基于地面三维激光扫描的精细地形测绘研究

段通

摘 要：为了打破常规测绘方式的局限性，因此应加强对相应扫描技术的研究，并利用合理的测量手段，精确、真实的展现出被测地区的实际情况。与此同时，在确保地形测绘工程效率的基础上，引入地面三维激光扫描技术，可以有效提升地形测绘工程的安全性。因此，测量人员应从地面三维激光扫描仪器的原理入手，对实际的操作流程进行探究，确保地形测绘工程的精确度。

关键词：地面三维激光;精细化;地形测绘;测量技术

产生测量误差的来源主要有仪器误差、反射误差以及目标物体的位置误差等，为了提高距离测量数据的精确程度，应加强各方面影响因素的管控。在确保测绘操作环节整体效果的前提下，选择误差较小的扫描仪器，并发挥仪器自身的结构优势。

1.三维激光扫描技术

1.1三维激光扫描技术的分类

按照三维激光扫描仪器的距离检测原理，可以将此项技术分为脉冲式、相位式以及光学三角式等三大类;按照整体的系统架构进行划分，可以将三维激光扫描仪器分为移动式以及固定式两种类型。

1.2工作原理简述

1.2.1脉冲式三维激光扫描仪

脉冲进行测距的操作原理，主要是利用仪器所发出激光脉冲信号，将其射向棱镜之后，再利用反光作用，将承载目标物的相关信号进行反射，最终由探测仪器进行接收。当探测仪器接收到有效信号之后，可以自动将其输入计算仪器当中，并核算出发射与接收阶段所产生的时间差异，以及扫描仪器与目标物质之间的间距。

1.2.2相位式三维激光扫描仪

相位测距是采用激光扫描仪器发出频率相同的两列光波介质，并在传播的过程中对其波长以及幅度进行调整，再通过对信号之间的相位差的计算过程，测算扫描仪器与目标物质之间的距离。其操作过程主要是利用光的干涉，因此需要保持两列光束介质的频率相同。如图1所示。

1.2.3光学三角式三维激光扫描仪

此类扫描仪器主要是利用三角形的几何特点，对目标物质以及扫描仪器之间的距离进行计算，并通过有效的激光信号，将目标物质的各项信息进行传输，并发射到棱镜表面，再利用CCD相机，对激光信号以及反射的夹角进行记录。

1.3数据处理流程

如图2所示。

2.通过地面三维激光扫描实验来实现精细的地形测绘

2.1外业数据采集过程

2.1.1标靶扫描质量

在开展外业数据采集工作之前，应安排专业人员对周围的环境进行考察，并明确扫描仪器的具体查位置，再确定标靶的安装情况。为了确保扫描后期能够在最大程度上获取相关的数据信息，因此应确保数据信息与实际的检查区域情况相符合，为数据的准确性提供保障。在开展扫描工作的同时，应对测量区域的地形、环境等元素进行拍照，并降低检测站的数量以及原始的数据信息汇总量，从而进一步降低地形数据的编制难度，有助于提升后期数据信息处理工作的效率，为数据的真实性提供保障。当阶段性的测站扫描工程彻底完成之后，还需要对标靶的位置进行精确的扫描，确保标靶位置不会由于受到外界因素影响而产生位移现象。

2.1.2中心点位置扫描

在扫描的过程中控制内部的标靶区域点，并将标靶点当做扫描的标识，之后再对中心点位置所在的周围区域进行扫描。工作人员可以利用无反射功能的全站仪，并精确的测量标靶的中心位置，再将此项技术运用在三维坐标的测定环节当中，通过分析标靶的分布情况，判定测站坐标的配置精确度，减少由于狭长形状的出现对测量结果产生的影响。不仅如此，还需要保障标靶与扫描仪之间的距离适当，避免由于距离较近而产生的坐标转换误差，从而影响中心点识别过程中的精确程度。

2.2点云的数据配准环节

2.2.1坐标体系的建立

利用地面三维激光扫描仪开展工作时，其获取的数据信息缺少完整性，为了得到更加精确的三维数据信息，因此应从不同的位置角度出发，并利用不同的扫描形式，获取相应的扫描数据以及原点位置，并将此类数据信息移至到整体的坐标体系当中。另外，不同的扫描点的位置需要利用标靶来控制，并将获得的点位置信息及时的融入坐标体系内。

2.2.2配准形式划分

根据配准环节的具体情况，可以将配准方式划分为相对方式以及绝对方式。相对方式是将扫描的测站作为设置坐标体系的基础，并把其余的坐標信息转化到整体的坐标系统内，从而促进扫描工作的正常开展。当利用相对方式开展扫描工作时，工作人员可以立足于不同的标靶位置之间，并结合有效的数据信息，实现坐标的统一，之后再进行统筹管理。当连续性的数据传递站点数量较多时，难以避免误差情况的出现。绝对方式是将扫描仪器与常规的测量结果有机结合，并通过全站式的测量仪器来提升测量结果的精准程度，从而获取最终的标靶位置。

2.3地物的提取以及绘制

地物的提取是精细化地测绘工程的关键环节，因此可以利用手工提取的方式，提取配准完成的点云数据。除此之外，还可以利用地面三维激光扫描仪器进行扫描处理，并及时的解决软件处理过程中的数据提取问题。工作人员在操作云视图的环节当中，也可以利用手动的方式，对相应物品进行数据提取，便于后期工序明确物品自身的特征信息，再利用合理的整理技术，将提取的数据信息整合成为固定格式，并传输至相应的文本中进行储存。

2.4对地貌数据的获取

利用地面三维激光扫描仪器的相关技术，对即将被测量的空间进行扫描，并汇总有效的数据信息。其中包含的主要内容有：地表上方的林木分布信息、等高线信息等。在生成有效的等高线信息的同时，应及时将部分无效的云数据进行删除。此过程可以采用Trimble的RealWorksSurvey软件以及Leica的Cyclone软件来执行，并辅以人工操作，将地貌信息之外的数据进行清除。

3.结语

在地形测绘工程的发展过程中，加强对地面三维激光扫描技术的使用，可以有效改善传统技术使用过程中的不足，并结合先进的技术操作理念，提升测量工作的效率与质量，实现精细化的地形测量绘制模式。因此，测量人员应结合现阶段的三维激光扫描仪器的功能特性，对测量技术进行创新，并摒弃传统的技术与方法，在最大程度上降低外界环境因素对测量结果的影响，从而达到减少误差的目的。

（云南建投第一勘察设计有限公司  云南  昆明  650102）