激光掃描儀在地形測(cè)量上的應(yīng)用

趙 明，關(guān) 鑫，常春超（松遼水利委員會(huì)水文局黑龍江上游水文水資源中心，黑龍江黑河6400）

激光掃描儀在地形測(cè)量上的應(yīng)用

趙 明1，關(guān) 鑫2，常春超3
（松遼水利委員會(huì)水文局黑龍江上游水文水資源中心，黑龍江黑河164300）

三維激光掃描儀代替?zhèn)鹘y(tǒng)RTK碎步測(cè)量地形，具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣、測(cè)量時(shí)間短等特點(diǎn)，已成為地形測(cè)量方面的有效手段。文中以某地區(qū)實(shí)地地形測(cè)量為例，介紹三維激光掃描儀的操作、性能以及后期處理，同時(shí)體現(xiàn)其在地形測(cè)量方面的應(yīng)用價(jià)值。

三維激光掃描儀；地形測(cè)量；操作；拼接；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

1 儀器簡(jiǎn)介

三維激光掃描儀可安在三腳架上，進(jìn)行地形測(cè)量；也可安裝于測(cè)船或者飛行器上，但是，測(cè)量后的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)橫搖縱搖校準(zhǔn)后方可使用。

1.1 儀器操作

三維激光掃描儀通過(guò)自帶觸屏控制面板即可設(shè)置參數(shù)，控制掃描范圍，亦可用iphone或PDA進(jìn)行遠(yuǎn)距離的遙控操作，將全部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在設(shè)備自帶的存儲(chǔ)卡內(nèi)。

當(dāng)外業(yè)測(cè)量結(jié)束后，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析計(jì)算。使用儀器自帶的Riscan Pro軟件，即可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、精拼接、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、植被剔除和數(shù)據(jù)輸出等處理。

1.2 儀器性能

以Rigel VZ-6000三維激光掃描儀為例，它擁有獨(dú)一無(wú)二的全波形回波技術(shù)、實(shí)時(shí)全波形數(shù)字化處理技術(shù)和在線波形分析技術(shù)，數(shù)據(jù)獲取速度高達(dá)30萬(wàn)點(diǎn)/秒，提供高達(dá)0.000 5度的角分辨率，這種高精度超高速激光測(cè)距擁有可同時(shí)探測(cè)到多重乃至無(wú)窮多重目標(biāo)的細(xì)節(jié)信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是傳統(tǒng)單次回波反應(yīng)單一物體技術(shù)所無(wú)法比擬的。

三維激光掃描儀自帶的電池可持續(xù)供電10 h，亦可自帶電瓶保持供電；機(jī)身自帶溫度傳感器，當(dāng)溫度超出-5℃至50℃范圍時(shí)，儀器會(huì)發(fā)出警告；機(jī)身鏡面不能有劃痕，否則會(huì)影響激光發(fā)射，從而產(chǎn)生誤差。

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1 測(cè)區(qū)測(cè)量

1）測(cè)量人員三名，使用Rigel VZ-6000三維激光掃描儀（測(cè)量半徑6 km），從早晨8點(diǎn)至中午10點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量（因測(cè)區(qū)內(nèi)樹木較多，所以加密測(cè)量），用時(shí)2 h，沿河右岸順勢(shì)設(shè)立6站，測(cè)量沿岸以及對(duì)岸地勢(shì)，測(cè)量范圍3.24 km×1.25 km。

2）測(cè)站分布圖。沿河道兩岸高山設(shè)立站點(diǎn)，測(cè)區(qū)內(nèi)地形較為復(fù)雜，對(duì)掃描盲區(qū)需要進(jìn)行加密測(cè)量。

2.2 測(cè)站拼接

1）粗拼。拼接主要以標(biāo)靶片拼接為主，用RTK對(duì)標(biāo)靶片位置進(jìn)行打點(diǎn)，獲得標(biāo)靶片高程及坐標(biāo)，每站共計(jì)四個(gè)標(biāo)靶片，拼接時(shí)匹配上三個(gè)標(biāo)靶片后，掃描該站的點(diǎn)云坐標(biāo)系，即變?yōu)榕cRTK的坐標(biāo)系相同。每站重復(fù)操作，當(dāng)全部匹配結(jié)束后，每站的點(diǎn)云已基本重合，這時(shí)粗拼已經(jīng)完成，為了更進(jìn)一步的消除誤差，接下來(lái)要進(jìn)行精拼。

2）精拼。粗拼結(jié)束后，有些測(cè)站兩站復(fù)合的程度不符合要求，有明顯分層，所以必須進(jìn)行精拼。精拼的原理是在一定范圍內(nèi)尋找各站的共同平面，所以在精拼時(shí)，盡量選擇相鄰的測(cè)站，這樣能夠保證兩站的共同平面足夠多，以確保拼接精度。

2.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換屬于數(shù)據(jù)處理的重要部分，這關(guān)系到數(shù)據(jù)的精度，同時(shí)也是對(duì)野外測(cè)量設(shè)站、標(biāo)靶片布置和RTK精度的檢驗(yàn)。

2.4 植被剔除

全部點(diǎn)云經(jīng)過(guò)精拼接后，可將各站數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，生成Polydata，然后根據(jù)需要，選取測(cè)區(qū)范圍，再利用軟件內(nèi)植被剔除鍵對(duì)非真實(shí)地面點(diǎn)進(jìn)行處理，可以將非真實(shí)地面點(diǎn)單獨(dú)生成Polydata，來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)內(nèi)點(diǎn)云是否處理干凈。植被剔除只是根據(jù)軟件的算法對(duì)非真實(shí)地面點(diǎn)進(jìn)行處理，所以難免會(huì)留下殘余，因此在植被剔除時(shí)，必須人工來(lái)輔助選取非真實(shí)地面點(diǎn)。

2.5 數(shù)據(jù)輸出

植被剔除過(guò)后，對(duì)剩余點(diǎn)云通過(guò)設(shè)置選取地表最低點(diǎn)，從而保證點(diǎn)云盡可能的是地表點(diǎn)，對(duì)模型進(jìn)行平滑、噪點(diǎn)刪除、刪除尖狀物等操作，使得模型圓滑無(wú)突出點(diǎn)。

3 地形圖繪制

三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)繪制的地形圖要比RTK點(diǎn)繪制的詳細(xì)得多，會(huì)把測(cè)區(qū)內(nèi)地勢(shì)稍高一些山體全部繪制出來(lái)，所以在生成地形圖后，可以將不必要的山體去掉，來(lái)保證地形圖的可觀性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，三維激光掃描儀較適用于地表植被密度不高的區(qū)域，測(cè)量范圍內(nèi)暗角的區(qū)域要進(jìn)行加密測(cè)量，來(lái)保證地形圖的準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)后處理中需注意坐標(biāo)準(zhǔn)確性和植被的手動(dòng)剔除。三維激光掃描儀較適用于地形測(cè)量，為我們提供了可靠的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，開啟了對(duì)地形測(cè)量方面的新思路。

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2016-06-20