(lái)將3個(gè)共面形成1個(gè)平面，進(jìn)而完成對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析。不過(guò)這種方法相對(duì)而言比較復(fù)雜，而且工作量特別大，所以使用并不十分廣泛。第二是磁性覘標(biāo)控制點(diǎn)法，在重疊觀測(cè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置磁性覘標(biāo)，通過(guò)激光對(duì)覘標(biāo)的特殊反射效果來(lái)自動(dòng)尋找控制點(diǎn)，再通過(guò)3個(gè)以上的控制點(diǎn)，就能夠得到觀測(cè)物體的三維坐標(biāo)換算參數(shù)。這對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是行之有效的，特別值得一提的就是這個(gè)方法能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化，這在三維激光掃描儀的應(yīng)用中是相當(dāng)具有代表性的。第三是測(cè)站后視棱鏡法，這種方法是利用激光掃描儀在掃視到棱鏡時(shí)產(chǎn)生的反射作用，可以讓我們得到測(cè)站與棱鏡之間的一個(gè)相當(dāng)具體的三維立體關(guān)系，通過(guò)這個(gè)三維立體關(guān)系我們就能夠?qū)y(cè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，并且還可以通過(guò)GSP系統(tǒng)對(duì)棱鏡和測(cè)站進(jìn)行更加深入的定位測(cè)量。這種方法對(duì)于地形測(cè)量來(lái)講是相當(dāng)實(shí)用的，同時(shí)也是最有效、快捷的一種方法，同時(shí)也是具有自動(dòng)化能力的一種內(nèi)業(yè)工作方法。第四是曲面匹配法，這種方法一般針對(duì)表面起伏不定的地形，它可以通過(guò)曲面匹配的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)重疊觀測(cè)區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)接收，進(jìn)而通過(guò)儀器內(nèi)部的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)給出結(jié)果。不過(guò)目前的曲面匹配法在儀器設(shè)備上還不能實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，還要人為操作，才能夠使整個(gè)匹配過(guò)程完整有效。

3　結(jié)語(yǔ)

三維激光掃描儀對(duì)于整個(gè)地形測(cè)繪領(lǐng)域來(lái)說(shuō)是一種非常重要的儀器，我們也有理由相信在未來(lái)發(fā)展中，這種儀器將會(huì)擁有更廣闊的發(fā)展空間。

［1］ 彭維吉，李孝雁，黃颯.基于地面三維激光掃描技術(shù)的快速地形圖測(cè)繪［J］.測(cè)繪通報(bào)，2013，（03）：367-368.

［2］ 張啟福，孫現(xiàn)申.三維激光掃描儀測(cè)量方法與前景展望［J］.北京測(cè)繪，2011，（01）：183-184.

On the Application of Three-dimensional Laser Scanner in Topographic Survey

LIUKe-fei
（Changsha Mingde Middle School ofHunan,Changsha 430100,China）

Three-dimensional laser scanningtechnologyis a veryeffective technique under the conditions ofmodern technology,it not onlybreak the traditional single-point measurement method,but alsohas characteristics ofhigh efficiencyand high precision.The current three-dimensional laser scanning technology generally adopts conjugate surface switching method,magnetic ship standard control point method,survey station back vision prismmethod and hook face matchingmethod in solvingthe point cloud joint.

Three-dimensional laser scanner；Topographic survey；Application

TN95

A

1674-8646（2015）12-0132-02

2015-08-27