基于地面三维激光扫描的精细地形测绘韦柳明

韦柳明

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广西尺度测绘地理信息有限公司广西壮族自治区530000

摘要：我国幅员辽阔，南北地质情况差异极大，有许多危险地方需要精细测绘时，常规测绘方法无法精细测量，例如：险峻的山峰、湍急的河流以及陡峭的悬崖等等，测绘难度非常高，也非常危险，三维激光扫描的应用可以精细地形测绘，本文主要介绍了地面三维激光扫描测绘的工作原理以及应用。

关键词：三维激光；扫描；精细地形测绘

常规测绘方式因为技术水平以及工作经验等方面的局限，不能精确、表达出被测绘地区的实际情况。在解决问题的基础上，引入三维激光扫描技术，优化常规扫描中存在的问题，提升地形测绘工作精确度以及安全性，同时也提升了测绘速度。

1、地面三维激光扫描的工作原理

要对危险地形进行精细测绘的危险系数极其高，普通测绘设备无法精细测绘的，三维激光扫描技术的应用有效解决了这个问题，三维激光扫描测绘技术是目前比较先进的科技成果，也可以简单称为GPRS定位技术，该测绘技术的测绘速度比较快，并安全准确，目前被广泛应用在地形测绘、立体结构以及模拟地形构建方面的测绘，地面三维激光扫描系统主要包括：扫描仪、电脑处理器与电源等，在实际工作中要及时分析扫描仪器中的数据信息，电源系统提供充足的电源使机器正常运转，扫描仪器主要包含扫描系统与测量激光测距的系统以及控制系统。扫描仪在扫描数据、接收数据以及处理数据等方面作用显著，而电源供应系统则可以为这些环节供电能源。从三维激光扫描技术的角度来分析精细地测绘作业流程，囊括了外包数据采集以及运点数据配准等，还涉及到非地貌数据提出以及等高线生成等多个步骤环节。例如：当我们在修建高速公路，当这条高速公路需要穿过山峦时，一定会有许多弯道，这时候就要对精细测绘大山周围的地形情况，还要对山峦周围的河流与峡谷的信息进行详细的研究分析，应用三维激光扫描技术采集各种数据信息，然后利用计算机软件来处理各种数据信息，并制作出测绘图，进而按照测绘图来模拟高速公路线路。

2、地面三维激光扫描技术在精细地形测绘中的应用

2.1地面三维激光扫描技术在外业数据采集中的应用

在外业数据采集之前，首先要考察了解被测地带周围环境，并明确扫描仪以及标靶所在位置情况。保证各种扫描站最终都可以获取到最佳的数据量，保证数据和被测量区域的情况是相吻合的。其次要尽量减少测站数量以及原始的数据量，在进行扫描的时候，还要对被测量区域特殊地形进行拍照，对于后期数据信息处理来说会方便许多，减少地形图形编辑修改难度。当每一个测站扫描都彻底完成之后，还需要对标靶进行扫描，利用精确扫描的方式来提升标靶的扫描质量。在对整个地带进行扫描的过程中，要先控制好标靶内的点，并将这些标靶当中的点当成唯一的标识来看待。之后通过精细化扫描的方式，对区域内部控制标靶中心点位置的情况进行扫描。还要通过使用无反射全站仪的形式，精确测量标靶中心位置，工作人员可以在项口施工坐标系下三维坐标测定中使用该技术，并沿用到后续多占数据配准中。标靶分布情况，应当根据测站坐标的配准精度情况来判定，尽量地减少狭长形状产生。如果需要布设三个标靶，可以尽量将三个标靶布设成为正三角形，效果会比较理想。除此之外，标靶和扫描仪二者之间的距离也必须要适中，如果二者之间的距离比较近，可能会导致坐标的转换误差变大，影响其中心识别精确度，导致测绘工作中出现较大差异。

2.2云数据配准

我们在应用地面三维激光扫描仪进行扫描时，仅仅可以得到小部分数据信息，要想得到更加完整精确的地面三维数据信息，需要从不同角度来扫描该地区，并将每次扫描所得出来的数据以原点的形式定义到坐标体系中。工作人员可以在扫描区域当中设置部分用来起到控制作用的标靶，利用标靶来控制不同的扫描点，将扫描点融入到相同坐标系当中，这一环节也被称之为云数据配准。目前比较常见的云数据配准方式分为两种形式：

（1）相对方式。相对方式是将某扫描站坐标作为基础看待，其余各种坐标系统都需要转化到该坐标系统下，才能保证工作的正常开展。在利用相对方式进行扫描时，工作人员可以站在不同站的标靶之间，完成坐标统一，这种工作方式完全不需要测量靶标绝对坐标。之后对统一坐标系统下坐标进行处理，如果连续传递站点的数量比较多，也是比较容易产生传递误差的。

（2）绝对方式。绝对方式是将扫描仪与常规测量相互结合的一种处理方式，所有站标靶坐标都可以通过全站仪或者是其余的各种仪器来提升测量的准确程度，并直接获得标靶绝对坐标。在配准的过程中，所有测站都必须要转换到绝对坐标系当中，这种工作方式是不会产生坐标转换传递误差，所以精确程度较好，也比较均匀。目前比较常见的地形测绘，都是通过绝对方式来配准的，而且还可以将不同的处理方式相互结合，在小范围空间内，使用相对方式来实现配准，在其达到一定的范围之后，通过绝对方式将其定到绝对坐标系当中。

2.3地物提取及绘制

地物的特征点提取是比较关键的环节。在己经成功配准好的点云数据当中，利用手工提取的方式来提取各种数据，比如房屋角点以及电线杆中心点等各个环节的问题。还可以通过地面三维激光扫描等方式来处理后续软件提取方面的问题，比如目前比较常见的Leica以及Cyclone软件等。工作人员可以在云视图当中，通过手动的方式来提取相应物品，明确物品的特点，将其整理成固定格式发送到文本当中。

2.4三维激光扫描可以取得被测地带整个地貌数据信息

由于三维激光扫描仪可以扫描被测绘地带的空间信息，可以扫描出来的许多数据信息，这些数据信息不仅仅囊括了地表树木信息，还可以生成等高线，所以在生成等高线之前，可以先删除掉一些云数据。可采用Trimble的RealWorksSurvey软件或Leica的Cyclone软件人工剔除非地貌点云数据。

3、结束语

总之，由于我国国土面积非常大，地质情况也极其复杂，为了精确掌握我国地形情况，要对大部分地区进行精细测绘。目前常见的测绘方法当中，很难找到一种适合精细测绘的方法，这也严重影响了我国地形测绘工作的正常开展，地面三维激光扫描是目前最为先进的一种精细地形测绘技术，其精准、安全、快速等特点被广泛的应用在危险地带的地形扫描，为我国地形精细测绘行业做出自相应的贡献。

参考文献：

[1]周之森，李宏刚.浅析地面三维激光扫描的精细地形测绘[J].中国地质测绘，2017,23（10）:208-209.

[2]万芳，戚玉玲.三维激光扫描的地形测绘技术探讨[J].资源信息与工程，2016,10（17）:194-195.