基于地面三維激光掃描的精細地形測繪

辛立國

（遼寧水利職業(yè)學院，沈陽 110122）

我國地域遼闊，有很多危險的地方需要進行精細地形測繪，例如險峻的高山、湍急的河流、陡峭的懸崖等，常規(guī)的測繪方法對這些地方作用不大，而且危險系數(shù)較高，無法完成精細、準確的測繪。為解決這些問題，三維激光掃描技術(shù)被應用到精細地形的測繪中。1995 年，在激光的應用中研究出了一項比較有意義的成果，即三維激光掃描技術(shù)，被稱贊為在GPRS 定位技術(shù)之后的又一項偉大的科技成果，比以前的測繪方法更快、更準、更安全。如今，三維激光掃描技術(shù)被運用于地形的測繪、模擬地形、立體結(jié)構(gòu)的建模等方面。本文主要闡述三維激光掃描的原理和在實際情況中的運用，以及地面三維激光掃描的精細地形測繪在推廣和普遍使用中存在的問題。

1 地面三維激光掃描儀的工作原理

掃描儀、處理器（電腦和其含有的處理軟件）、電源供應系統(tǒng)組成了地面三維激光掃描系統(tǒng)。掃描儀掃描數(shù)據(jù)，處理器接收和處理數(shù)據(jù)，電源供應系統(tǒng)供應這些機器正常運轉(zhuǎn)所需要的電量。掃描儀本身含有掃描系統(tǒng)和激光測距系統(tǒng)，同時也含有控制和矯正系統(tǒng)及集成CCD。儀器工作時，通過測量水平角的反射鏡和測量天頂距的反射鏡一起有序旋轉(zhuǎn)，將激光脈沖依次掃過被測量的區(qū)域，測量每個激光脈沖的空間距離及掃描激光脈沖的水平角度和天頂距離，最后通過計算其坐標的方法得到被測量區(qū)域的三維坐標。通過Cyrax 2500 的Cyclone 等軟件處理三維坐標得到精細地形的測繪圖。

2 實際情況中的運用

某高速公路需要以隧道的方式穿過一座大山，此大山橫在高速公路的施工路線上，如果繞過此大山將多繞出20 多公里，且彎道多，不滿足高速公路快、直、平的要求，所以穿越隧道是唯一的解決方式，但是，隧道的進口和出口都是峽谷，需要高架橋連通到隧道的進口和出口，這樣就要對隧道進口和出口的地方進行安全處理，因此就需要隧道進口和出口1:300 的高清地圖。這個項目采用I-Site三維激光掃描儀采集數(shù)據(jù)，Cyrax 2500 的Cyclone 等軟件處理數(shù)據(jù)，得到1:300 的高清地圖。

3 在地面三維激光掃描的精細地形測繪中存在的問題

雖然地面三維激光掃描儀在精細地形測繪中有很多優(yōu)點，而且得到的地圖也更加準確、清晰，但是這種技術(shù)還處于起步階段，主要有以下5 個問題影響其推廣和使用。

3.1 三維激光掃描方法與傳統(tǒng)方法結(jié)合上的問題

傳統(tǒng)的方法雖然在地勢險峻或者危險系數(shù)高的地方不能得到準確的數(shù)據(jù)，但是在平地或者在不太危險的地方，依舊占據(jù)著主導地位。傳統(tǒng)的方法和地面三維激光掃描方法在融合貫通方面做得還不夠，沒有很好的發(fā)揮這兩種測試方法的優(yōu)點，要進一步融合貫通這兩種測繪方法。

3.2 三維激光掃描儀價格昂貴的問題

地面三維激光掃描儀屬于科技含量比較高的儀器，一般科技含量高的儀器，都比較貴，三維激光掃描儀也不例外，所以在推廣上還具有較高難度。

3.3 數(shù)據(jù)采集不完整的問題

三維激光掃描儀一般都是在環(huán)境條件不好的情況下使用，比如高山群中，山峰高高低低相互依靠，形成遮擋現(xiàn)象，導致掃描儀掃描不完整，造成數(shù)據(jù)缺失，從而影響測繪圖的完整、準確。

3.4 數(shù)據(jù)處理軟件不成熟

三維激光掃描儀掃描的結(jié)果最終都需要軟件處理，但是目前還沒有相對成熟的處理軟件，往往處理結(jié)果需要使用好幾個軟件相互協(xié)助才能得到比較準確的結(jié)果。這不利于三維激光掃描儀的推廣使用，要盡快開發(fā)出一套完整成熟的軟件，用一個軟件處理得到精確的結(jié)果。

3.5 三維激光掃描儀智能化還不夠

三維激光掃描儀智能化還不夠，不能自動或半自動的提取到完整數(shù)據(jù)，還需要人工輔助才能得到比較完整的數(shù)據(jù)。這就要求在設計的時候更加注重智能化，讓三維激光掃描儀能夠自動獲取數(shù)據(jù)，至少也要是半自動的獲取數(shù)據(jù)。

正因為上面的5 個問題，嚴重影響了地面三維激光掃描儀的推廣和普遍使用，要盡快解決上述問題，推動三維激光掃描儀的廣泛使用。

4 結(jié) 語

本文簡要介紹了地面三維激光掃描儀的工作原理和其在實際情況中的運用，以及存在的問題。毫無疑問，地面三維激光掃描儀相對于以前傳統(tǒng)的方法有了很大的提高和進步，尤其是在險峻的高山、湍急的河流、陡峭的懸崖等惡劣環(huán)境中，優(yōu)勢更加明顯，要盡快解決上述問題，推廣三維激光掃描儀的使用。

［1］彭維吉,李孝雁,黃颯.基于地面三維激光掃描技術(shù)的快速地形圖測繪［J］.測繪通報,2013(3):70-72.

［2］梅文勝,周燕芳,周俊.基于地面三維激光掃描的精細地形測繪［J］.測繪通報,2010(1):53-56.

［3］李志鵬,張辛,喻守剛,等.基于三維激光掃描的大比例尺地形測繪方法研究［J］.人民長江,2014,45(7):70-73.

［4］趙鑫,吳侃,蔡來良.具有先驗信息的地面三維激光掃描地形測量數(shù)據(jù)去噪算法［J］.大地測量與地球動力學,2011,31(4):108-111.