基于三維激光掃描技術的塌陷土地復墾規劃研究

丁圳祥 狄帝 馬曉君等

摘要通過對三維激光掃描獲得的海量點云數據進行處理和分析，直觀、真實地顯示出塌陷區內和周邊地形，得到精密地形圖；根據因地制宜、可持續性、綜合效益和統一性的土地復墾原則，設計出針對塌陷區的兩種土地復墾方案，并擇優選用。三維激光掃描技術用于土地復墾實現了高效率、高精度和低成本的目標。

關鍵詞三維激光掃描；土地復墾；三維地形；塌陷地

中圖分類號S28文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）23-08014-03

基金項目江蘇省普通高校研究生科研創新計劃項目（CXLX13_977）；國家級大學生創新創業訓練計劃重點項目（12ssjcxzd10）。

作者簡介丁圳祥（1988-），男，江蘇泰興人，碩士研究生，研究方向：現代大地測量數據處理。*通訊作者，教授，博士，從事大地測量與測量數據處理研究。

收稿日期20140710礦區復墾地的開發利用直接關系到礦區資源枯竭后的發展，需要確保礦區生產階段的經濟效益與土地開發利用效益、生態環境效益的協調，為資源枯竭后礦區的自然、經濟、社會發展提供良好的自然生態環境基礎，增強其可持續發展的能力[1]。三維激光掃描技術作為一個新興技術，能夠快速獲得高精度海量點云數據，能夠在安全地區對矸石堆、邊坡、塌陷形成的洼地等危險地區進行三維掃描，以獲得全面詳盡的點云數據，精細的研究塌陷地土地復墾的規劃。

1試驗方案制定與數據采集

1.1制定掃描方案對沉陷區及其邊界范圍和環境進行實地的踏勘調查，了解沉陷區內的地形狀況及周圍的地物分布情況，根據地形狀況及地物的遮擋情況設置掃描站點的位置，最大限度地以最少的測站數測得最全面的地形信息，減少點云的數據量。為了將點云數據統一到同一大地坐標系下，需要在掃描區域內設置至少3個控制點，以便坐標配準。

試驗區面積約為40 hm2的矩形區域，中心區域嚴重積水，一條公路和兩側深溝將整個塌陷區分隔為2個地塊。為了便于將兩側的掃描數據連接起來，布設了13個GPS控制點。

1.2數據采集使用Leica C10三維激光掃描儀進行數據采集。4個標靶的分布應以能獲得較好的測站整體坐標配準精度為標準，標靶布置以正方形為好，距離適中。當標靶需要架設在控制點上時，必須精確對中和整平，并用掃描儀配備的精密鋼尺量測出標靶中心到控制點中心的距離。

2點云數據處理

2.1點云數據配準由于在掃描之前在測區內事先布設了13個GPS控制點，內業數據處理時利用絕對方式將配準好的整個沉陷區的點云數據與GPS控制點進行配準，將相對坐標轉化到大地坐標系下，得到配準后的點云整體效果。

2.2 噪點去除與地物提取掃描過程中樹木，植被及地物都會影響地表面的生成和等高線的生成。需要對這些影響數據精度的樹木，植被及地物進行去噪處理。利用Cyclone軟件將去噪后的點云導出，在CASS中繪制地形輪廓，道路及沉陷區形成的匯水區域邊界。區域內電線桿、墳、房屋等獨立地物，利用Cyclone軟件分別對其提取三維坐標信息，對生成的地形圖進行疊加、完善。

2.3 生成等高線由于掃描儀獲得的點云數據密度較大，因此需要對點云進行抽稀處理，導入到測圖軟件CASS中，自動生成等高線。同時，由于點云數據包含了詳細的地表信息，對于不同的沉陷區精細地形圖需求，可以有選擇性的進行等高線生成，可以對沉陷區以每10 cm生成等高線來詳細表示該處的地表信息，其他地方可以以每1 m生成等高線來表示地形起伏。

2.4地形圖繪制按照以上步驟，將得到的初步地形圖、地物圖及等高線圖進行疊加和編輯，最后加上高程注記，符號注記及文字注記，生成圖廓和局部修飾，生成1∶500完整的地形圖。

3塌陷區土地復墾治理方案

礦區土地的復墾是恢復或彌補這些影響的一種重要措施。遵循因地制宜、可持續性、綜合效益和統一性的原則[1]，根據土地適宜性評價的結果，合理安排各類用地，使遭破壞的土地發揮最大效益，將有潛在的生產力變為現實。如將深

方案一規劃成果示意積水區改造成魚塘，將無積水區改造成耕地、林地或園地。使土地復墾寓于社會經濟發展和維持生態系統平衡之中，謀求社會、經濟、生態三大效益的統一。

通過對塌陷地資料的收集和土地評價，設計2套復墾方案，規劃成果如、所示。將較大的積水區進行挖深，這里設計的池塘挖深的平均標高為27 m，形成池塘，可以用于水產養殖，然后將挖深出來的泥土堆填到周邊旱地，將旱地進行加高整平，這里設計的旱地整平后的有30.0和30.5 m2種平均標高，利用CASS軟件中工程量計算的功能，計算得到每一部分的填挖方量，結果見～2。

方案二規劃成果示意

方案一中各塊區域的計算結果

方案1平場面積∥m2最小高程∥m最大高程∥m平場設計標高∥m挖方量∥m3填方量∥m3挖填總和∥m3旱地d153 501.927.50031.27230.56 086.3-30 964.4-24 878.1旱地d256 742.928.00031.65230.06 980.5-31 028.0-24 047.5池塘c135 947.727.00029.13527.029 681.4029 681.4旱地d360 103.228.35533.22730.510 850.7-20 396.3-9 545.6旱地d462 893.428.62430.77230.07 884.7-23 450.0-15 565.3池塘c257 049.727.00029.71627.055 515.4055 515.4合計----116 999.0-105 838.711 160.3

方案二中各塊區域的計算結果

方案2平場面積∥m2最小高程∥m最大高程∥m平場設計標高∥m挖方量∥m3填方量∥m3挖填總和∥m3旱地d153 501.927.531.27230.56 086.3-30 964.4-24 878.1旱地d256 742.928.031.65230.06 980.5-31 028.0-24 047.5池塘c135 947.727.029.13527.02 9681.4029 681.4旱地d350 070.528.64933.22730.510 652.1-13 741.1-3 089.0旱地d472 450.928.030.77230.08 594.6-33 096.1-24 501.5池塘c258 693.427.030.39027.059 813.3059 813.3合計----121 808.2-108 829.612 978.6

由、2可知，方案一總挖方量為116 999.0 m3，總填方量為105 838.7 m3，復墾獲得土地23.56 hm2，魚塘9.56 hm2。方案二總挖方量為121 808.2 m3，總填方量為108 829.6 m3，復墾獲得土地23.51 hm2，魚塘9.56 hm2。2個方案接近，但方案二地塊更規則，更容易耕種，因此建議采用第二方案。

4結論

三維激光掃描獲得的數據以點云的形式來表現實體的三維信息，能夠更加直觀、真實地顯示出地形，同時海量點云數據可以方便用戶統計地物信息以及詳細了解周圍的環境狀況。利用點云數據進行地形的三維建模處理，能很好地通過可視化的方式直觀地展示出地形沉陷變形情況，也能利用點云數據繪制不同比例的精細地形圖，滿足用戶多種要求。

參考文獻

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安徽農業科學2014年