基于地面三維激光掃描的精細地形測繪研究

段通

摘 要：為了打破常規測繪方式的局限性，因此應加強對相應掃描技術的研究，并利用合理的測量手段，精確、真實的展現出被測地區的實際情況。與此同時，在確保地形測繪工程效率的基礎上，引入地面三維激光掃描技術，可以有效提升地形測繪工程的安全性。因此，測量人員應從地面三維激光掃描儀器的原理入手，對實際的操作流程進行探究，確保地形測繪工程的精確度。

關鍵詞：地面三維激光;精細化;地形測繪;測量技術

產生測量誤差的來源主要有儀器誤差、反射誤差以及目標物體的位置誤差等，為了提高距離測量數據的精確程度，應加強各方面影響因素的管控。在確保測繪操作環節整體效果的前提下，選擇誤差較小的掃描儀器，并發揮儀器自身的結構優勢。

1.三維激光掃描技術

1.1三維激光掃描技術的分類

按照三維激光掃描儀器的距離檢測原理，可以將此項技術分為脈沖式、相位式以及光學三角式等三大類;按照整體的系統架構進行劃分，可以將三維激光掃描儀器分為移動式以及固定式兩種類型。

1.2工作原理簡述

1.2.1脈沖式三維激光掃描儀

脈沖進行測距的操作原理，主要是利用儀器所發出激光脈沖信號，將其射向棱鏡之后，再利用反光作用，將承載目標物的相關信號進行反射，最終由探測儀器進行接收。當探測儀器接收到有效信號之后，可以自動將其輸入計算儀器當中，并核算出發射與接收階段所產生的時間差異，以及掃描儀器與目標物質之間的間距。

1.2.2相位式三維激光掃描儀

相位測距是采用激光掃描儀器發出頻率相同的兩列光波介質，并在傳播的過程中對其波長以及幅度進行調整，再通過對信號之間的相位差的計算過程，測算掃描儀器與目標物質之間的距離。其操作過程主要是利用光的干涉，因此需要保持兩列光束介質的頻率相同。如圖1所示。

1.2.3光學三角式三維激光掃描儀

此類掃描儀器主要是利用三角形的幾何特點，對目標物質以及掃描儀器之間的距離進行計算，并通過有效的激光信號，將目標物質的各項信息進行傳輸，并發射到棱鏡表面，再利用CCD相機，對激光信號以及反射的夾角進行記錄。

1.3數據處理流程

如圖2所示。

2.通過地面三維激光掃描實驗來實現精細的地形測繪

2.1外業數據采集過程

2.1.1標靶掃描質量

在開展外業數據采集工作之前，應安排專業人員對周圍的環境進行考察，并明確掃描儀器的具體查位置，再確定標靶的安裝情況。為了確保掃描后期能夠在最大程度上獲取相關的數據信息，因此應確保數據信息與實際的檢查區域情況相符合，為數據的準確性提供保障。在開展掃描工作的同時，應對測量區域的地形、環境等元素進行拍照，并降低檢測站的數量以及原始的數據信息匯總量，從而進一步降低地形數據的編制難度，有助于提升后期數據信息處理工作的效率，為數據的真實性提供保障。當階段性的測站掃描工程徹底完成之后，還需要對標靶的位置進行精確的掃描，確保標靶位置不會由于受到外界因素影響而產生位移現象。

2.1.2中心點位置掃描

在掃描的過程中控制內部的標靶區域點，并將標靶點當做掃描的標識，之后再對中心點位置所在的周圍區域進行掃描。工作人員可以利用無反射功能的全站儀，并精確的測量標靶的中心位置，再將此項技術運用在三維坐標的測定環節當中，通過分析標靶的分布情況，判定測站坐標的配置精確度，減少由于狹長形狀的出現對測量結果產生的影響。不僅如此，還需要保障標靶與掃描儀之間的距離適當，避免由于距離較近而產生的坐標轉換誤差，從而影響中心點識別過程中的精確程度。

2.2點云的數據配準環節

2.2.1坐標體系的建立

利用地面三維激光掃描儀開展工作時，其獲取的數據信息缺少完整性，為了得到更加精確的三維數據信息，因此應從不同的位置角度出發，并利用不同的掃描形式，獲取相應的掃描數據以及原點位置，并將此類數據信息移至到整體的坐標體系當中。另外，不同的掃描點的位置需要利用標靶來控制，并將獲得的點位置信息及時的融入坐標體系內。

2.2.2配準形式劃分

根據配準環節的具體情況，可以將配準方式劃分為相對方式以及絕對方式。相對方式是將掃描的測站作為設置坐標體系的基礎，并把其余的坐標信息轉化到整體的坐標系統內，從而促進掃描工作的正常開展。當利用相對方式開展掃描工作時，工作人員可以立足于不同的標靶位置之間，并結合有效的數據信息，實現坐標的統一，之后再進行統籌管理。當連續性的數據傳遞站點數量較多時，難以避免誤差情況的出現。絕對方式是將掃描儀器與常規的測量結果有機結合，并通過全站式的測量儀器來提升測量結果的精準程度，從而獲取最終的標靶位置。

2.3地物的提取以及繪制

地物的提取是精細化地測繪工程的關鍵環節，因此可以利用手工提取的方式，提取配準完成的點云數據。除此之外，還可以利用地面三維激光掃描儀器進行掃描處理，并及時的解決軟件處理過程中的數據提取問題。工作人員在操作云視圖的環節當中，也可以利用手動的方式，對相應物品進行數據提取，便于后期工序明確物品自身的特征信息，再利用合理的整理技術，將提取的數據信息整合成為固定格式，并傳輸至相應的文本中進行儲存。

2.4對地貌數據的獲取

利用地面三維激光掃描儀器的相關技術，對即將被測量的空間進行掃描，并匯總有效的數據信息。其中包含的主要內容有：地表上方的林木分布信息、等高線信息等。在生成有效的等高線信息的同時，應及時將部分無效的云數據進行刪除。此過程可以采用Trimble的RealWorksSurvey軟件以及Leica的Cyclone軟件來執行，并輔以人工操作，將地貌信息之外的數據進行清除。

3.結語

在地形測繪工程的發展過程中，加強對地面三維激光掃描技術的使用，可以有效改善傳統技術使用過程中的不足，并結合先進的技術操作理念，提升測量工作的效率與質量，實現精細化的地形測量繪制模式。因此，測量人員應結合現階段的三維激光掃描儀器的功能特性，對測量技術進行創新，并摒棄傳統的技術與方法，在最大程度上降低外界環境因素對測量結果的影響，從而達到減少誤差的目的。

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