三维激光扫描技术在水利工程地形测绘中的应用

丁多明

摘要：在科学技术不断发展进步的背景下，水利工程地形测绘技术有了较大的进步，其中三维激光扫描技术的应用，能够有效的提高水利工程地形测绘作业的实际效率和测绘准确度，具有较高的应用价值。因此本文主要阐述三维激光扫描技术的概念，分析其在水利工程地形测绘中的具体应用，并研究其在应用中的关键控制点，旨在进一步提高三维激光扫描技术在水利工程地形测绘工作中的应用效果。

关键词：三维激光扫描技术；水利工程；地形测绘

前言

在水利工程地形测绘中应用三维激光扫描技术，可以有效的实现精细化测绘，并且在实际运用中发挥巨大优势。而且三维激光扫描技术是一种非接触式、无损式的测绘方式，当利用其对扫描对象进行扫描时，能够实现对不可到达的区域开展地形测绘，可以提高其测绘的精准度，有效获取扫描对象真实三维数据，为水利工程施工提供重要基础。

1 三维激光扫描技术概述

1.1概念

三维激光扫描技术的原理即是将其所拥有的单色性、高亮度和方向性的激光，作为一种测距的载体测量技术，利用这些特性可以让三维激光扫描技术具有远超过其他测量方式的效率和精度，并且其操作方式较为简单，具有较好的实践性。对于三维激光扫描技术的发展其始终围绕激光技术、计算机技术和传感器技术三个方面，在不断创新发展的进程中，有效的提高了三维激光扫描仪的测绘效率、测绘精度以及抗干扰能力和测量距离等。而且相关仪器的操作难度以及成本造价也呈现出了下降趋势，在实际具体的水利工程项目具有相对广泛的应用。因此三维激光扫描技术在水利工程地形测绘中具有非常重要的运用价值^[1]。

1.2三维激光扫描仪应用类型

当前在水利工程中比较常见的三维激光扫描仪按照测量距离，可以分为三种，其一是三角式三维激光扫描仪、相位式三维激光扫描技仪以及脉冲式三维激光扫描仪等。其中三角式和相位式在地形测绘中，测量的范围相对较小，一般在0.5-100m之间，相比之下，脉冲式三维激光扫描仪的测量范围相对比较广泛，最大可以达到6000m。所以水利工程地形测绘中，对脉冲式采用较多。另外一方面脉冲式激光扫描仪是一种使用非接触式的高速激光来开展绘图工作，从而将测量目标的物体表面按照几何的特征进行表现。因此实际上脉冲式三维激光扫描仪的测量距离是利用激光发生器和接收器，从测量物体的表面内反射回来的激光脉冲，从而在准确记录激光往返时间差，来计算光速和时间差的乘积，从而经过运算过后则能够得到三维激光扫描仪与被测地形之间相差的距离，将其反映到图像中，则可以得到较为准确的水利工程测绘图^[2]。

2 三维激光扫描技术在水利工程地形测绘中的应用

2.1 地形测绘过程中的应用

在实际水利工程中，对三维激光扫描技术的应用，主要是对地形进行测绘。一般所采用的即是全波形回波技术以及实时全波形数字化处理技术，如果水利工程所在地的环境较为恶劣，同样也能够有效完成测绘工作。并且三维激光扫描仪自身带有数据处理软件和成图系统。因此在对地形进行测绘的过程中，即可以将扫描仪看作是一种自动观测全站仪，在其可视的范围之内，可以开展相应的地形测绘工作。另外一方面，为了加强地面观测，在应用时应遵循便于保存和使用的原则合理选择扫描仪架站的位置，并要综合考虑与其他测量方式的有机结合。在此基础上，使用三维激光扫描技术，先要保障扫描仪架站位置较为开阔，然后在测绘中使用空间点云数据作为激光发射器的自定义空间极坐标系。再进行测站坐标和后视点坐标参数输入，依靠相关软件计算平移和旋转的参数并赋予空间坐标系原点。最后开展扫描作业，收集地形测绘的相关数据^[3]。

2.2 在测绘数据编辑中的应用

当全部的测绘工作开展结束后，则可以将所获得的数据特征点输入到相应的软件中进行对比，保障点云数据能够匹配到正确的位置上。同时因为水利工程地形测绘会受到外部的环境变化以及测量设备性能等因素的影响，所测得数据在一定程度上会出现偏差，因此在后期的测绘计算时，应当对数据进行平滑处理。

其次在利用三维激光扫描技术开展水利工程地形测绘时，其成图软件具有多种的视图模式，所以就会出现不同位置的点在颜色信息上存在较大的差别，相关人员则可以按照不同的颜色信息比较直观清晰的观察到图中的地形形状。对于地形测绘中的具有独特特点的地形直线，则能够进行相对特殊的标记，同时建立一个独立的dxf文件，以便于对不同特征的数据起到补充作用，更好的完成地形测量数据的编辑工作。

再次，为保障应用三维激光扫描技术时地形测绘成果具有一致性，则要对各个站点的扫描数据进行拼接处理，一般通过迭代最近点算法拟合出具有匹配性的起伏曲面。然后再利用三维激光扫描技术相关的可视化软件对补充和完善数据，尽量保证测量的原始数据差值控制在最小范围，从而确保数据拼接的效果良好。

最后相关测绘人员充分结合水利工程各个测绘区域的实际情况，开展点云数据的有效拼接，并在此基础上形成精确合理的拼接误差报告。在充分满足限差的情况下，尽可能的实现各个测绘区域的完整数据拼接，最终保障水利工程测绘数据编辑的准确性和可靠性。所以三维激光扫描技术在测绘数据编辑中也具有相对较好的应用。

3 三维激光扫描技术的应用关键点

在水利工程的地形测绘工作中，利用三维激光扫描技术需要严格注意其应用的关键点，其具体有如下几个内容：

1. 相关测绘人员需要充分了解三维激光扫描仪自身存在的缺陷，以便于在实际应用过程中，更好的控制其测绘精度。比如当对水利工程地形进行扫描时，需要增加扫描距离的情况下，在一定程度上会促使测绘测量的精度有所下降。针对这一问题，则要根据水利工程的不同比例尺，合理安排测绘工作，尽可能的减少三维激光扫描仪的限制因素，确保其处于合理的扫描范围内，进而在实际测量后，促使三维激光扫描仪的架设站点设计方案与现实中的测量区域现状相契合。

2. 在水利工程地形测绘的后期工作中，对数据拼接时，相关测量人员需要重点关注相邻的站点扫描范围是否存在重合率的问题，一旦重合率相对较大，就会导致外业工作量增加。而如果重合率相对较小，会影响到数据拼接工作的精确度。因此在开展水利工程地形测绘工作，对三维激光扫描技术的应用需要注意利用比例尺合理掌握地形情况。

3. 对三维激光扫描技术在水利工程地形测绘中的应用，因为受到测绘软件的影响，相关人员在进行外业扫描工作时，需要充分考虑到后期的数据拼接和编辑工作。尤其是在一些比较特殊的地形中进行测量工作，必须要应用与其相对应的ITA测量方法，最大限度的提高地形测绘精度和效率。

结束语

综上所述，在水利工程的地形测绘工作中，应用三维激光扫描技术能够有效的提升项目测绘精度和测绘效率。同时依靠三维激光扫描仪开展测量工作，具有操作简单便捷、价格适中、实用性较强的优势特点，在一定程度上对水利工程的项目建设具有积极的推动作用。因此相关测绘人员需要充分认识到三维激光扫描技术的应用优势和价值，在实际的水利工程中合理应用三维激光扫描仪及相关测绘软件，进一步提高地形测绘工作的实效性，以便于更好的指导项目建设施工。

参考文献

[1]虞道祥.三维激光扫描技术在水利工程地形测绘中的运用研究[J].工程技术研究,2018(16):52-53.

[2]烟雷刚,烟静红.三维激光扫描技术在水利工程地形测绘中的实践应用[J].科技经济导刊,2018,26(12):12-13.

[3]郑欣.三维激光扫描技术在水利工程坝址地形图测绘中的应用[J].广东水利水电,2017(11):46-49.