基于地面三維激光掃描的精細地形測繪

張明娟

【摘? 要】本文首先介紹了地面三維激光掃描儀工作原理，分析了在地面三維激光掃描的精細地形測繪中存在的問題，并結(jié)合相關(guān)實踐經(jīng)驗，分別從外業(yè)數(shù)據(jù)采集等多個角度與方面，探討了基于地面三維激光掃描的精細地形測繪相關(guān)方法。

【關(guān)鍵詞】地形測繪;地面三維激光掃描;方法應用;控制應用

引言

隨著經(jīng)濟社會的持續(xù)快速發(fā)展，地面三維激光掃描技術(shù)迎來了前所未有的重大發(fā)展機遇，如何采取有效方法與策略，全面提升地面三維激光掃描技術(shù)的應用成效，促進精細地形測繪質(zhì)量提升，備受測繪行業(yè)關(guān)注。本文就此展開了探討。

1.地面三維激光掃描儀工作原理

地面三維激光掃描技術(shù)是現(xiàn)代測繪行業(yè)的常用技術(shù)方法之一，是全面優(yōu)化提升地形測繪實際效能，改進地形測繪綜合評價方法的重要技術(shù)手段，在當今測繪領(lǐng)域扮演著不可替代的關(guān)鍵角色。地面三維激光掃描技術(shù)主要有賴于特定掃描儀的主要作用，在處理器、分析軟件、電源等設備要素的協(xié)同作用下，對地形數(shù)據(jù)信息進行掃描、搜集、分析、處理與存儲，形成系統(tǒng)化、全面化、立體化的地形測繪數(shù)據(jù)模型，為相關(guān)行業(yè)的推進與實施提供基礎性依據(jù)與參考。地面三維激光掃描儀包括了掃描系統(tǒng)、校準系統(tǒng)以及激光測距系統(tǒng)等，上述不同系統(tǒng)構(gòu)成要素，在掃描儀中發(fā)揮著不同作用，在測繪數(shù)據(jù)信息分析與處理中的效用差異顯著，共同構(gòu)建形成了高效穩(wěn)定、精細準確的測繪技術(shù)系統(tǒng)方法（如圖1所示）。隨著現(xiàn)代地形測繪實踐工作要求的不斷提高，三維激光掃描技術(shù)的應用優(yōu)勢愈發(fā)突出，測繪效率更高，可在更短的時間跨度范圍內(nèi)，完成更多數(shù)量的地形掃描任務，既適用于相對陡峭的山脈，也適用于開闊平坦的平原[1]。

2.在地面三維激光掃描的精細地形測繪中存在的問題

2.1測繪數(shù)據(jù)處理相關(guān)軟件匹配性不足

在地面三維激光掃描中，需要運用相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件對測繪數(shù)據(jù)進行統(tǒng)籌分析與整理，以獲取最為可靠與全面的測繪數(shù)據(jù)信息，形成地形測繪數(shù)據(jù)模型。縱觀當前測繪數(shù)據(jù)處理相關(guān)軟件系統(tǒng)，普遍存在著匹配性不足，分析處理實際應用價值相對缺失等共性問題，阻礙著測繪數(shù)據(jù)處理效率的優(yōu)化提升，不利于獲得最為客觀的精細地形測繪數(shù)據(jù)信息。由于測繪數(shù)據(jù)處理軟件匹配性不足，無法在特定范圍內(nèi)實現(xiàn)測繪數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)互通互享，難以實現(xiàn)測繪數(shù)據(jù)的縱向與橫向?qū)Ρ取?/p>

2.2三維激光掃描的智能性不足，采集數(shù)據(jù)不完整

隨著現(xiàn)代智能控制技術(shù)的快速發(fā)展，地面三維激光掃描技術(shù)的智能化趨勢開始凸現(xiàn)出來?；谥悄芑卣髋c優(yōu)勢，三維激光掃描技術(shù)的綜合價值大大提升，使精細地形測繪的現(xiàn)實意義更加重要。實踐表明，部分三維激光掃描技術(shù)的智能化水平不足，在數(shù)據(jù)采集等方面的完整性遠遠不夠，時常造成測繪數(shù)據(jù)信息缺失等問題，甚至部分關(guān)鍵核心測繪數(shù)據(jù)不完整，與當前高強度、快節(jié)奏、高要求的精細地形測繪需求不相適應。

2.3三維激光掃描技術(shù)人員綜合技能不足

基于地面三維激光掃描技術(shù)的精細地形測繪工作對相關(guān)技術(shù)人員的綜合技能提出了更高要求，使測繪技術(shù)人員的專業(yè)理論知識與實操技能面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。從當前三維激光掃描技術(shù)的應用實際來看，部分技術(shù)人員對地形測繪技術(shù)的基礎理論掌握不牢固，對地面三維激光掃描儀的操作不甚熟練，質(zhì)量意識與責任意識淡化，在地形測繪中的事前分析、事中控制與事后反饋方面存在短板，難以對測繪數(shù)據(jù)不準確問題做出科學規(guī)范處理，必須給予高度重視。

3.基于地面三維激光掃描的精細地形測繪研究

3.1外業(yè)數(shù)據(jù)采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集是精細地形測繪的關(guān)鍵步驟之一，在三維激光掃描技術(shù)應用中始終處于基礎性地位。在此環(huán)節(jié)，應首先對目標測繪地形進行觀察，獲知周邊環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)各項步驟的順利有序推進提供基礎性依據(jù)?？蛇m當壓縮測站數(shù)量以及原始的數(shù)據(jù)量，提高各個數(shù)據(jù)模塊之間的銜接性與邏輯性，并對相對特殊的地形區(qū)域進行特殊處理。其次，對每個不同測站進行全面掃描，通過精細化掃描方式提高地形掃描質(zhì)量，將相應的標靶中心點位置進行嚴格控制，最大限度上縮減數(shù)據(jù)誤差，優(yōu)化處理標靶分布。合理控制標靶和地面三維激光掃描儀之間的跨度數(shù)據(jù)，防止跨度過大或過小而導致的數(shù)據(jù)失真失準。

3.2點云數(shù)據(jù)配準

在當前技術(shù)條件下，地面三維激光掃描獲取相應地形數(shù)據(jù)信息通常需要將整個過程細化分解為多個不同階段，通過控制各個測繪階段與掃描過程之間的銜接性，來實現(xiàn)對整個測繪過程的質(zhì)量控制。由于不同測繪階段與掃描過程之間會存在匹配誤差，數(shù)據(jù)信息的邏輯與銜接存在特定不足，因此應通過點云數(shù)據(jù)配準，對缺失數(shù)據(jù)信息進行補充完整，對失真信息進行校準，保持地形測繪數(shù)據(jù)接受過程的連續(xù)性與穩(wěn)定性。應建立基于地形測繪體系的三維激光掃描坐標體系，在掃描區(qū)域控制相關(guān)坐標點，實現(xiàn)對點云數(shù)據(jù)的高效配準。隨著現(xiàn)代地形測繪理論的日趨細化，點云數(shù)據(jù)配準的實施形式被逐漸細分為相對方式和絕對方式等兩種類型。前者將某掃描站坐標作為基礎，將其他坐標系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)換，確保不同坐標之間的匹配性效果，優(yōu)化控制連續(xù)傳遞站點的數(shù)量，具有高效穩(wěn)定、數(shù)據(jù)來源可靠等現(xiàn)實優(yōu)點;后者則實現(xiàn)了地面三維激光掃描儀與普通測繪技術(shù)的有機融合，將所有標靶坐標均作為目標測量對象，通過其他測繪儀器的使用，確保地形測繪數(shù)據(jù)的準確性，可在特定坐標系范圍內(nèi)縮小地形測繪誤差。

3.3地物提取及繪制

在地物提取及繪制環(huán)節(jié)，應根據(jù)地面三維激光掃描儀器的實際操作要求，對地形地貌區(qū)域與測繪數(shù)據(jù)信息進行匹配，形成相應的地物提取對象。在此過程中，應積極運用現(xiàn)代智能化的地物提取及繪制手段，搭建基于計算機技術(shù)的地物提取平臺，靈活運用自動方式和手工方式對地物信息進行綜合處理，明確不同類型地物的外在特征，將其整理成固定格式發(fā)送到文本當中。

3.4獲取地貌數(shù)據(jù)

獲取地貌數(shù)據(jù)的過程即是形成精細地形測繪成果的過程。在此過程中，應強化測繪技術(shù)人員的專業(yè)技能，從系統(tǒng)性的專業(yè)理論知識出發(fā)，強化地貌數(shù)據(jù)獲取與處理的具體實操技能，生成地形等高線，對不可靠的偽數(shù)據(jù)進行精準剔除，包括Cyclone等軟件在內(nèi)多種軟件系統(tǒng)均可高質(zhì)高效地完成地貌數(shù)據(jù)獲取任務。

4.結(jié)語

綜上所述，受三維激光掃描技術(shù)模式等方面要素的影響，當前精細地形測繪中依舊存在諸多薄弱環(huán)節(jié)，阻礙著測繪事業(yè)的持續(xù)健康穩(wěn)定發(fā)展，有關(guān)人員應緊跟當前地面三維激光掃描技術(shù)的關(guān)鍵應用優(yōu)勢，創(chuàng)新精細地形掃描實施模式。

參考文獻：

[1]張發(fā)攀，李向陽，胡悅，等.三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)災害調(diào)查、形變監(jiān)測和早期識別方面的研究[J].測繪與空間地理信息（下旬刊），2019（01）：115.

（作者單位：青海省基礎測繪院）