基于地面三维激光扫描的精细地形测绘研究

基于地面三维激光扫描的精细地形测绘研究

马海瀚

新疆蓝天阳建设工程有限公司 乌鲁木齐， 830000

摘要：在我国经济迅速发展的背景下，人类进行经济活动的范围开始不断拓展。对于工程测量人员而言，若是使用传统测绘方式，在一些比较危险的地形条件开展测量工作比较困难。若是将基于地面三维激光扫描的精确地形测绘技术应用在危险地形上，不需要人工直接接触测量，降低了测绘工作的危险性，而且这种方式的测量数据精确度比较高。本文首先分析地面三维激光扫描技术的工作原理，其次探讨地面三维激光扫描技术的工作流程，以期对相关研究具有一定的参考价值。

关键词：地面三维激光扫描；精细地形测绘；研究

引言：将三维激光扫描技术和传统的工程测量方法进行比较可知，其具有更高的精确度、测绘方式更为灵活，可以快速测量危险地形区域的地貌情况，是我国目前测量行业中最为主要的测量方式之一，因此三维激光扫描精细地形测绘的技术研究，已经成为测量领域的热议话题之一。

1地面三维激光扫描技术的工作原理

从技术角度分析三维激光扫描测量系统可知，其是在激光测距型系统的基础上进行集成和升级后的版本，集成的内容主要涵盖系统内置的数码相机、测绘后的处理软件、电源和一些附属设备。地面三维激光扫描型测量仪主要包括激光发射仪器、测绘影像接收器以及计时器、彩色CCD相机等共同构成。

在实际测绘过程中，内置的激光脉冲型发射器会以变化周期为界限，向驱动型激光二极管发射测绘到的激光脉冲，脉冲在达到一定数量后，将会返回到接收透镜上，在该过程中，系统内置的计时器将会对激光往返时间开展测量，并根据微光传播的实际速度，计算测量点以及被测点的直线间距，运用激光将其发射到连续、不间断的发射脉冲之中，即能够对复杂地形区域测量点的具体位置进行精确计算，然后通过系统内置的电脑，依照预期设定好的算法对初始数据开展计算，从而更为高效、比较精准的获得测量区域地形分布情况。

2地面三维激光扫描精细地形测绘

2.1数据采集

在一些地形条件比较复杂的地区运用地面三维激光扫描技术开展测绘处理时，首要的工作任务即是数据采集工作。在测绘过程中，首先需要确保各个扫描站最后能够获取的数据信息可以代表测量位置的具体情况，其次，在保证测绘质量的基础上，需要尽可能降低测绘站的总数量，从而降低测绘数据量以及任务量。与此同时，在复杂区域开展测量工作时，应该对该位置的复杂地形进行拍照处理，为后续进行测绘数据处理以及绘制、修正地形图提供可参考依据。

为了确保测绘站定位的精准性，需要在测绘站开展扫描工作时，设置3个到4个测量点位，并对测量点开展精确的测绘处理。事实上，各个测量点和测绘基站的定位点已经搭建了测量基站测绘模型的基本骨架，可以对一些测量点的测绘数值实施进一步的印证^[1]。

2.2采集数据配准

在地面三维激光扫描技术中最为主要的测绘方式即是点测绘，为了确保其对复杂地形位置进行全面测绘后可以生成完整的测绘数据，操作人员应该在完成分站测绘后，将不同基站作为测绘起点，以不同角度开展测绘，检查测绘数据的精准性。因此在不同测绘基站进行测量工作时，为了能够实现数据的相互换算，应该在测量位置的中心地带，提前设置三个或是超过三个的交点标靶，若是确定该测量区域位于该测绘基站的监测范围内，又同时位于其他基站的监测范围内，两个基站即可以对比各自的测绘数据，通过进行换算，能够对该位置产生比较统一的地形测绘数据。

2.3提取和绘制地物、地貌数据

在运用地面三维激光扫描技术开展测量工作的过程中，由于主要测量工作的方式是点测量，其生成的初步测量图也是很多点共同构成的点云^[2]。测绘人员在观测点云图时，实际上相当于在观测一张分辨率比较差的图片，其仅能模糊的识别出大致轮廓，并不能够清晰观测到地物以及地貌的具体信息，因此在实际进行工程测量的过程中，在完成初步点的测绘工作后，工作人员需要利用图像后期处理技术对测绘图提取地物以及地貌情况。

一般情况下，地物以及地貌具有一定的特殊性以及复杂性，在进行后期处理后，需要处理测绘主体，从已经完成配置的测绘云数据中人工提取出地物特点以及地貌特征，比如说特殊地貌位置的最高点、最低点、具体起始位置、地物的屋角点位等。

2.4生成等高线

在使用地面三维激光扫描技术开展测绘时，由于激光扫描具有比较大的密度，对于高程位置的反应速度相对比较灵敏，若是直接运用三维激光扫描技术进行测量，测量点以及标准等高线的繁杂性比较高，而变化多端的地形条件也会造成等高线比较密集、出现比较多的相交点，因此测量主体需要对测绘过程中产生的等高线等数据信息实施后期处理，从而确保图像的实际应用性能。测绘人员需要将点云数据中的非地貌因素进行剔除处理，并依照具体的地形测绘要求调整其密度，最后在完成处理后，将最终数据直接导入到数字测绘软件中，即能够自行生成等高线。

2.5地形图编辑

在顺利处理好上述工序以后，工作人员可以将测量区域的地形图以及等高线图开展叠加处理，并需要将二者的测绘标准实施统一化，核对两个图样的中心定位位置。由于已经在处理两个图样的过程中剔除了部分等高线数据，在综合后可能会出现等高线缺失或者等高线存在扭曲、不光滑的现象，基于这种情况下，数据处理人员应该依照初始测量的云数据开展人工修补工作，并根据缺失位置，找回或特殊标注原始数据，从而使最终测绘图表处于相对完整、比较光滑的状态，再加上与之对应的高程标记后，即能够生成完整的图廊^[3]。

3基于地面三维激光扫描下精细地形测绘的工作流程

3.1扫描前准备工作

首先工作人员需要确定需要进行地形测绘的项目，在充分了解项目情况以及测绘任务后，应该开展现场勘测工作，并将勘测的基本情况详细记录下来并进行存档处理，可以为后期开展现场扫描做好准备工作。在勘测时，工作人员不仅需要记录数字内容，还需要拍摄一些图片或是录像，其次，在选取扫描仪器时，应依照勘测的具体情况，综合分析各种影响因素，防止存在不必要的测绘类误差。

3.2现场扫描工作

工作人员需要提前在测量位置上设置一些扫描点，并在扫描点上埋设一些混凝土标石，等待其沉降后检查标石不再出现变形后，即可以开展扫描测量处理。为提升扫描测量的精准度，扫描人员应该选择一个最佳扫描距离以及最佳扫描角度，防止扫描结果受到外界各种环境因素的干扰。若是在扫描时，温度差异比较大，容易影响扫描结果，为了避免温差变化影响扫描数据的精准度，测绘人员应尽量在常温环境内进行扫描。与此同时，应该在扫描之前，将扫描仪固定在一个位置，防止受到风力影响扫描仪出现晃动影响测绘结果。

3.3内业数据处理和绘制地形图

在将扫描的数据进行导入处理时，操作人员应该尽量压缩信息数据，防止一次性全部导入数据，对计算机的实际运行速度产生不良影响，甚至可能会降低计算机处理数据的实际效率^[4]。导入人员在压缩数据时，主要涵盖两种方式，一种是简化数据内容，一种是使用压缩算法处理数据，在完成数据处理后，即能够按照测绘数据绘制地形图，在标注地名时应使用地区现用法定名称进行标记。

结论：地面三维激光地形测绘技术，是现代化非接触型测量的重要技术之一，将其应用在测量工作，不但能够有效提升测绘工作的效率以及实际质量，而且可以协助测绘人员对地形复杂、恶劣环境位置进行测绘处理，有助于促进测绘行业的高质量发展。

参考文献：

[1]刘远征，文武，钱学智.基于地面三维激光扫描下精细地形测绘的分析[J].工程技术研究，2018(06):135-136.

[2]吴桥军，李永超.基于地面三维激光扫描的精细地形测绘研究[J].资源信息与工程，2016，31(06):103-104.

[3]刘伟.地面三维激光扫描工作原理及其在精细地形测绘中的应用[J].绿色环保建材，2016(09):102.

[4]刘春伟.基于地面三维激光扫描的精细地形测绘研究[J].信息化建设，2015(11):392.