三維激光掃描儀在特殊地貌測量中的應(yīng)用

袁良

摘 要：隨著當(dāng)前科技的進(jìn)步，三維激光掃描儀的開發(fā)和應(yīng)用，對我國特殊地貌測量工作效率和工作質(zhì)量的提升效果顯著，接下來本文將對三維激光掃描儀在特殊地貌測量中的應(yīng)用，進(jìn)行一定分析和探討，并對其做相應(yīng)整理和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描儀；特殊地貌；測量；應(yīng)用

利用傳統(tǒng)測繪方式進(jìn)行特殊地貌區(qū)域測量時，所面臨的采集數(shù)據(jù)工作量大，工作效率低、所測精確度不達(dá)標(biāo)等狀況，嚴(yán)重影響了我國測量行業(yè)整體發(fā)展。三維激光掃描儀作為一種非接觸數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其對特殊地貌測繪時，所具有的精度高、速度快、數(shù)據(jù)全的特性，使得其在當(dāng)前已經(jīng)逐漸成為特殊地貌測量的主流應(yīng)用。

1 三維激光掃描儀工作原理

1.1三維激光掃描儀工作原理，某種程度上與全息照片原理相同，其通過將激光分為兩束，一束光照用來照射物件，另一束用來直接找到底片上使感光原件產(chǎn)生感光，其主要是利用從物體后部反射激光束與物體前部反射激光束所經(jīng)過距離不同，繼而與直接照射參考光束所形成的干涉條紋也會不同，而這個過程三維激光掃描儀則通過記錄全部條紋，記下對應(yīng)物體立體形象，因此只要利用激光去照射全息圖片便可以顯出對應(yīng)物的全貌。

1.2三維激光掃描儀其本身可以看做是非接觸目標(biāo)激光測距儀和角度測量系統(tǒng)組合的自動化快速測量系統(tǒng)。其可通過以儀器中心為坐標(biāo)原點進(jìn)行掃描坐標(biāo)系統(tǒng)的建立，然后通過將其設(shè)置在復(fù)雜現(xiàn)場和空間范圍內(nèi)，對被測物體進(jìn)行快速掃描測量，以此獲得對應(yīng)激光點云數(shù)據(jù)；三維激光掃描儀本身所具有的激光測距精度能夠達(dá)到毫米級，掃描角精度達(dá)到0.5。

1.3利用激光點云數(shù)據(jù)為掃描坐標(biāo)系進(jìn)行各站掃描數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，將不同時間、站點掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實地坐標(biāo)系，繼而實現(xiàn)成圖；利用三維激光掃描儀工作時，其所測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度有一定保障，且測量速度較快，整個測量質(zhì)量效果能夠完全得以體現(xiàn)。

2 三維激光掃描儀應(yīng)用領(lǐng)域

三維激光掃描儀又叫實景復(fù)制技術(shù)，其突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，能夠提供掃描物體表面的三維點云數(shù)據(jù)，因此可以利用三維激光掃描儀，直接獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型。隨著三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展，其已經(jīng)逐漸被應(yīng)用與各個領(lǐng)域中。比如測繪工程領(lǐng)域中，對大壩和電站基礎(chǔ)地形測量；結(jié)構(gòu)測量領(lǐng)域中，對橋梁結(jié)構(gòu)、擴建測量等；建筑、古跡測量中，對建筑物內(nèi)部及外觀測量保真、保護(hù)測量等[1]。隨著對其商業(yè)化的開發(fā)，三維激光掃描儀近年來已經(jīng)開始被應(yīng)用于服務(wù)業(yè)、娛樂業(yè)、采礦業(yè)等領(lǐng)域；其對我國測量行業(yè)整體發(fā)展有著極為重要的促進(jìn)作用，最大限度提升了我國測量行業(yè)整體技術(shù)水平。

3 三維激光掃描儀在特殊地貌測量中的應(yīng)用

3.1工程簡介

以某山區(qū)為例，其地貌較為復(fù)雜，交通極其不便，其測區(qū)內(nèi)高程約為1800M。最高高程約為1950M，平均高程1840M，成圖比例尺為1：1000，面積為10km2，其所測區(qū)域內(nèi)地形主要為山地，亂石較多，常規(guī)測量難度較大；因此采用三維激光掃描儀進(jìn)行對應(yīng)測量作業(yè)設(shè)計規(guī)劃。

3.2儀器設(shè)備選用及性能

結(jié)合實際情況對三維激光掃描儀器設(shè)備進(jìn)行一定的選用和性能分析，保障三維激光掃描設(shè)備的質(zhì)量性能完全達(dá)到當(dāng)前地貌測量要求。對其掃描精度進(jìn)行100M處10CM設(shè)置，掃描距離為300M，數(shù)據(jù)能夠完全存儲在儀器中，根據(jù)具體信息對相鄰測站保持百分之三十重疊度，保證數(shù)據(jù)檢核與后期數(shù)據(jù)拼接正確性。

3.3數(shù)據(jù)處理

3.3.1進(jìn)行對應(yīng)數(shù)據(jù)采集，了解勘測區(qū)內(nèi)的具體環(huán)境信息，明確標(biāo)靶的位置、掃描儀以及測站數(shù)，以此保障所獲取的數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，在點云數(shù)據(jù)的獲取后，按照所規(guī)定1：1000的比例尺規(guī)格進(jìn)行選擇相應(yīng)采樣標(biāo)準(zhǔn)，依次進(jìn)行逐站掃描。

3.3.2對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過對相應(yīng)點云匹配、噪聲、分割、坐標(biāo)變換、圖像匹配來使整個數(shù)據(jù)預(yù)處理質(zhì)量完全得以體現(xiàn)，對部分不在同一站點獲取的點云數(shù)據(jù)，進(jìn)行嚴(yán)格匹配分析，通過實際信息將其做統(tǒng)一坐標(biāo)系內(nèi)的設(shè)置，同時開展目標(biāo)構(gòu)模作業(yè)，并進(jìn)行定量分析。在借助GPS的幫助下，對各個掃描站點的具體坐標(biāo)位置進(jìn)行進(jìn)一步的分析確認(rèn)，將獲取的點云數(shù)據(jù)置于其中，得出真實準(zhǔn)確的點云地理位置，與其它遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行同步分析處理?；谂錅?zhǔn)的基礎(chǔ)，利用地形的重采樣和手動點云對植被進(jìn)行設(shè)置、將噪聲點予以剔除，同時分割構(gòu)建目標(biāo)模型，截取清晰的紋理圖像，作為該地區(qū)的地理樣貌特征信息資料。

3.3.3根據(jù)地貌特征信息資料，通過融合可見廣播段光譜信息，增強對應(yīng)集合場內(nèi)結(jié)合模型真實感和場景信息量。利用掃描儀采集影響數(shù)據(jù)和點云數(shù)據(jù)方式采集地面數(shù)據(jù)。做好激光點與云數(shù)據(jù)匹配工作，繼而形成能夠反應(yīng)當(dāng)?shù)氐孛蔡匦蕴攸c的地形圖。

3.4成圖精度驗證

對其成圖精度進(jìn)行驗證時，通過在試驗區(qū)用全站儀全野外采集2km2地形圖數(shù)據(jù)，檢測掃描數(shù)據(jù)精度，選擇100個高程點和30個第五點進(jìn)行高程和平面坐標(biāo)精度對比，誤差結(jié)果如下表（表1）所示。

通過上表可看出利用全站儀采集數(shù)據(jù)誤差極小，精準(zhǔn)度高，滿足相關(guān)測量標(biāo)準(zhǔn)要求，因此對三維激光掃描儀在特殊地貌測量中的應(yīng)用，應(yīng)予以全面的推廣和肯定，做好三維激光掃描技術(shù)的加強和完善。

結(jié)束語

綜上所述，三維激光掃描儀在特殊地貌測量中的應(yīng)用，保障測量質(zhì)量前提下，最大限度提升了測量工作效率，其通過自身非接觸測量優(yōu)勢，大幅降低了對特殊地貌測量過程中的成本投入，使整個測量工作經(jīng)濟性得以全面提升。其對我國測量技術(shù)水平的提升效果明顯，也是我國測量行業(yè)能夠高效、穩(wěn)定發(fā)展下去的前提條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 豐立柱，于艷龍，高揚.三維激光掃描技術(shù)在古代墓葬保護(hù)規(guī)劃中的應(yīng)用探討[J].西部考古，2016（01）：266-273.