三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用

蔡昊 董政

摘 要：航道測繪中的航道地形測量，是保障船舶安全航行的重要基礎性工作。三維激光掃描測繪技術作為一項新興測繪技術，有其獨特的優(yōu)勢，將其應用在航道測繪引起了航道測繪工作人員及研究人員的重視。在實際應用中，如何有效的應用三維激光掃描儀實施航道地形測量以及提升技術應用的有效性和可靠性，則成為當前技術應用中主要面臨的問題。文章針對三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用，進行簡要的分析研究。

關鍵詞：三維激光掃描儀 航道地形 測量應用 技術分析

航道地形測量中三維激光掃描儀技術的應用，為近年來一種新興的應用技術。分析在航道地形測量中，如何確保三維激光掃描儀技術應用的合格性，同時確保航行中的安全性，則引起了廣泛的關注。筆者簡要分析三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用，以盼能為相關項目測量中三維激光掃描儀技術的應用提供參考。

1.三維激光掃描儀的作業(yè)運行原理分析

三維激光掃描儀在實際應用中，作業(yè)原理主要表現(xiàn)為：通過硬件設備的數(shù)據(jù)掃描采集，結合軟件的數(shù)據(jù)分析處理，進行最終的結果分析和評估。其中在具體的設備運行中，主要的作業(yè)流程分為三部分：測量數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理、幾何模型構建及數(shù)據(jù)輸出。

1.1測量數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)處理及測量的前提為數(shù)據(jù)的采集，以及數(shù)據(jù)庫的建立 ，三維激光掃描儀在實際運行中測量數(shù)據(jù)采集，為首道作業(yè)工序。具體實施中測量數(shù)據(jù)的采集和應用，主要通過三維激光掃描設備，進行區(qū)域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)掃描及采集。通過數(shù)據(jù)采集為后期的數(shù)據(jù)模型建立完善的數(shù)據(jù)庫，同時降低后期模型建立中的誤差性，提升模型建立的準確性和效率性，保障后期測量數(shù)據(jù)分析結果的準確性。

1.2數(shù)據(jù)預處理

前期數(shù)據(jù)采集中涉及的數(shù)據(jù)量較多，數(shù)據(jù)分類較為復雜，因此為提升后期技術應用中的精準性，落實數(shù)據(jù)的預處理也為技術應用中的主要作業(yè)流程。具體實施中數(shù)據(jù)預處理，主要基于點云數(shù)據(jù)的濾波處理，電源數(shù)據(jù)的分割處理，以及各站點間數(shù)據(jù)的配準及拼接處理進行落實。以此確保數(shù)據(jù)在后期分類，統(tǒng)計，分析應用中的效率性，并且減少因不良數(shù)據(jù)存在，造成分析周期過長，產(chǎn)生的技術應用效率降低的現(xiàn)象。

1.3幾何模型構建及數(shù)據(jù)輸出

采集數(shù)據(jù)預處理完成后進行幾何模型的構建，為后期的相關數(shù)據(jù)應用及決策提供參考。具體在幾何模型的建立中，主要的作業(yè)流程為：三維數(shù)據(jù)模型建立，缺陷數(shù)據(jù)的完善處理，模型優(yōu)化，以及對比性優(yōu)化操作。幾何模型初步建立完成后，為保障后期技術應用的有效性和準確性，技術人員應針對建立的三維模型進行數(shù)字化的優(yōu)化處理，確保模型結構間突出對比性，同時簡化模型結構，實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)模型的可視化和精準化應用，如圖1所示。

2.三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用要點分析

三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用，為一類新型的地形測量應用技術。筆者基于實際案例，分析三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用效果。

2.1項目介紹

A航道地形測量項目中為一項河道航道的地形測量項目，測量作業(yè)實施中兩河岸及水域，呈現(xiàn)為長條形東西延伸河道。地表監(jiān)測點區(qū)域，存在部分農(nóng)業(yè)種植地，以及少量的樹木和灌木叢。測量前期根據(jù)測量區(qū)域的地理特征現(xiàn)狀及水文現(xiàn)狀，測量單位已進行了測量掃描點的設計，以及測量設備的安裝布置。

2.2數(shù)據(jù)采集硬件儀器

外業(yè)儀器應用中所選用的數(shù)據(jù)采集設備，主要通過三維激光掃描儀進行掃描獲取。本項目中數(shù)據(jù)采集作業(yè)中，所采用的硬件儀器設備為HDS8800三維激光掃描儀，實際應用中該設備具備操作便捷，掃描距離長，適應性強，掃描數(shù)據(jù)精度高的優(yōu)勢。同時由于設備數(shù)據(jù)采集中具備良好的渲染功能，因此掃描采集中的照片，以及點云數(shù)據(jù)的精度都較高，且掃描數(shù)據(jù)的完整性也較高，對于后期的測量作業(yè)精度提升效果顯著。

2.3數(shù)據(jù)處理軟件

數(shù)據(jù)預處理中本項目中所采用的軟件為徠卡Cyclone數(shù)據(jù)處理軟件，其在實際應用中結合HDS8800硬件進行數(shù)據(jù)的采集及處理，有效的實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集及處理的高效性，同時在數(shù)據(jù)處理的過程中，該軟件能夠通過數(shù)字模擬計算的方式，進行相關缺陷數(shù)據(jù)的快速優(yōu)化和處理，并且能夠根據(jù)操作人員的需求，生成相關測量曲線圖，網(wǎng)格圖。另外在具備網(wǎng)絡環(huán)境下的測量作業(yè)中，系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)共享應用，對于技術應用中的安全性，以及遠程操作的實現(xiàn)奠定了良好的基礎。

2.4數(shù)據(jù)處理

三維激光掃描儀在實際作業(yè)中由于掃描精度較高，同時受限于掃描環(huán)境現(xiàn)狀，為保障后期采集數(shù)據(jù)應用的完善性和準確性，進行相關掃描數(shù)據(jù)的濾波處理，去噪處理，也為重要的處理程序。其中過濾處理主要針對掃描中出現(xiàn)的行人，車輛，以及超范圍數(shù)據(jù)進行處理，同時針對多圖融合間的銜接角度，銜接點進行優(yōu)化處理，最終生成數(shù)據(jù)精準，包含數(shù)據(jù)全面的精確測量圖。

2.5數(shù)據(jù)分析及評估

數(shù)據(jù)預處理完成及三維模型構建完成后，為進一步確認技術的實際應用效果，以及技術應用中的精準性。落實數(shù)據(jù)的分析及評估，則為技術應用中的主要優(yōu)化措施及作業(yè)程序。具體實施中，關于數(shù)據(jù)的分析及評估，通常結合測量區(qū)域的原始數(shù)據(jù)進行比對分析，針對其中的誤差，進行及時的糾正和處理。最終達到完善測量地形圖，完善測量數(shù)據(jù)，提升測量數(shù)據(jù)應用質(zhì)量，保障測量數(shù)據(jù)應用效果的目的。

3.三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用注意事項分析

3.1重視基礎硬件的更新及維護

三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用，宏觀分析整體的作業(yè)效率較高，作業(yè)精確性良好，因此在實際應用中也獲得了應用人員的廣泛認可。但同時由于技術應用中，對于硬件設備的要求較高，因此在實際應用中落實基礎硬件的更新及維護，也為技術應用中的主要注意事項。從當前三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用現(xiàn)狀方面，以及其設備的作業(yè)運行流程方面分析，關于其基礎硬件的更新及維護作業(yè)落實，主要從設備的處理器，運行內(nèi)存，以及存儲空間升級更新方面，進行設備的基礎維護操作和保養(yǎng)。避免因硬件性能較差，造成的系統(tǒng)運行異常，以及數(shù)據(jù)處理緩慢等不良現(xiàn)象。

3.2注重基礎硬件掃描的選擇

受限于測量區(qū)域的地表植被，以及灌木叢現(xiàn)狀，三維激光掃描儀設備在實際應用中，易出現(xiàn)掃描漏洞，掃描缺陷，以及高程精度誤差的現(xiàn)象。因此基于實際的測量現(xiàn)狀方面分析，三維激光掃描儀在具體應用中，為保障相關檢測作業(yè)實施的有效性和準確性。落實掃描測量作業(yè)中的儀器設備合理選擇，則為技術應用中的重要注意事項。具體實施中如測量區(qū)域的植被較高，且數(shù)量較多，測量單位在實際作業(yè)中可選用全站儀進行測量作業(yè)的實施。

3.3加強設備國產(chǎn)化的研發(fā)和應用

三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用，整體的技術應用效果較為良好，為相關航行作業(yè)的安全保障，以及相關水文模型的建立奠定了良好的基礎。但同時分析由于目前三維激光掃描儀的設備應用成本較高，因此后期在技術的推廣應用中，行業(yè)研究機構及科研部門，還應加強相關硬件及處理軟件的國產(chǎn)化研發(fā)。實際發(fā)展中通過國產(chǎn)化的技術研發(fā)和應用，最終達到降低技術應用成本，提升技術實際應用質(zhì)量的目的。

分析當前三維激光掃描儀在航道地形測量中的應用，整體的技術應用效果較為良好，但從具體的應用細節(jié)方面分析，由于技術應用中的測量掃描數(shù)據(jù)較多，同時由于其技術應用中的外界干擾因素較多。因此在實際應用中加強技術應用中的硬件維護更新，落實軟件的國產(chǎn)化研發(fā)，以及對應掃描裝置的選擇，則為技術應用中的主要方向和策略。以此合理的提升技術的實際應用效果，同時合理的降低因技術應用不到位造成的測量誤差等不良現(xiàn)象。

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