三維激光掃描技術(shù)在測圖工作中的應(yīng)用

（江西省基礎(chǔ)測繪院 江西南昌 330001）

1 引言

伴隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，測繪技術(shù)也在不斷的更新和進(jìn)步。三維激光掃描技術(shù)是最近幾年進(jìn)入測繪領(lǐng)域的新技術(shù)，業(yè)界普遍認(rèn)為，是全球定位系統(tǒng)之后，又一項能給測繪技術(shù)帶來新的革命性的測繪方法。三維激光掃描技術(shù)設(shè)計初衷是用于快速建立物體的三維模型，并獲取三維數(shù)據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，由于它的非接觸、實時、動態(tài)、高密度的特性，已經(jīng)能很成熟的應(yīng)用于測繪工作之中。近幾年，三維激光掃描技術(shù)也已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在測繪的各個領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的地形測繪任務(wù)勞動周期長，勞動量大，無論在人力和物力方面都有很大的消耗。而如今的三維激光掃描技術(shù)大大改善了傳統(tǒng)測圖的缺點，減輕了外業(yè)作業(yè)人員的工作量，顯著的提高了地形圖測繪的自動化程度。

2 三維激光掃描儀工作原理

地面型三維激光掃描系統(tǒng)工作原理是∶三維激光掃描儀的發(fā)射器通過二極管發(fā)射近似紅外波長的安全激光束，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)棱鏡，射向目標(biāo)，對所測物體進(jìn)行立面掃描，然后通過探測器，接受反射回來的激光脈沖信號，并由記錄器記錄，最后轉(zhuǎn)換成能夠直接設(shè)別處理的數(shù)據(jù)信息，再通過相應(yīng)的軟件處理，實現(xiàn)實體模型輸出。見圖1。

圖1 地面激光掃描儀測量的基本原理

地面激光掃描儀系統(tǒng)由有幾個大的重要部件組成。其主要用途有∶地面三維激光掃描儀來采集三維點云數(shù)據(jù)、數(shù)碼相機(jī)采集實景紋理信息、后處理軟件對采集的點云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換、電源以及附屬設(shè)備等。見圖2。

圖2 地面激光掃描儀系統(tǒng)組成與坐標(biāo)系

3 與傳統(tǒng)測圖工作的比較

1.傳統(tǒng)測圖工作中，根據(jù)對儀器的使用、精度高低的要求和工期的要求，主要包括以下三種作業(yè)方法。1) 全野外數(shù)字化測圖的方法，在一些發(fā)達(dá)省份大都采用此類方法，該方法精度很高，但成本高、工期長。2) 全野外數(shù)字化測圖和數(shù)字?jǐn)z影測量相結(jié)合的方法，一些中部省份采用這種方法較多，它的優(yōu)點就是成圖時間不僅成本較低、速度較快，精度也能達(dá)到要求。3) 數(shù)字?jǐn)z影測量的方法，一些西部省份采用全數(shù)字航空攝影測量方法，這種方法雖能成本低、速度快，地物的精度能達(dá)到要求，但對于較大比例尺的成圖卻難以保證高精度。

2.在已往的地圖測量中，精度和工期總是不能兼顧。而三維激光掃描儀能夠解決測繪工作者的困擾。通過對獲取的三維云點數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，方便在電腦上進(jìn)行量測，而且三維激光掃描地圖測量的以下優(yōu)點∶1)數(shù)據(jù)采樣率高，采樣點速率達(dá)到數(shù)萬點/秒，是傳統(tǒng)測量方式難以比擬的。2)主動發(fā)射掃描光源，不受掃描環(huán)境的時間和空間約束。3)數(shù)字化采集,兼容性好，直接獲取的數(shù)字信號,易于后期處理及輸出。用戶界面友好的后處理軟件能夠與其它常用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及共享。

所以，使用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行測圖，將大大的提高測量的工作效率，對今后測繪領(lǐng)域測圖工作具有重要推進(jìn)作用。

4 實際測圖中的應(yīng)用流程

測區(qū)位于昌南某地，地形較全居民地覆蓋較密集。通過JXCORS 布設(shè)控制點。施測控制點時,流動站設(shè)置三角架,嚴(yán)格對中整平,天線高準(zhǔn)確量讀至毫米。每次觀測歷元數(shù)應(yīng)不少于20個，采樣間隔2秒-5秒；每次觀測時間不少于1分鐘(自動儲存點中采樣率設(shè)置為1秒時,觀測次數(shù)設(shè)置為60)。施測控制點時,每點至少進(jìn)行3次重復(fù)觀測,采用分時段觀測。兩次觀測成果較差小于4cm時,成果取中數(shù)使用,超限進(jìn)行返測。

1.外業(yè)點云采集。在單人作業(yè)情況下，測區(qū)面積約為25畝，外業(yè)設(shè)站時間為2.5個小時。和傳統(tǒng)的外業(yè)測量相比，人員可減少一半，時間上可減少3/5左右。

2.多測站掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入。見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

3.多測站掃描數(shù)據(jù)拼接。見圖4，圖5。

圖4 拼接精度

圖5 拼接好的部分俯視圖

4.數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。根據(jù)實際測量中觀測的JXCORS控制點，該測區(qū)共布設(shè)了六個均勻分布于測區(qū)的圖根控制點，通過已知點坐標(biāo)，把圖形轉(zhuǎn)換到正確的坐標(biāo)系統(tǒng)。

5.地形圖的繪制。通過已轉(zhuǎn)換到正確坐標(biāo)系的三維立體模型，提取它的特征點，轉(zhuǎn)繪為二維平面地形圖。見圖6。

圖6 地形圖截圖

5 結(jié)語

最近幾年，三維激光掃描技術(shù)不斷發(fā)展并日漸成熟，三維掃描設(shè)備也逐漸的被使用在測繪行業(yè)之中，三維激光掃描儀的巨大優(yōu)勢就在于可以快速掃描被測物體，不要直接接觸就可獲得高精度的點云數(shù)據(jù)。這就可以快速、準(zhǔn)確地對真實物體進(jìn)行三維建模和虛擬重現(xiàn)，而我們目前試驗的平面地形圖測繪，也只是三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的一個小部分。相信隨著儀器成本的降低,技術(shù)發(fā)展的更新,該技術(shù)會在以后的測繪工作其他領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用。

[1]王峰，林鴻，李長輝.地面三維激光掃描技術(shù)在城市測繪中的應(yīng)用[J].測繪通報，2012(5).

[2]馬利，謝孔振，白文斌，白建軍.地面三維激光掃描技術(shù)在道路工程測繪中的應(yīng)用[J].北京測繪，2011(2).

[3]曹璽，梁俊，王延洪，韓賢權(quán)，周玉紅.三維激光掃描技術(shù)在地形測繪成圖中的應(yīng)用[J].人民長江，2011(11).