基于地面三維激光掃描的精細地形測繪

張明娟

【摘? 要】本文首先介紹了地面三維激光掃描儀工作原理，分析了在地面三維激光掃描的精細地形測繪中存在的問題，并結合相關實踐經驗，分別從外業數據采集等多個角度與方面，探討了基于地面三維激光掃描的精細地形測繪相關方法。

【關鍵詞】地形測繪;地面三維激光掃描;方法應用;控制應用

引言

隨著經濟社會的持續快速發展，地面三維激光掃描技術迎來了前所未有的重大發展機遇，如何采取有效方法與策略，全面提升地面三維激光掃描技術的應用成效，促進精細地形測繪質量提升，備受測繪行業關注。本文就此展開了探討。

1.地面三維激光掃描儀工作原理

地面三維激光掃描技術是現代測繪行業的常用技術方法之一，是全面優化提升地形測繪實際效能，改進地形測繪綜合評價方法的重要技術手段，在當今測繪領域扮演著不可替代的關鍵角色。地面三維激光掃描技術主要有賴于特定掃描儀的主要作用，在處理器、分析軟件、電源等設備要素的協同作用下，對地形數據信息進行掃描、搜集、分析、處理與存儲，形成系統化、全面化、立體化的地形測繪數據模型，為相關行業的推進與實施提供基礎性依據與參考。地面三維激光掃描儀包括了掃描系統、校準系統以及激光測距系統等，上述不同系統構成要素，在掃描儀中發揮著不同作用，在測繪數據信息分析與處理中的效用差異顯著，共同構建形成了高效穩定、精細準確的測繪技術系統方法（如圖1所示）。隨著現代地形測繪實踐工作要求的不斷提高，三維激光掃描技術的應用優勢愈發突出，測繪效率更高，可在更短的時間跨度范圍內，完成更多數量的地形掃描任務，既適用于相對陡峭的山脈，也適用于開闊平坦的平原[1]。

2.在地面三維激光掃描的精細地形測繪中存在的問題

2.1測繪數據處理相關軟件匹配性不足

在地面三維激光掃描中，需要運用相關數據處理軟件對測繪數據進行統籌分析與整理，以獲取最為可靠與全面的測繪數據信息，形成地形測繪數據模型。縱觀當前測繪數據處理相關軟件系統，普遍存在著匹配性不足，分析處理實際應用價值相對缺失等共性問題，阻礙著測繪數據處理效率的優化提升，不利于獲得最為客觀的精細地形測繪數據信息。由于測繪數據處理軟件匹配性不足，無法在特定范圍內實現測繪數據信息的互聯互通互享，難以實現測繪數據的縱向與橫向對比。

2.2三維激光掃描的智能性不足，采集數據不完整

隨著現代智能控制技術的快速發展，地面三維激光掃描技術的智能化趨勢開始凸現出來。基于智能化特征與優勢，三維激光掃描技術的綜合價值大大提升，使精細地形測繪的現實意義更加重要。實踐表明，部分三維激光掃描技術的智能化水平不足，在數據采集等方面的完整性遠遠不夠，時常造成測繪數據信息缺失等問題，甚至部分關鍵核心測繪數據不完整，與當前高強度、快節奏、高要求的精細地形測繪需求不相適應。

2.3三維激光掃描技術人員綜合技能不足

基于地面三維激光掃描技術的精細地形測繪工作對相關技術人員的綜合技能提出了更高要求，使測繪技術人員的專業理論知識與實操技能面臨著嚴峻挑戰。從當前三維激光掃描技術的應用實際來看，部分技術人員對地形測繪技術的基礎理論掌握不牢固，對地面三維激光掃描儀的操作不甚熟練，質量意識與責任意識淡化，在地形測繪中的事前分析、事中控制與事后反饋方面存在短板，難以對測繪數據不準確問題做出科學規范處理，必須給予高度重視。

3.基于地面三維激光掃描的精細地形測繪研究

3.1外業數據采集

外業數據采集是精細地形測繪的關鍵步驟之一，在三維激光掃描技術應用中始終處于基礎性地位。在此環節，應首先對目標測繪地形進行觀察，獲知周邊環境的相關數據，為后續各項步驟的順利有序推進提供基礎性依據。可適當壓縮測站數量以及原始的數據量，提高各個數據模塊之間的銜接性與邏輯性，并對相對特殊的地形區域進行特殊處理。其次，對每個不同測站進行全面掃描，通過精細化掃描方式提高地形掃描質量，將相應的標靶中心點位置進行嚴格控制，最大限度上縮減數據誤差，優化處理標靶分布。合理控制標靶和地面三維激光掃描儀之間的跨度數據，防止跨度過大或過小而導致的數據失真失準。

3.2點云數據配準

在當前技術條件下，地面三維激光掃描獲取相應地形數據信息通常需要將整個過程細化分解為多個不同階段，通過控制各個測繪階段與掃描過程之間的銜接性，來實現對整個測繪過程的質量控制。由于不同測繪階段與掃描過程之間會存在匹配誤差，數據信息的邏輯與銜接存在特定不足，因此應通過點云數據配準，對缺失數據信息進行補充完整，對失真信息進行校準，保持地形測繪數據接受過程的連續性與穩定性。應建立基于地形測繪體系的三維激光掃描坐標體系，在掃描區域控制相關坐標點，實現對點云數據的高效配準。隨著現代地形測繪理論的日趨細化，點云數據配準的實施形式被逐漸細分為相對方式和絕對方式等兩種類型。前者將某掃描站坐標作為基礎，將其他坐標系統進行轉換，確保不同坐標之間的匹配性效果，優化控制連續傳遞站點的數量，具有高效穩定、數據來源可靠等現實優點;后者則實現了地面三維激光掃描儀與普通測繪技術的有機融合，將所有標靶坐標均作為目標測量對象，通過其他測繪儀器的使用，確保地形測繪數據的準確性，可在特定坐標系范圍內縮小地形測繪誤差。

3.3地物提取及繪制

在地物提取及繪制環節，應根據地面三維激光掃描儀器的實際操作要求，對地形地貌區域與測繪數據信息進行匹配，形成相應的地物提取對象。在此過程中，應積極運用現代智能化的地物提取及繪制手段，搭建基于計算機技術的地物提取平臺，靈活運用自動方式和手工方式對地物信息進行綜合處理，明確不同類型地物的外在特征，將其整理成固定格式發送到文本當中。

3.4獲取地貌數據

獲取地貌數據的過程即是形成精細地形測繪成果的過程。在此過程中，應強化測繪技術人員的專業技能，從系統性的專業理論知識出發，強化地貌數據獲取與處理的具體實操技能，生成地形等高線，對不可靠的偽數據進行精準剔除，包括Cyclone等軟件在內多種軟件系統均可高質高效地完成地貌數據獲取任務。

4.結語

綜上所述，受三維激光掃描技術模式等方面要素的影響，當前精細地形測繪中依舊存在諸多薄弱環節，阻礙著測繪事業的持續健康穩定發展，有關人員應緊跟當前地面三維激光掃描技術的關鍵應用優勢，創新精細地形掃描實施模式。

參考文獻：

[1]張發攀，李向陽，胡悅，等.三維激光掃描技術在地質災害調查、形變監測和早期識別方面的研究[J].測繪與空間地理信息（下旬刊），2019（01）：115.

（作者單位：青海省基礎測繪院）