三維激光掃描技術在水利水電測繪中的實際運用

■張巍 林浩

（中水東北勘測設計研究有限責任公司 吉林長春 131100）

三維激光掃描技術在水利水電測繪中的實際運用

■張巍 林浩

（中水東北勘測設計研究有限責任公司 吉林長春 131100）

三維激光掃描技術具有高效率、高精度的獨特優勢，其在水利水電測繪中具有重要作用。三維激光掃描技術是以現代高精度傳感技術的幫助下，利用全自動高精度立體掃描技術，實現整體三維結構和空間三維特征進行三維建模。采用三維激光掃描技術能夠進行精確勘測，從而保證水利水電工程建設在選址和前期測繪的順利開展，也為水利水電工程的建設打下堅實的基礎。三維激光掃描技術在水利水電測繪中的應用，主要通過掃描物體表面的三維點云數據，將數據與近景進行對比，從而保證施工建設相關數據的獲取。[關鍵詞]三維激光掃描技術地形測量高精度分辨

0 前言

三維激光掃描技術是一種全自動高精度立體掃描技術，自動化程度極高，這對于完成水利水電測繪具有重要意義。三維激光掃描技術目前在水利水電工程當中的應用主要針對于斜坡穩定性的研究、高陡邊坡地質調查、水利樞紐的地形地貌三維數據采集，以及CAD設計和動作制作等方面。三維激光掃描技術具有采樣速度快、精度和分辨率高的優點。因此，為了讓三維激光掃描技術更好的服務于我國水利水電工程建設當中，如何將三維激光掃描技術更好的應用于水利水電測繪中，解決目前三維激光掃描技術較為落后的現況，已經成為人們普遍關注的問題。

1 三維激光掃描技術概述

三維激光掃描技術（3D Laser Scanning Technology）是一種先進的全自動高精度立體掃描技術，其主要針對方面是對測繪工程當中三維建模與重構。三維激光掃描技術能夠進行高效的采集三維點，在復雜的地形當中進行實地掃描，將其中大型的以及不規模的實景以三維數據進行整合，構造出人們可以參考的三維點云模型。

三維激光掃描技術的應用得益于三維激光掃描系統，它是由激光發射器、接收器、激光自適應聚焦控制單元、光路調節裝置、光機自動傳感裝置以及后續處理用的計算機等構成。三維激光掃描系統通過獲取測試目標的三維坐標信息，從測距、角位移、掃描和定向四個方面來完成最終的三維激光掃描工作。

2 三維激光掃描技術發展概況及主要特點

三維激光掃描系統的出現來源于20世紀90年代美國俄亥俄州立大學制圖中心開發的GPS Van，GPS Van是一個可以自動采集數字影像的陸地測量系統。之后由加拿大卡爾加里大學和GEOFIT公司為高速公路測量而開發了VISTA系統。隨著科學技術的發展，日本東京大學1999年進行了固定激光掃描系統的開發，取得了良好效果。

三維激光掃描技術具有測量距離遠、采樣點速率高、點定位精度高、無接觸測量、掃描目標可直接獲取三維點云數據、兼容性好等特點。這對于三維激光掃描技術在測繪當中的應用具有廣泛性，同時其高性能和高效率的優點也讓三維激光掃描技術很快應用于水利水電工程或其他勘測工程當中，得到了廣泛應用和迅猛發展。

3 三維激光掃描技術在水利水電測繪中的實際運用

3.1 三維激光掃描技術工作原理

三維激光掃描技術在水利水電測繪當中，為了獲取被測目標的三維坐標信息，將分為測距、角位移、掃描和定向四個步驟進行工作，之后進行相應的數據整理，完成最終的測繪工作。

3.2 三維激光掃描技術在測距時，主要采用三角法、脈沖法和相位法三種方法

測距時會根據實際情況進行相應的方法選擇，三角測距法是借助三角形的幾何關系，一般適用于測量近距離。脈沖測距法通過對發射和接收激光脈沖信號時間來測量距離，其測量距離較遠。相位測量法則是通過測量調制光信號，并不適用于水利水電工程測繪。一般來說，水利水電測繪主要采用脈沖法。三維激光掃描技術的測角方法主要采用角位移測量法和線位移測量法。角位移測量法適用于掃描儀的運行時由步進電機驅動的，根據距角和步數獲取角位移。線位移測量法主要適用于掃描系統由激光發射器、直角棱鏡和CCD元件組成，根據激光束形成線性掃描區域，獲取角度值。

三維激光掃描技術通過系統反饋的相關數據，形成三維模型，從而對施工區域進行技術分析和判斷，最終確定相應的技術施工手段。

3.3 溫泉水電站測繪實例

溫泉水電站處于峽谷段，地形較為復雜，現擬在水電站建筑百米高壩，對此，首先要對溫泉水電站進行實際測繪。被測區屬于高山峽谷地帶，地形陡峭，采用三維激光掃描技術時，需要選取合適角度，并按照一定比例進行整體模塊建設控制。

對溫泉水電站進行測距時，主要采取脈沖法，將三維激光掃描技術處于一定距離，范圍控制在可測范圍內。之后選取一定角度，采用線性位移法進行角度測量，獲取地形、地貌、影像模型，從而通過反饋數據進行建模工作。

4 三維激光掃描技術在水利水電測繪中發展趨勢

三維激光掃描技術是測繪科學的領先產品，隨著它投入使用當中，已經發揮出了強大的動力和推動力。三維激光掃描技術具有高自動化、高效率、高精度測量的特點，日后在水利水電測繪中將得到巨大的發展。三維激光掃描技術在水利水電測繪中，未來的發展趨勢將有以下幾個方面：

第一，三維激光掃描技術將加大科學技術投入，增強產品的科技性，日后的三維激光掃描技術將具備更加強大的功能。

第二，點云數據處理軟件的供用化和多功能化，實現數據共享及數據處理，更好的服務于水利水電工程建設。

第三，進一步擴大掃描范圍，滿足日后水利水電工程的復雜化和現代化特征。

第四，與其他測繪設備聯合測量，保證測繪的準確和精度，推動水利水電工程測繪工作的發展和進步。

5 結束語

三維激光掃描技術能夠對地形數據采集以及高精度的測繪，將三維激光掃描技術應用于水利水電測繪當中，是完全可行的，這對于水利水電工程的發展將具有重要意義。通過三維激光掃描技術建立空間三維模型，分析地貌地形特征，以及進行施工準備設計，將起到極大作用。所以針對于三維激光掃描技術的發展，要不斷加大科技投入，擁有自主科技產權，促進三維激光掃描技術不斷進步。

[1]張啟福，孫現中，三維激光掃描測量方法與前景展望 [J].北京測繪，2011,11 (02):121-123.

[2]劉洪啟，劉永強，三維激光掃描技術在水利水電測繪中的應用 [J].中國科技成果，2009,11(03):152-153.

P2[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-146-1

張巍（1983～），男，本科，中級職稱，研究方向為工程測量。