簡(jiǎn)析三維激光掃描技術(shù)在地形地質(zhì)測(cè)量中的應(yīng)用

馬龍

（中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100024）

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)在進(jìn)行辦證地質(zhì)測(cè)量的過(guò)程中都存在著很多各種各樣的弊端，而這些問(wèn)題已經(jīng)對(duì)測(cè)量工作效率的提升產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。而三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，從根本上促進(jìn)年了地形地質(zhì)測(cè)量工作效率的進(jìn)一步提高。本文主要是就三維激光掃描技術(shù)在地形地質(zhì)測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描系統(tǒng)；測(cè)量；應(yīng)用

引言：三維激光掃描技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)取得了極為顯著的成效。這一技術(shù)與傳統(tǒng)的測(cè)量方式相比較而言，其最大的特點(diǎn)就是測(cè)量精確率和工作效率相對(duì)較高，同時(shí)在實(shí)施地形地質(zhì)測(cè)量過(guò)程中，還具有設(shè)置靈活、掃描速度快等各方面的特點(diǎn)。隨著這一技術(shù)的不斷發(fā)展，大多數(shù)測(cè)量技術(shù)人員已經(jīng)將其作為解決實(shí)際測(cè)量工作中所出現(xiàn)的問(wèn)題的主要方式，從根本上促進(jìn)了我國(guó)地址地形測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的不斷提高。

1、三維激光掃描技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 掃描硬件技術(shù)

1）掃描速度。掃描速度的不斷提高，不僅有效的縮短了數(shù)據(jù)采集所需要的時(shí)間，促進(jìn)了測(cè)量工作效率的不斷提高，同時(shí)也為野外數(shù)據(jù)采集的安全性奠定了良好的基礎(chǔ)。2）掃描結(jié)構(gòu)。將原本分體式的掃描結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧墒降膾呙璺绞?。這種掃描方式在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中具有分辨率高、操作方便等特點(diǎn)。3）視場(chǎng)角。由原本幾十度的視角逐步的發(fā)展為全景掃描，全景掃描方式，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中有效的促進(jìn)了測(cè)量工作效率和精確度的進(jìn)一步提高。4）精確度。不僅可以進(jìn)行細(xì)微掃描點(diǎn)的測(cè)量，同時(shí)也有效的滿足了不同領(lǐng)域的測(cè)量數(shù)據(jù)精度要求。

1.2 軟件技術(shù)

1）處理量。隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，大多數(shù)功能相對(duì)較強(qiáng)的掃描軟件都可以進(jìn)行十幾億點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)。掃描軟件性能的不斷提高，為人們實(shí)現(xiàn)精細(xì)化數(shù)據(jù)掃描奠定了良好的基礎(chǔ)。2）功能齊全?，F(xiàn)階段所采用的掃描技術(shù)已經(jīng)在社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。隨著掃描技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)測(cè)繪、文物保護(hù)。工業(yè)設(shè)計(jì)以及地質(zhì)研究中的廣泛應(yīng)用，不僅為掃描技術(shù)的進(jìn)一步改革和創(chuàng)新奠定了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也有效的促進(jìn)了數(shù)據(jù)測(cè)量精確度和測(cè)量效率的不斷提高。

2、三維激光掃描測(cè)量技術(shù)的原理和工作流程

2.1 三維激光掃描測(cè)量技術(shù)原理

三維激光掃描儀根據(jù)掃描平臺(tái)的不同而主要有根機(jī)載激光掃描系統(tǒng)、便攜式激光掃描系統(tǒng)以及地面型激光掃描系統(tǒng)幾種形式。比如，日常測(cè)量過(guò)程中應(yīng)用較為廣泛的地面型三維激光掃描系統(tǒng)，其實(shí)際的工作原理為：三維激光掃描系統(tǒng)理由脈沖發(fā)射器將脈沖信號(hào)發(fā)射至物體的表面。此時(shí)物體表面在將脈沖信號(hào)漫反射之后，使脈沖信號(hào)按照同樣的路徑返回至信號(hào)接收器，從而完成精確計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)與掃描儀之間距離的目的。另外，每一個(gè)激光脈沖所產(chǎn)生的橫向掃描角度觀測(cè)值和縱向掃描角度觀測(cè)值都可以理由精密時(shí)鐘編碼器進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。

2.2 三維激光掃描測(cè)量技術(shù)工作流程

三維激光掃描的工作過(guò)程主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、幾何模型重建、模型可視化、成果輸出等幾部分組成。在這其中數(shù)據(jù)采集所發(fā)揮的作用是為模型的重新構(gòu)建提供精確的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而達(dá)到有效降低模型重建復(fù)雜程度，促進(jìn)模型精確度和運(yùn)算速度的目的；而數(shù)據(jù)預(yù)處理則主要是進(jìn)行所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)的過(guò)濾。分割以及拼接，達(dá)到進(jìn)一步縮減點(diǎn)云數(shù)據(jù)內(nèi)容的目的；在模型重建的過(guò)程中，必須確保所有重建內(nèi)容的運(yùn)用必須確保模型重建后模型達(dá)到殘缺數(shù)據(jù)處理效率進(jìn)一步提高的目的。三維掃描技術(shù)所獲取的地形或者復(fù)雜幾何圖形、影像數(shù)據(jù)等信息，是一種非接觸式獲取信息數(shù)據(jù)的測(cè)量方式，在取得相關(guān)信息數(shù)據(jù)之后，再理由軟件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)和影響的處理，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的位置坐標(biāo)或者模型。而整個(gè)數(shù)據(jù)處理以及模型構(gòu)建的過(guò)程中，則主要是由三維激光掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件、電源以及相關(guān)附屬設(shè)備等完成的。

3、三維激光掃描測(cè)量技術(shù)在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題

雖然三維激光掃描技術(shù)在我國(guó)商業(yè)化發(fā)展過(guò)程中已經(jīng)取得了非常顯著的成效，同時(shí)這一技術(shù)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域也發(fā)揮著積極的作用。同時(shí)，利用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行地形圖的測(cè)繪，不僅有效的簡(jiǎn)化了地形圖測(cè)繪的工作流程，同時(shí)也促進(jìn)了地形圖測(cè)繪工作效率和質(zhì)量的全面提高。但是，三維激光掃描技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，仍然出現(xiàn)了很多問(wèn)題，而這些問(wèn)題如果無(wú)法及時(shí)解決的話，那么將會(huì)對(duì)測(cè)量工作的順利進(jìn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。如果測(cè)量數(shù)據(jù)處理所使用的計(jì)算機(jī)無(wú)法達(dá)到三維激光掃描技術(shù)要求的話，那么必然會(huì)影響到數(shù)據(jù)測(cè)量和計(jì)算的工作效率。因此，為了有效的促進(jìn)三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用效率的提升，必須采取積極有效的措施，提高數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)的硬件配置，才能避免其對(duì)最終的數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，以及測(cè)量工作的順利進(jìn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。另外，三維激光掃描技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，也會(huì)因?yàn)榈乇碇脖欢绊懫錅y(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如果在實(shí)際測(cè)量的過(guò)程中沒(méi)有及時(shí)解決這一問(wèn)題的話，那么不僅會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)測(cè)量的精確度產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，同時(shí)也會(huì)影響到影像測(cè)量的準(zhǔn)確度。測(cè)量技術(shù)人員 在測(cè)量工作開(kāi)展的過(guò)程中，所采用的操作方法也是影響數(shù)據(jù)測(cè)量完整性的關(guān)鍵因素，如果測(cè)量人員 操作能力無(wú)法滿足三維激光掃描儀的技術(shù)要求的話，那么必將會(huì)影響到低質(zhì)地形數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性和精確性。

結(jié)束語(yǔ)：在深入分析三維激光掃描系統(tǒng)，在地質(zhì)地形數(shù)據(jù)測(cè)量過(guò)程中的作用之后發(fā)現(xiàn)，雖然三維激光掃描技術(shù)是一種新型的測(cè)繪技術(shù)，但是因?yàn)槠湓谖覈?guó)還處于起步的階段，因此，其在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，而這就要求測(cè)量技術(shù)人員必須積極的進(jìn)行測(cè)量技術(shù)的探索和研究，才能促進(jìn)測(cè)量數(shù)據(jù)精確度的進(jìn)一步提高，最終發(fā)揮出三維激光掃描系統(tǒng)在我國(guó)地址地形數(shù)據(jù)測(cè)量過(guò)程中的積極作用。

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