試論三維激光掃描技術(shù)在水利工程地形測繪中的應(yīng)用

萇潔玉

摘 要：國家提高了對洪澇災(zāi)害的重視程度，在各地興修水利工程，以抵擋洪水的侵襲。本文簡要介紹了三維激光掃描技術(shù)，重點闡述了三維激光掃描技術(shù)在水利工程地形測繪中的應(yīng)用，希望對我國水利工程質(zhì)量的提高有所幫助。

關(guān)鍵詞：三維激光;掃描技術(shù);水利工程;地形測繪

引言：如今，我國的科學(xué)技術(shù)正在迅猛發(fā)展，研制出了許多先進(jìn)的儀器設(shè)備，對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展能夠產(chǎn)生巨大的推動力。三維激光掃描技術(shù)是經(jīng)GPS技術(shù)興起后的另一新興技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于建筑工程中，尤其在水利工程地形測繪中發(fā)揮著重要的作用。

1.三維激光掃描技術(shù)概述

三維激光掃描技術(shù)也被稱為實景復(fù)制技術(shù)，是興起于20世紀(jì)90年代的現(xiàn)代化技術(shù)，為建筑工程提供了諸多便利。簡單來說，三維激光掃描技術(shù)就是將掃描空間的地形、地貌等特征復(fù)制在電腦中，形成該空間的地圖，以供人們應(yīng)用。三維激光掃描技術(shù)主要依賴于三維激光掃描儀，三維激光掃描儀是由激光測距儀、高清攝像機(jī)、反光棱鏡等構(gòu)成，激光測距儀通過激光的反射能夠測量掃描儀與掃描物體的之間的距離，通過數(shù)據(jù)信息的反饋，將每一個掃描點繪制在坐標(biāo)抽中，形成該物體的地圖輪廓。如今，三維激光掃描技術(shù)被廣泛應(yīng)用于建筑工程、災(zāi)害估測、室內(nèi)設(shè)計等許多領(lǐng)域，這一技術(shù)的興起對人民群眾的生產(chǎn)生活具有重大意義。

三維激光掃描技術(shù)的使用方式多種多樣，主要的使用方式有機(jī)載式、車載式、背包式、搬站式等，不管測繪工作多么復(fù)雜、繁瑣，都能獲得很好的完成效果。機(jī)載式是將三維激光掃描儀安裝在飛機(jī)上，在飛機(jī)的飛行過程中進(jìn)行掃描，這種方式主要運用于大面積的掃描任務(wù)，投入的資金相對較高。車載式是將三維激光掃描儀安裝在汽車上，在汽車行駛過程中進(jìn)行掃描，這種方式主要運用于地形地勢較為平坦的地區(qū)，測繪該地區(qū)的交通情況。背包式是將掃描儀安裝在背包上，由專業(yè)的測繪人員背著裝有掃描儀的背包按照指定路線前行，一般用于地勢比較崎嶇的地區(qū)。搬站式是建筑工程中常用的方式，通過地形地勢的分析，選擇一個可以掃描全景的地點，在這個地點上安裝掃描儀就能獲得該區(qū)域全面的測繪結(jié)果。

三維激光掃描技術(shù)相比于傳統(tǒng)的掃描技術(shù)具有很多優(yōu)勢，是科技發(fā)展情況下的必然。首先，三維激光掃描技術(shù)不受時間和空間的限制，采取自動化的模式，提高了掃描工作的效率。其次，三維技術(shù)能夠在不接觸被測物的情況下直接掃描，而且獲得的掃描數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性極高。最后，三維技術(shù)可以與GPS技術(shù)結(jié)合使用，使掃描技術(shù)兼具兩者的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)信息互補(bǔ)，有利于測繪結(jié)果更加精確，避免數(shù)據(jù)偏差。

2.三維激光掃描技術(shù)在水利工程地形測繪中的應(yīng)用分析

2.1確定站點區(qū)域

三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于水利工程時，往往采取搬站式的工作模式。這種工作模式需要先確定掃描儀的擺放地點才能進(jìn)行掃描工作，所以站點的選擇至關(guān)重要，如果站點選擇不科學(xué)會導(dǎo)致水利工程的數(shù)據(jù)不全面，難以通過測繪形成該水利工程的地圖。測繪人員應(yīng)對水利工程的現(xiàn)場進(jìn)行勘察，記錄勘查數(shù)據(jù)，通過精密的計算確定所有站點的位置。站點應(yīng)選擇在地勢較高、視野開闊的區(qū)域，架設(shè)點下方的地形地勢應(yīng)平整，避免掃描儀不平穩(wěn)導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，甚者造成掃描儀從高處掉落，影響掃描儀性能的發(fā)揮。

2.2開始進(jìn)行掃描

站點確定后，測繪人員需要將站點的地下區(qū)域整平，將三維激光掃描儀放置在站點上。放置完畢后，將掃描儀開機(jī)，選擇室外作業(yè)模式，然后設(shè)置掃描儀的分辨率，分辨率越高點云數(shù)據(jù)越精準(zhǔn)，也需要花費更長的時間，將所有的參數(shù)設(shè)置完畢后就可以開始掃描工作。由于有些水利工程所在地的地形、地勢非常復(fù)雜，使用三維激光掃描儀得出的數(shù)據(jù)可能會出現(xiàn)不準(zhǔn)確或者不完整的情況，所以掃描儀的操作員需要對局部地區(qū)進(jìn)行精準(zhǔn)掃描，與司尺員配合使用標(biāo)靶進(jìn)行定點補(bǔ)充測量，確保掃描數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與完整性[1]。在掃描時，測繪人員應(yīng)提高警惕，掃描儀與水利工程之間不能有人活動，儀器旁不能有干擾因素，能夠避免外界因素對掃描數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。掃描儀放射出的激光會對人的眼睛造成損害，所以測繪人員應(yīng)與掃描儀保持安全距離，待掃描完畢后再靠近掃描儀。

2.3分析處理數(shù)據(jù)

首先，掃描工作完成后需要對掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，由于水利工程需要架設(shè)許多站點，獲得的數(shù)據(jù)信息也有很多，因此測繪人員應(yīng)將數(shù)據(jù)從掃描儀中導(dǎo)出，根據(jù)站點位置對數(shù)據(jù)進(jìn)行編號，一個站點的信息編輯到一個文件夾中，并對有關(guān)文檔加以說明，有利于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理工作順利進(jìn)行。其次，因為數(shù)據(jù)信息龐大，處理起來比較困難，所以測繪人員可以使用專業(yè)的測繪軟件，在軟件中，該掃描儀的掃描區(qū)域輪廓成形，而且能夠根據(jù)區(qū)域的特性顯示出不同的顏色。測繪人員應(yīng)將顏色鮮明的點連接起來進(jìn)行標(biāo)記，將這一數(shù)據(jù)信息分離出來，建立單獨的文件夾進(jìn)行保存。最后，根據(jù)站點的地理位置，使用測繪軟件，將每一個區(qū)域數(shù)據(jù)信息中的點連接起來，形成水利工程的整體輪廓。測繪軟件的智能化程度非常高，在發(fā)現(xiàn)點云數(shù)據(jù)之間出現(xiàn)明顯的錯位時，自動選擇其他的靶球進(jìn)行拼接，能夠減少數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確對工程測繪的影響。

2.4完成工程地圖

生成地形圖的具體步驟如下：第一步要利用RiSCANPRO軟件將處理完成的數(shù)據(jù)以dxf格式文件導(dǎo)出，第二步利用CASS軟件打開文件實現(xiàn)測量特征數(shù)據(jù)的補(bǔ)充測量并編輯，第三步是生成地形圖并以dwg格式保存[2]。由于三維激光掃描儀中安裝了具有高清晰特點的攝像機(jī)，能夠?qū)⒗L制出的地圖變成彩色，而且與水利工程的顏色趨于一致。

2.5檢驗地圖偏差

三維激光掃描技術(shù)雖然得到了很大的發(fā)展，但是由于操作人員的工作失誤或者外界因素的干擾，測繪出的數(shù)據(jù)仍有可能出現(xiàn)偏差，不能滿足水利工程的國家標(biāo)準(zhǔn)。測繪人員應(yīng)秉承認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，在測繪過程中采用規(guī)范的操作流程和操作方法，對測繪結(jié)果進(jìn)行全方位的審查，確保水利工程驗收合格。

結(jié)束語：綜上所述，水利工程的建設(shè)地點大多處于比較偏僻的位置，地形地勢起伏較大，使用傳統(tǒng)的測繪技術(shù)不能滿足工程的建設(shè)需要。三維激光測繪技術(shù)應(yīng)用方便，通過電腦軟件能夠?qū)崿F(xiàn)自動化和智能化，不僅掃描速度快、數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確，而且減少了人工成本的支出，有利于提高我國水利工程的建設(shè)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]煙雷剛，煙靜紅.三維激光掃描技術(shù)在水利工程地形測繪中的實踐應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018，26（12）：12-13..

[2]劉曉芳，田蘭芬.三維激光掃描技術(shù)在水利工程地形測繪中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（27）：141+143.