三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用

蔡昊 董政

摘 要：航道測繪中的航道地形測量，是保障船舶安全航行的重要基礎性工作。三維激光掃描測繪技術作為一項新興測繪技術，有其獨特的優勢，將其應用在航道測繪引起了航道測繪工作人員及研究人員的重視。在實際應用中，如何有效的應用三維激光掃描儀實施航道地形測量以及提升技術應用的有效性和可靠性，則成為當前技術應用中主要面臨的問題。文章針對三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用，進行簡要的分析研究。

關鍵詞：三維激光掃描儀 航道地形 測量應用 技術分析

航道地形測量中三維激光掃描儀技術的應用，為近年來一種新興的應用技術。分析在航道地形測量中，如何確保三維激光掃描儀技術應用的合格性，同時確保航行中的安全性，則引起了廣泛的關注。筆者簡要分析三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用，以盼能為相關項目測量中三維激光掃描儀技術的應用提供參考。

1.三維激光掃描儀的作業運行原理分析

三維激光掃描儀在實際應用中，作業原理主要表現為：通過硬件設備的數據掃描采集，結合軟件的數據分析處理，進行最終的結果分析和評估。其中在具體的設備運行中，主要的作業流程分為三部分：測量數據采集、數據預處理、幾何模型構建及數據輸出。

1.1測量數據采集

數據處理及測量的前提為數據的采集，以及數據庫的建立 ，三維激光掃描儀在實際運行中測量數據采集，為首道作業工序。具體實施中測量數據的采集和應用，主要通過三維激光掃描設備，進行區域范圍內的數據掃描及采集。通過數據采集為后期的數據模型建立完善的數據庫，同時降低后期模型建立中的誤差性，提升模型建立的準確性和效率性，保障后期測量數據分析結果的準確性。

1.2數據預處理

前期數據采集中涉及的數據量較多，數據分類較為復雜，因此為提升后期技術應用中的精準性，落實數據的預處理也為技術應用中的主要作業流程。具體實施中數據預處理，主要基于點云數據的濾波處理，電源數據的分割處理，以及各站點間數據的配準及拼接處理進行落實。以此確保數據在后期分類，統計，分析應用中的效率性，并且減少因不良數據存在，造成分析周期過長，產生的技術應用效率降低的現象。

1.3幾何模型構建及數據輸出

采集數據預處理完成后進行幾何模型的構建，為后期的相關數據應用及決策提供參考。具體在幾何模型的建立中，主要的作業流程為：三維數據模型建立，缺陷數據的完善處理，模型優化，以及對比性優化操作。幾何模型初步建立完成后，為保障后期技術應用的有效性和準確性，技術人員應針對建立的三維模型進行數字化的優化處理，確保模型結構間突出對比性，同時簡化模型結構，實現三維數據模型的可視化和精準化應用，如圖1所示。

2.三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用要點分析

三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用，為一類新型的地形測量應用技術。筆者基于實際案例，分析三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用效果。

2.1項目介紹

A航道地形測量項目中為一項河道航道的地形測量項目，測量作業實施中兩河岸及水域，呈現為長條形東西延伸河道。地表監測點區域，存在部分農業種植地，以及少量的樹木和灌木叢。測量前期根據測量區域的地理特征現狀及水文現狀，測量單位已進行了測量掃描點的設計，以及測量設備的安裝布置。

2.2數據采集硬件儀器

外業儀器應用中所選用的數據采集設備，主要通過三維激光掃描儀進行掃描獲取。本項目中數據采集作業中，所采用的硬件儀器設備為HDS8800三維激光掃描儀，實際應用中該設備具備操作便捷，掃描距離長，適應性強，掃描數據精度高的優勢。同時由于設備數據采集中具備良好的渲染功能，因此掃描采集中的照片，以及點云數據的精度都較高，且掃描數據的完整性也較高，對于后期的測量作業精度提升效果顯著。

2.3數據處理軟件

數據預處理中本項目中所采用的軟件為徠卡Cyclone數據處理軟件，其在實際應用中結合HDS8800硬件進行數據的采集及處理，有效的實現了數據采集及處理的高效性，同時在數據處理的過程中，該軟件能夠通過數字模擬計算的方式，進行相關缺陷數據的快速優化和處理，并且能夠根據操作人員的需求，生成相關測量曲線圖，網格圖。另外在具備網絡環境下的測量作業中，系統測量數據能夠實現共享應用，對于技術應用中的安全性，以及遠程操作的實現奠定了良好的基礎。

2.4數據處理

三維激光掃描儀在實際作業中由于掃描精度較高，同時受限于掃描環境現狀，為保障后期采集數據應用的完善性和準確性，進行相關掃描數據的濾波處理，去噪處理，也為重要的處理程序。其中過濾處理主要針對掃描中出現的行人，車輛，以及超范圍數據進行處理，同時針對多圖融合間的銜接角度，銜接點進行優化處理，最終生成數據精準，包含數據全面的精確測量圖。

2.5數據分析及評估

數據預處理完成及三維模型構建完成后，為進一步確認技術的實際應用效果，以及技術應用中的精準性。落實數據的分析及評估，則為技術應用中的主要優化措施及作業程序。具體實施中，關于數據的分析及評估，通常結合測量區域的原始數據進行比對分析，針對其中的誤差，進行及時的糾正和處理。最終達到完善測量地形圖，完善測量數據，提升測量數據應用質量，保障測量數據應用效果的目的。

3.三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用注意事項分析

3.1重視基礎硬件的更新及維護

三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用，宏觀分析整體的作業效率較高，作業精確性良好，因此在實際應用中也獲得了應用人員的廣泛認可。但同時由于技術應用中，對于硬件設備的要求較高，因此在實際應用中落實基礎硬件的更新及維護，也為技術應用中的主要注意事項。從當前三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用現狀方面，以及其設備的作業運行流程方面分析，關于其基礎硬件的更新及維護作業落實，主要從設備的處理器，運行內存，以及存儲空間升級更新方面，進行設備的基礎維護操作和保養。避免因硬件性能較差，造成的系統運行異常，以及數據處理緩慢等不良現象。

3.2注重基礎硬件掃描的選擇

受限于測量區域的地表植被，以及灌木叢現狀，三維激光掃描儀設備在實際應用中，易出現掃描漏洞，掃描缺陷，以及高程精度誤差的現象。因此基于實際的測量現狀方面分析，三維激光掃描儀在具體應用中，為保障相關檢測作業實施的有效性和準確性。落實掃描測量作業中的儀器設備合理選擇，則為技術應用中的重要注意事項。具體實施中如測量區域的植被較高，且數量較多，測量單位在實際作業中可選用全站儀進行測量作業的實施。

3.3加強設備國產化的研發和應用

三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用，整體的技術應用效果較為良好，為相關航行作業的安全保障，以及相關水文模型的建立奠定了良好的基礎。但同時分析由于目前三維激光掃描儀的設備應用成本較高，因此后期在技術的推廣應用中，行業研究機構及科研部門，還應加強相關硬件及處理軟件的國產化研發。實際發展中通過國產化的技術研發和應用，最終達到降低技術應用成本，提升技術實際應用質量的目的。

分析當前三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用，整體的技術應用效果較為良好，但從具體的應用細節方面分析，由于技術應用中的測量掃描數據較多，同時由于其技術應用中的外界干擾因素較多。因此在實際應用中加強技術應用中的硬件維護更新，落實軟件的國產化研發，以及對應掃描裝置的選擇，則為技術應用中的主要方向和策略。以此合理的提升技術的實際應用效果，同時合理的降低因技術應用不到位造成的測量誤差等不良現象。

參考文獻：

[1]周鵬，趙松.三維激光掃描儀在地形測量中的一體化應用[J].科技創新導報，2015，12（11）：58.

[2]申建國.三維激光掃描儀在地形測量中的應用[J].儀器儀表標準化與計量，2018（02）： 46-48.

[3]李裕聰.三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用[J].中國水運，2016（08）： 40-42.