三維激光掃描技術(shù)在土地整治中的應用

馬友利 張海峰

摘 要：近幾年，三維激光掃描技術(shù)不斷發(fā)展，這項技術(shù)在測繪地理信息領(lǐng)域得到了較為廣泛的應用。對該項目三維激光掃描技術(shù)在土地整治測繪中的應用和數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)三維激光掃描技術(shù)有較強的數(shù)據(jù)處理功能，該項技術(shù)在土地整治測繪中大大提升了測量的工作效率，節(jié)約了大量的人力物力，也極大地提高了測量的精度。

關(guān)鍵詞：掃描技術(shù)；土地整治；常規(guī)測量

中圖分類號：TD88；P234.4 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）23-0026-02

Application of Three-dimensional Laser Scanning

Technology in Land Remediation

MA Youli1 ZHANG Haifeng2

（1.Jilin Haoyuan Agroforestry Planning and Design Co.， Ltd.，Changchun Jilin 130032；2.Jilin Yunxin Surveying and Mapping Technology Co.， Ltd.，Changchun Jilin 130030）

Abstract： In recent years， 3D laser scanning technology has been developing. This technology has been widely applied in the field of surveying and mapping geographic information. Through the application of the three-dimensional laser scanning technology in the project and the analysis of the data results， it is found that the three-dimensional laser scanning technology has the characteristics that the conventional measurement technology， such as the strong data processing function. This technology greatly improves the work efficiency of surveying， saves a lot of manpower and material resources， and also greatly improves the accuracy of surveying.

Keywords： scanning technology；land remediation；routine survey

我國傳統(tǒng)地形圖測繪主要是采用GPS-RTK等技術(shù)，這些技術(shù)已使用了多年，技術(shù)已經(jīng)相對成熟。當然，這些常規(guī)技術(shù)中仍然有很多問題，即便可以大比例測圖，但是效率低下，在測繪過程中需要大量的人力、物力，對于項目周期短、任務急的項目則沒有明顯優(yōu)勢[1]。近年來，三維激光掃描技術(shù)不斷發(fā)展，其應用也更加廣泛，三維激光掃描技術(shù)的最大優(yōu)勢在于可以快速掃描目標或者地物，不需傳統(tǒng)人員跑尺，即可快速準確地獲得高精度的點云數(shù)據(jù)。通過高精度的點云數(shù)據(jù)，可以對真實世界進行三維建模或者虛擬重現(xiàn)。因此，三維激光掃描技術(shù)或者點云數(shù)據(jù)處理已經(jīng)成為目前測繪地理信息行業(yè)研究的熱點，該技術(shù)主要應用在文物保護、道橋測量、建筑測量、地形測量、數(shù)字城市化及城鄉(xiāng)規(guī)劃建設等領(lǐng)域。

土地整治規(guī)劃設計階段的原始數(shù)據(jù)采集很重要，而數(shù)據(jù)的采集離不開測量，快速采集土地整治項目規(guī)劃設計階段的基礎數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)的精度是非常重要的。筆者就三維激光掃描技術(shù)在土地整治中數(shù)據(jù)采集的應用進行研究。

1 土地整治及測繪內(nèi)容

土地整治主要通過生物或者其他工程措施，對不合理、低效、未利用，以及生產(chǎn)建設中或由于自然災害毀壞的土地進行整治，主要目的是提高土地利用效率，另外可以盤活存量土地，進行強化節(jié)約集約用地，提升土地產(chǎn)能。在我國將土地整治與農(nóng)村發(fā)展，特別是與新農(nóng)村建設相結(jié)合，是保障發(fā)展、保護耕地、統(tǒng)籌城鄉(xiāng)土地配置的重大戰(zhàn)略。為了更好地使土地整治項目能實現(xiàn)田、路、水、林、村的有效結(jié)合，在規(guī)劃設計方面進行基礎測繪數(shù)據(jù)采集非常必要，而且很重要。

土地整治項目中的道路數(shù)據(jù)采集，主要采集該項目區(qū)內(nèi)農(nóng)村道路，包括村村通的硬化路和長期交通形成的鄉(xiāng)村土路等。測繪內(nèi)容還包括河流、溝渠、電線桿、地貌、道路涵洞等特征點，進行坐標和高程測定，并繪制地形圖和橫縱斷面圖。

2 項目區(qū)概況

吉林省扶余市地質(zhì)構(gòu)造屬亞洲東部第二沉降帶中的松遼沉降區(qū)，在地質(zhì)過程和外營力作用下，形成東高西低以河間臺地為主的地貌，臺地周圍沿江河有河谷平原，并有陡坎與臺地相接。扶余地處平原區(qū)，無崇山峻嶺，僅有丘崗土山。扶余市受新構(gòu)造運動的影響，周圍江河水流下蝕切割，形成高出河床20～80m的河間臺地。本區(qū)位于松遼平原之松嫩平原的東南部，形成東高西低以河間臺地為主的地貌，臺地周圍沿江河有河谷平原，工程區(qū)所在地總體地勢平緩，呈微波狀起伏。

3 主要技術(shù)方法

在該項目中，很多環(huán)境惡劣的地方用常規(guī)測量方法無法完成測量。此時，三維激光掃描儀可以發(fā)揮自己的作用，不用人親自到測量點去，直接進行掃描便可以獲得大量的點云數(shù)據(jù)。

3.1 主要工作步驟

3.1.1 規(guī)劃作業(yè)路線。①測線布置。三維激光掃描儀最大測程2 000m，最小測程2.5m，以不大于測程的一半為半徑進行線路規(guī)劃，并根據(jù)實際地形情況以及垂直掃描范圍對測站進行調(diào)整，保證測站間有足夠重疊，避免漏測。②測站編號。以相鄰測站連線為基線進行測線編號，分別按測線間和測線內(nèi)進行編號。測線間編號，以“C”開頭和阿拉伯數(shù)字組合形式進行編號，C1、C2……；測線內(nèi)編號，以兩位阿拉伯數(shù)字進行編號，01、02……。

3.1.2 參數(shù)設置。①根據(jù)需要設定掃描模式。②設定掃描范圍，垂直掃描范圍（一般為30°～130°）。

3.1.3 測站點、標識點坐標采集。通過GPS-RTK采集測站點及標靶點坐標值，按圖根點要求進行采集，采集過程中采用平滑方式處理，每點采集不少于3次，取各點平均值作為最終值，為后續(xù)絕對坐標轉(zhuǎn)換提供基準數(shù)據(jù)。

3.1.4 記錄參數(shù)。根據(jù)掃描的對象與應用的不同，在野外數(shù)據(jù)采集時，現(xiàn)場一定要記錄好其他外部相關(guān)參數(shù)。比如：當掃描儀架設在控制點上時，要記錄掃描儀的高及所架設站點點名，最好畫一個草圖。當沒有控制點時，需要利用其余設備GPS-RTK獲取測站點的坐標。

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理主要包括測站拼接、匹配坐標、抽稀、剔除植被、輸出成果。①測站拼接：主要通過直接地理定位法、GNSS聯(lián)測法、自由設站法和后視法來完成。②匹配坐標：主要包括初始化轉(zhuǎn)換矩陣、導入坐標文件（將測量坐標導入軟件內(nèi)，為坐標匹配提供基準數(shù)據(jù)）、選擇標識點（靶點）、修改參數(shù)、連接工程（將坐標和測站數(shù)據(jù)進行連接，已完成匹配作業(yè)和檢查匹配精度（拼接、匹配完成后檢查拼接和匹配精度，以核實是否有誤）等步驟。③抽?。喝S激光掃描儀形成點云數(shù)據(jù)量大，利于數(shù)據(jù)建模，但過多的點不利于地形圖成圖，為便于顯示和數(shù)據(jù)應用，通過掃描儀隨機軟件對點云進行抽稀處理。④剔除植被：外業(yè)掃描過程中地表會存在很多植被，如草地、林地、旱地等，有些點云存在于植被之上，需要對這部分點云數(shù)據(jù)進行植被的剔除，還原真實地表。通過掃描儀隨機軟件自帶功能，對該部分點云進行植被剔除。⑤輸出成果：上述工序完成后，對數(shù)據(jù)進行成果輸出，轉(zhuǎn)入地形圖、現(xiàn)狀圖編輯工作。

4 質(zhì)量檢查與分析

圖根控制測量采用GPS-RTK方法進行坐標檢核。檢查方法：利用GPS-RTK方法在圖根點上實測，記錄檢查坐標并與原測圖根點坐標進行對比。

采用GPS-RTK設站檢測10幅圖，檢測地物點54個，粗差點1個，占檢測點數(shù)的0.2%，檢測中誤差為±9.9cm；檢測高程注記點61個，粗差點1個，占檢測點數(shù)的0.2%，檢測中誤差為8.2cm。外業(yè)檢測精度統(tǒng)計見表1。

5 結(jié)語

近幾年，三維激光掃描技術(shù)不斷發(fā)展，這項技術(shù)在測繪地理信息領(lǐng)域得到了較為廣泛的應用。通過三維激光掃描技術(shù)的使用，發(fā)現(xiàn)三維激光掃描技術(shù)有較強的數(shù)據(jù)處理功能，其在土地整治測繪中的應用大大提升了測量的工作效率，節(jié)約了大量的人力物力，也極大提高了測量的精準度。當然，三維激光掃描技術(shù)也存在一些問題，需要其他常規(guī)儀器進行完善。相信隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)會在測繪領(lǐng)域占有一席之地。

參考文獻：

[1]林國慶.基于地面三維激光掃描儀的危巖體建模研究[J].現(xiàn)代測繪，2016（2）：12-14.