淺談三維激光掃描儀在地形測量中的應(yīng)用

劉克非

（湖南省長沙市明德中學，長沙 410100）

淺談三維激光掃描儀在地形測量中的應(yīng)用

劉克非

（湖南省長沙市明德中學，長沙 410100）

三維激光掃描技術(shù)是現(xiàn)代科技條件下產(chǎn)生的一種非常有效的技術(shù)，這種技術(shù)不僅突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，而且還具有高效率、高精度的特點。當前三維激光掃描技術(shù)在解決點云聯(lián)結(jié)時一般采用共軛面轉(zhuǎn)換法、磁性覘標控制點法、測站后視棱鏡法和曲面匹配法等。

三維激光掃描儀；地形測量；應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)是20世紀90年代中期開始出現(xiàn)的一項高新技術(shù)，是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后的又一項測繪技術(shù)新突破。它通過高速激光掃描測量的方法，大面積地快速獲取被測對象表面的三維坐標數(shù)據(jù)。為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術(shù)手段。由于其具有快速性、不接觸性、穿透性、實時性、動態(tài)性和主動性，因此受到了廣泛的歡迎。

1　三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展

三維激光掃描技術(shù)使測繪從傳統(tǒng)的二維平面上升到了三維立體空間，這對于地形測繪而言無疑是件好事，它能夠幫助人們更加立體而形象地掌控地形數(shù)據(jù)。從三維激光掃描技術(shù)的研究來看，作為20世紀90年代中期出現(xiàn)的一種全新的科學技術(shù)，它不僅能夠突破傳統(tǒng)GPS技術(shù)中地理數(shù)據(jù)傳導(dǎo)的缺陷，而且還具有良好的地理環(huán)境穿透性，這種穿透性是人們對地理條件進行深入解讀的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)的GPS數(shù)據(jù)顯示中，人們通常只能對地形的表面進行研究和分析，而三維影像的出現(xiàn)可以說是在GPS基礎(chǔ)之上的又一次技術(shù)革新。從原理上講，三維激光掃描儀可以利用激光測距的原理來捕捉物體表面大量的點，進而通過這些點來呈現(xiàn)三維立體坐標及反射率等信息。科研人員能夠通過這些數(shù)據(jù)更加立體地掌握地形地貌，并根據(jù)實際情況進行相關(guān)信息的分析和探究。可以說三維激光掃描儀的出現(xiàn)不僅是測繪領(lǐng)域更高水平的發(fā)展，同時也是其他領(lǐng)域技術(shù)的更迭，更重要的是我們能夠通過三維激光掃描儀來發(fā)現(xiàn)人們對于生活和未來發(fā)展的渴望。地形測量領(lǐng)域從根本上講就是對地物、地貌及其他地理要素進行分析和測量，它是人類對于自然百態(tài)的全新認知，通過對地球表面地形的探測與研究，能夠使人們對于所生存的自然生態(tài)產(chǎn)生更深刻的認識和了解，在深入了解之后，人們才能夠更加充分、有效地利用生態(tài)資源，并保證資源的長期可持續(xù)發(fā)展。

2　三維激光掃描儀在地形測量中的應(yīng)用

三維激光掃描儀是通過內(nèi)含的激光測距儀，對三維坐標進行精確測量的一種儀器。這種儀器的最大優(yōu)點就在于只要能夠讓它有一個立足點，就可以在不碰觸測量物體的情況下對物體進行高精度、高密度的三維立體數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)，再通過儀器中所含有的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，即刻便可以形成三維圖形化的空間資料，這對于整個自然的研究都是非常有意義的。

不同于傳統(tǒng)掃描儀對于光的依賴，以激光為主要工具的掃描儀，在測量的過程中是不用光源輔助的，所以激光掃描儀是可以在黑暗環(huán)境中實現(xiàn)精準測量的。如果是在光源充足的情況下進行測量，三維激光掃描儀甚至可以同時獲得對應(yīng)點的色彩光譜，進而形成更加詳細且生動的三維影像。因此，從某種程度上來說，光對于地質(zhì)是有著非常深刻的影響的。目前三維激光掃描儀對于地形的測量一般會呈現(xiàn)出初始的三維點云數(shù)據(jù)分布，這對于我們初步了解被測物體是非常重要的。如果我們不能夠一次性完成被測物體的掃描，那么就要對多點探測的數(shù)據(jù)進行整合與分析，特別是要將點數(shù)據(jù)進行模型化的處理，之后我們才能夠得到更完整的數(shù)據(jù)。

當前已經(jīng)就點云聯(lián)結(jié)問題提出四種相應(yīng)的方法：第一是共軛面轉(zhuǎn)換法，這種方法能夠在重疊的兩個群點云中，通過使用者以人機互動的方式來將3個共面形成1個平面，進而完成對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析。不過這種方法相對而言比較復(fù)雜，而且工作量特別大，所以使用并不十分廣泛。第二是磁性覘標控制點法，在重疊觀測區(qū)域內(nèi)設(shè)置磁性覘標，通過激光對覘標的特殊反射效果來自動尋找控制點，再通過3個以上的控制點，就能夠得到觀測物體的三維坐標換算參數(shù)。這對于我們來說是行之有效的，特別值得一提的就是這個方法能夠?qū)崿F(xiàn)自動化，這在三維激光掃描儀的應(yīng)用中是相當具有代表性的。第三是測站后視棱鏡法，這種方法是利用激光掃描儀在掃視到棱鏡時產(chǎn)生的反射作用，可以讓我們得到測站與棱鏡之間的一個相當具體的三維立體關(guān)系，通過這個三維立體關(guān)系我們就能夠?qū)y站的數(shù)據(jù)進行分析和研究，并且還可以通過GSP系統(tǒng)對棱鏡和測站進行更加深入的定位測量。這種方法對于地形測量來講是相當實用的，同時也是最有效、快捷的一種方法，同時也是具有自動化能力的一種內(nèi)業(yè)工作方法。第四是曲面匹配法，這種方法一般針對表面起伏不定的地形，它可以通過曲面匹配的方式來實現(xiàn)重疊觀測區(qū)域的點云數(shù)據(jù)接收，進而通過儀器內(nèi)部的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)給出結(jié)果。不過目前的曲面匹配法在儀器設(shè)備上還不能實現(xiàn)完全自動化，還要人為操作，才能夠使整個匹配過程完整有效。

3　結(jié)語

三維激光掃描儀對于整個地形測繪領(lǐng)域來說是一種非常重要的儀器，我們也有理由相信在未來發(fā)展中，這種儀器將會擁有更廣闊的發(fā)展空間。

［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，（03）：367-368.

［2］ 張啟福，孫現(xiàn)申.三維激光掃描儀測量方法與前景展望［J］.北京測繪，2011，（01）：183-184.

On the Application of Three-dimensional Laser Scanner in Topographic Survey

LIUKe-fei
（Changsha Mingde Middle School ofHunan,Changsha 430100,China）

Three-dimensional laser scanningtechnologyis a veryeffective technique under the conditions ofmodern technology,it not onlybreak the traditional single-point measurement method,but alsohas characteristics ofhigh efficiencyand high precision.The current three-dimensional laser scanning technology generally adopts conjugate surface switching method,magnetic ship standard control point method,survey station back vision prismmethod and hook face matchingmethod in solvingthe point cloud joint.

Three-dimensional laser scanner；Topographic survey；Application

TN95

A

1674-8646（2015）12-0132-02

2015-08-27