三維激光掃描技術(shù)在水利水電測繪中的實際運用

■張巍 林浩

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 吉林長春 131100）

三維激光掃描技術(shù)在水利水電測繪中的實際運用

■張巍 林浩

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 吉林長春 131100）

三維激光掃描技術(shù)具有高效率、高精度的獨特優(yōu)勢，其在水利水電測繪中具有重要作用。三維激光掃描技術(shù)是以現(xiàn)代高精度傳感技術(shù)的幫助下，利用全自動高精度立體掃描技術(shù)，實現(xiàn)整體三維結(jié)構(gòu)和空間三維特征進行三維建模。采用三維激光掃描技術(shù)能夠進行精確勘測，從而保證水利水電工程建設(shè)在選址和前期測繪的順利開展，也為水利水電工程的建設(shè)打下堅實的基礎(chǔ)。三維激光掃描技術(shù)在水利水電測繪中的應(yīng)用，主要通過掃描物體表面的三維點云數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)與近景進行對比，從而保證施工建設(shè)相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取。[關(guān)鍵詞]三維激光掃描技術(shù)地形測量高精度分辨

0 前言

三維激光掃描技術(shù)是一種全自動高精度立體掃描技術(shù)，自動化程度極高，這對于完成水利水電測繪具有重要意義。三維激光掃描技術(shù)目前在水利水電工程當(dāng)中的應(yīng)用主要針對于斜坡穩(wěn)定性的研究、高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查、水利樞紐的地形地貌三維數(shù)據(jù)采集，以及CAD設(shè)計和動作制作等方面。三維激光掃描技術(shù)具有采樣速度快、精度和分辨率高的優(yōu)點。因此，為了讓三維激光掃描技術(shù)更好的服務(wù)于我國水利水電工程建設(shè)當(dāng)中，如何將三維激光掃描技術(shù)更好的應(yīng)用于水利水電測繪中，解決目前三維激光掃描技術(shù)較為落后的現(xiàn)況，已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的問題。

1 三維激光掃描技術(shù)概述

三維激光掃描技術(shù)（3D Laser Scanning Technology）是一種先進的全自動高精度立體掃描技術(shù)，其主要針對方面是對測繪工程當(dāng)中三維建模與重構(gòu)。三維激光掃描技術(shù)能夠進行高效的采集三維點，在復(fù)雜的地形當(dāng)中進行實地掃描，將其中大型的以及不規(guī)模的實景以三維數(shù)據(jù)進行整合，構(gòu)造出人們可以參考的三維點云模型。

三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用得益于三維激光掃描系統(tǒng)，它是由激光發(fā)射器、接收器、激光自適應(yīng)聚焦控制單元、光路調(diào)節(jié)裝置、光機自動傳感裝置以及后續(xù)處理用的計算機等構(gòu)成。三維激光掃描系統(tǒng)通過獲取測試目標(biāo)的三維坐標(biāo)信息，從測距、角位移、掃描和定向四個方面來完成最終的三維激光掃描工作。

2 三維激光掃描技術(shù)發(fā)展概況及主要特點

三維激光掃描系統(tǒng)的出現(xiàn)來源于20世紀(jì)90年代美國俄亥俄州立大學(xué)制圖中心開發(fā)的GPS Van，GPS Van是一個可以自動采集數(shù)字影像的陸地測量系統(tǒng)。之后由加拿大卡爾加里大學(xué)和GEOFIT公司為高速公路測量而開發(fā)了VISTA系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，日本東京大學(xué)1999年進行了固定激光掃描系統(tǒng)的開發(fā)，取得了良好效果。

三維激光掃描技術(shù)具有測量距離遠(yuǎn)、采樣點速率高、點定位精度高、無接觸測量、掃描目標(biāo)可直接獲取三維點云數(shù)據(jù)、兼容性好等特點。這對于三維激光掃描技術(shù)在測繪當(dāng)中的應(yīng)用具有廣泛性，同時其高性能和高效率的優(yōu)點也讓三維激光掃描技術(shù)很快應(yīng)用于水利水電工程或其他勘測工程當(dāng)中，得到了廣泛應(yīng)用和迅猛發(fā)展。

3 三維激光掃描技術(shù)在水利水電測繪中的實際運用

3.1 三維激光掃描技術(shù)工作原理

三維激光掃描技術(shù)在水利水電測繪當(dāng)中，為了獲取被測目標(biāo)的三維坐標(biāo)信息，將分為測距、角位移、掃描和定向四個步驟進行工作，之后進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)整理，完成最終的測繪工作。

3.2 三維激光掃描技術(shù)在測距時，主要采用三角法、脈沖法和相位法三種方法

測距時會根據(jù)實際情況進行相應(yīng)的方法選擇，三角測距法是借助三角形的幾何關(guān)系，一般適用于測量近距離。脈沖測距法通過對發(fā)射和接收激光脈沖信號時間來測量距離，其測量距離較遠(yuǎn)。相位測量法則是通過測量調(diào)制光信號，并不適用于水利水電工程測繪。一般來說，水利水電測繪主要采用脈沖法。三維激光掃描技術(shù)的測角方法主要采用角位移測量法和線位移測量法。角位移測量法適用于掃描儀的運行時由步進電機驅(qū)動的，根據(jù)距角和步數(shù)獲取角位移。線位移測量法主要適用于掃描系統(tǒng)由激光發(fā)射器、直角棱鏡和CCD元件組成，根據(jù)激光束形成線性掃描區(qū)域，獲取角度值。

三維激光掃描技術(shù)通過系統(tǒng)反饋的相關(guān)數(shù)據(jù)，形成三維模型，從而對施工區(qū)域進行技術(shù)分析和判斷，最終確定相應(yīng)的技術(shù)施工手段。

3.3 溫泉水電站測繪實例

溫泉水電站處于峽谷段，地形較為復(fù)雜，現(xiàn)擬在水電站建筑百米高壩，對此，首先要對溫泉水電站進行實際測繪。被測區(qū)屬于高山峽谷地帶，地形陡峭，采用三維激光掃描技術(shù)時，需要選取合適角度，并按照一定比例進行整體模塊建設(shè)控制。

對溫泉水電站進行測距時，主要采取脈沖法，將三維激光掃描技術(shù)處于一定距離，范圍控制在可測范圍內(nèi)。之后選取一定角度，采用線性位移法進行角度測量，獲取地形、地貌、影像模型，從而通過反饋數(shù)據(jù)進行建模工作。

4 三維激光掃描技術(shù)在水利水電測繪中發(fā)展趨勢

三維激光掃描技術(shù)是測繪科學(xué)的領(lǐng)先產(chǎn)品，隨著它投入使用當(dāng)中，已經(jīng)發(fā)揮出了強大的動力和推動力。三維激光掃描技術(shù)具有高自動化、高效率、高精度測量的特點，日后在水利水電測繪中將得到巨大的發(fā)展。三維激光掃描技術(shù)在水利水電測繪中，未來的發(fā)展趨勢將有以下幾個方面：

第一，三維激光掃描技術(shù)將加大科學(xué)技術(shù)投入，增強產(chǎn)品的科技性，日后的三維激光掃描技術(shù)將具備更加強大的功能。

第二，點云數(shù)據(jù)處理軟件的供用化和多功能化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及數(shù)據(jù)處理，更好的服務(wù)于水利水電工程建設(shè)。

第三，進一步擴大掃描范圍，滿足日后水利水電工程的復(fù)雜化和現(xiàn)代化特征。

第四，與其他測繪設(shè)備聯(lián)合測量，保證測繪的準(zhǔn)確和精度，推動水利水電工程測繪工作的發(fā)展和進步。

5 結(jié)束語

三維激光掃描技術(shù)能夠?qū)Φ匦螖?shù)據(jù)采集以及高精度的測繪，將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于水利水電測繪當(dāng)中，是完全可行的，這對于水利水電工程的發(fā)展將具有重要意義。通過三維激光掃描技術(shù)建立空間三維模型，分析地貌地形特征，以及進行施工準(zhǔn)備設(shè)計，將起到極大作用。所以針對于三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展，要不斷加大科技投入，擁有自主科技產(chǎn)權(quán)，促進三維激光掃描技術(shù)不斷進步。

[1]張啟福，孫現(xiàn)中，三維激光掃描測量方法與前景展望 [J].北京測繪，2011,11 (02):121-123.

[2]劉洪啟，劉永強，三維激光掃描技術(shù)在水利水電測繪中的應(yīng)用 [J].中國科技成果，2009,11(03):152-153.

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-11-146-1

張?。?983～），男，本科，中級職稱，研究方向為工程測量。