三維激光掃描技術在大比例尺地形圖測繪中的一些應用

牛井義

（安徽省煤田地質局物探測量隊，安徽 宿州 234000）

在開展地形圖測繪當中，全站儀以及GPS等技術手段有著普遍的應用，而且經過多年發展，這些測繪技術已經非常成熟，具有很強的實用性，但是在野外應用的過程當中，需要工作人員投入大量的勞動力，測繪效率不是很高，而且常常受到地形因素的影響，在一些復雜地形以及危險區域，工作人員很難到達，對于數據獲取造成很大影響[1]。三維激光掃描技術有其獨特的特點，技術優勢比較突出，該項技術有效克服了傳統測量方式存在的不足，測量時不需要直接接觸物體，測量精度高，而且具有較高的測量效率，將激光束發射到測量對象之后，能夠快速及時的對測量對象展開測量，并快速的獲得其三維坐標，并在處理這些數據的同時進行建模，行成測量區域三維虛擬模擬與數字地形圖，不僅使信息量的獲取大幅提升，更保證了測量精度。

1 三維激光掃描系統的構成及工作原理

（1）三維激光掃描系統的構成。在進行測量過程中，掃描系統的控制主要通電供系統來實現，組成了三維激光掃描系統的主要結構，在掃描系統中其構成主要是掃描系統以及測距系統，掃描儀的正常作業主要有控制系統來實現，如測量工作開展時進行點云數據獲取，將測站以及后視定向數據輸入其中，并科學合理的對掃描參數進行設置，對掃描區域進行合理劃分。電源是三維激光掃描系統開展測量工作的重要基礎，保證此項技術的順利開展。

（2）三維激光掃描系統的工作原理。三維激光掃描技術的原理主要為：激光脈沖信號經掃描儀發射器發出之后，并在物體表面進行漫反射，并在相同路徑下，通過相反方向向接收器進行傳回，這樣能夠有效的計算P點和S點，同時合理的控制編碼器，測量不同的激光脈沖，實現橫縱向方面的測量，a與β是掃描角度中的測量值，如圖1所示。

圖1 三維激光掃描儀坐標計算原理（公式1）

上述P點坐標通過相應的計算獲得，為設備自定義坐標系，掃描儀測距激光發射器幾何中心為坐標原點，橫向掃描中有x軸分布，和其垂直的為橫向掃描面內的Y軸，z軸是該設備的主要豎軸，橫向掃描面與之呈現垂直狀態，實際應用過程中，應當將坐標系進行統一，并合理的轉換相應的點云數據，開展外業數據采集過程當中，將架站點以及后視點在其中輸入，在設備內便可有效的轉換儀器坐標。

2 點云數據的采集與處理

（1）點云數據采集。將某礦區作為研究對象，對相關數據進行測量采集，區內具有復雜的地形特點，缺少地物。針對測區開展掃描測量過程當中，利用三維激光掃描技術來完成，測站點坐標通過雙頻接收機進行測定，具體流程如下。①準備工作。對勘查區進行實地調查，合理的設置測站點，并按照相關順序合理掃描，測站點坐標通過GNss測量獲得。②設站。將三維激光掃描儀設置在控制點上，同時進行對中整平，將電源接通，將儀器自檢作用發揮出來。③網絡設置與連接。完成檢查后，利用網線有效的鏈接計算機以及掃描儀，開啟Cyclone軟件，對工程項目以及測區數據庫進行創建，網絡連接，依照Scanner Connect進行執行。④掃描設置。合理的對主距的精度以及范圍進行設置，并設置各類型的標靶和后視定向。⑤點云數據獲取。根據SCAN命令要求，便能對點云數據進行獲取。

（2）點云數據處理。通過Cydone軟件來有效處理點云數據，針對這些點云數據實施相應分平滑去噪，同時進行匹配拼接，通過系統開展有效處理，生成地形圖。①平滑去噪。采集數據過程中，由于設備方面因素影響以及工作者的技術水平，測量物體的表面質量和環境原因等相關因素影響，造成點云數據都有一定的噪聲點存在，所以要對這些點云數據開展有效的平滑與降噪工作。②匹配拼接。受地形和視角等影響，為了更好的獲取三維地面信息，需要進行多視點和多測量點掃描工作，同時在獲取點云數據過程中，坐標的確定主要是基于此儀器坐標系統下完成，并將坐標系進行有效統一，對系統點云數據進行整合，包括拼接點云，拼接標靶，拼接控制點。

3 數據建模及地形圖繪制

在確保精度基礎上，通過cyclone軟件抽稀處理海量的點云數據，將地物點數據以及道路和建筑物等，進行二維圖形編制，植被過濾后的地形點數據，依照成圖比例尺，對點距過濾合理的進行選擇，并進行三維數據模型生成，在此前提下，通過等高設置，進行等高線生成，在CASS軟件中開展相應的編輯處理，并直接導入圖形，進行輸出便可，此時也可對地物和高程點數據進行直接提取，導出時通過TXT格式來完成，并進行DAT格式的CASS坐標文件轉化，編輯成圖過程中通過CASS軟件來實現。

4 結語

通過研究發現，在大比例尺地形圖測繪過程當中，應用三維激光掃描技術，發揮著非常大的作用，能夠更好的保證測量精度，可以更加快速的對高精度三維數據進行獲取，尤其是工作人員難以抵達的區域，利用該項技術優勢更加明顯。為了進一步推進大比例尺地形圖測繪過程當中三維激光掃描技術的應用。今后在此方面應當進一步加強相應的研究工作，進而促進三維激光掃描技術的有效應用，推動相關工作的順利開展。