試論三維激光掃描技術在水利工程地形測繪中的應用

萇潔玉

摘 要：國家提高了對洪澇災害的重視程度，在各地興修水利工程，以抵擋洪水的侵襲。本文簡要介紹了三維激光掃描技術，重點闡述了三維激光掃描技術在水利工程地形測繪中的應用，希望對我國水利工程質量的提高有所幫助。

關鍵詞：三維激光;掃描技術;水利工程;地形測繪

引言：如今，我國的科學技術正在迅猛發展，研制出了許多先進的儀器設備，對經濟的發展能夠產生巨大的推動力。三維激光掃描技術是經GPS技術興起后的另一新興技術，被廣泛應用于建筑工程中，尤其在水利工程地形測繪中發揮著重要的作用。

1.三維激光掃描技術概述

三維激光掃描技術也被稱為實景復制技術，是興起于20世紀90年代的現代化技術，為建筑工程提供了諸多便利。簡單來說，三維激光掃描技術就是將掃描空間的地形、地貌等特征復制在電腦中，形成該空間的地圖，以供人們應用。三維激光掃描技術主要依賴于三維激光掃描儀，三維激光掃描儀是由激光測距儀、高清攝像機、反光棱鏡等構成，激光測距儀通過激光的反射能夠測量掃描儀與掃描物體的之間的距離，通過數據信息的反饋，將每一個掃描點繪制在坐標抽中，形成該物體的地圖輪廓。如今，三維激光掃描技術被廣泛應用于建筑工程、災害估測、室內設計等許多領域，這一技術的興起對人民群眾的生產生活具有重大意義。

三維激光掃描技術的使用方式多種多樣，主要的使用方式有機載式、車載式、背包式、搬站式等，不管測繪工作多么復雜、繁瑣，都能獲得很好的完成效果。機載式是將三維激光掃描儀安裝在飛機上，在飛機的飛行過程中進行掃描，這種方式主要運用于大面積的掃描任務，投入的資金相對較高。車載式是將三維激光掃描儀安裝在汽車上，在汽車行駛過程中進行掃描，這種方式主要運用于地形地勢較為平坦的地區，測繪該地區的交通情況。背包式是將掃描儀安裝在背包上，由專業的測繪人員背著裝有掃描儀的背包按照指定路線前行，一般用于地勢比較崎嶇的地區。搬站式是建筑工程中常用的方式，通過地形地勢的分析，選擇一個可以掃描全景的地點，在這個地點上安裝掃描儀就能獲得該區域全面的測繪結果。

三維激光掃描技術相比于傳統的掃描技術具有很多優勢，是科技發展情況下的必然。首先，三維激光掃描技術不受時間和空間的限制，采取自動化的模式，提高了掃描工作的效率。其次，三維技術能夠在不接觸被測物的情況下直接掃描，而且獲得的掃描數據準確性極高。最后，三維技術可以與GPS技術結合使用，使掃描技術兼具兩者的優勢，能夠實現信息互補，有利于測繪結果更加精確，避免數據偏差。

2.三維激光掃描技術在水利工程地形測繪中的應用分析

2.1確定站點區域

三維激光掃描技術應用于水利工程時，往往采取搬站式的工作模式。這種工作模式需要先確定掃描儀的擺放地點才能進行掃描工作，所以站點的選擇至關重要，如果站點選擇不科學會導致水利工程的數據不全面，難以通過測繪形成該水利工程的地圖。測繪人員應對水利工程的現場進行勘察，記錄勘查數據，通過精密的計算確定所有站點的位置。站點應選擇在地勢較高、視野開闊的區域，架設點下方的地形地勢應平整，避免掃描儀不平穩導致數據出現誤差，甚者造成掃描儀從高處掉落，影響掃描儀性能的發揮。

2.2開始進行掃描

站點確定后，測繪人員需要將站點的地下區域整平，將三維激光掃描儀放置在站點上。放置完畢后，將掃描儀開機，選擇室外作業模式，然后設置掃描儀的分辨率，分辨率越高點云數據越精準，也需要花費更長的時間，將所有的參數設置完畢后就可以開始掃描工作。由于有些水利工程所在地的地形、地勢非常復雜，使用三維激光掃描儀得出的數據可能會出現不準確或者不完整的情況，所以掃描儀的操作員需要對局部地區進行精準掃描，與司尺員配合使用標靶進行定點補充測量，確保掃描數據的準確性與完整性[1]。在掃描時，測繪人員應提高警惕，掃描儀與水利工程之間不能有人活動，儀器旁不能有干擾因素，能夠避免外界因素對掃描數據產生影響。掃描儀放射出的激光會對人的眼睛造成損害，所以測繪人員應與掃描儀保持安全距離，待掃描完畢后再靠近掃描儀。

2.3分析處理數據

首先，掃描工作完成后需要對掃描數據進行處理，由于水利工程需要架設許多站點，獲得的數據信息也有很多，因此測繪人員應將數據從掃描儀中導出，根據站點位置對數據進行編號，一個站點的信息編輯到一個文件夾中，并對有關文檔加以說明，有利于后續的數據處理工作順利進行。其次，因為數據信息龐大，處理起來比較困難，所以測繪人員可以使用專業的測繪軟件，在軟件中，該掃描儀的掃描區域輪廓成形，而且能夠根據區域的特性顯示出不同的顏色。測繪人員應將顏色鮮明的點連接起來進行標記，將這一數據信息分離出來，建立單獨的文件夾進行保存。最后，根據站點的地理位置，使用測繪軟件，將每一個區域數據信息中的點連接起來，形成水利工程的整體輪廓。測繪軟件的智能化程度非常高，在發現點云數據之間出現明顯的錯位時，自動選擇其他的靶球進行拼接，能夠減少數據不準確對工程測繪的影響。

2.4完成工程地圖

生成地形圖的具體步驟如下：第一步要利用RiSCANPRO軟件將處理完成的數據以dxf格式文件導出，第二步利用CASS軟件打開文件實現測量特征數據的補充測量并編輯，第三步是生成地形圖并以dwg格式保存[2]。由于三維激光掃描儀中安裝了具有高清晰特點的攝像機，能夠將繪制出的地圖變成彩色，而且與水利工程的顏色趨于一致。

2.5檢驗地圖偏差

三維激光掃描技術雖然得到了很大的發展，但是由于操作人員的工作失誤或者外界因素的干擾，測繪出的數據仍有可能出現偏差，不能滿足水利工程的國家標準。測繪人員應秉承認真負責的工作態度，在測繪過程中采用規范的操作流程和操作方法，對測繪結果進行全方位的審查，確保水利工程驗收合格。

結束語：綜上所述，水利工程的建設地點大多處于比較偏僻的位置，地形地勢起伏較大，使用傳統的測繪技術不能滿足工程的建設需要。三維激光測繪技術應用方便，通過電腦軟件能夠實現自動化和智能化，不僅掃描速度快、數據信息準確，而且減少了人工成本的支出，有利于提高我國水利工程的建設效率。

參考文獻：

[1]煙雷剛，煙靜紅.三維激光掃描技術在水利工程地形測繪中的實踐應用[J].科技經濟導刊，2018，26（12）：12-13..

[2]劉曉芳，田蘭芬.三維激光掃描技術在水利工程地形測繪中的應用[J].科技創新與應用，2017（27）：141+143.