基于地面三維激光掃描的精細(xì)地形測(cè)繪

辛立國

（遼寧水利職業(yè)學(xué)院，沈陽 110122）

我國地域遼闊，有很多危險(xiǎn)的地方需要進(jìn)行精細(xì)地形測(cè)繪，例如險(xiǎn)峻的高山、湍急的河流、陡峭的懸崖等，常規(guī)的測(cè)繪方法對(duì)這些地方作用不大，而且危險(xiǎn)系數(shù)較高，無法完成精細(xì)、準(zhǔn)確的測(cè)繪。為解決這些問題，三維激光掃描技術(shù)被應(yīng)用到精細(xì)地形的測(cè)繪中。1995 年，在激光的應(yīng)用中研究出了一項(xiàng)比較有意義的成果，即三維激光掃描技術(shù)，被稱贊為在GPRS 定位技術(shù)之后的又一項(xiàng)偉大的科技成果，比以前的測(cè)繪方法更快、更準(zhǔn)、更安全。如今，三維激光掃描技術(shù)被運(yùn)用于地形的測(cè)繪、模擬地形、立體結(jié)構(gòu)的建模等方面。本文主要闡述三維激光掃描的原理和在實(shí)際情況中的運(yùn)用，以及地面三維激光掃描的精細(xì)地形測(cè)繪在推廣和普遍使用中存在的問題。

1 地面三維激光掃描儀的工作原理

掃描儀、處理器（電腦和其含有的處理軟件）、電源供應(yīng)系統(tǒng)組成了地面三維激光掃描系統(tǒng)。掃描儀掃描數(shù)據(jù)，處理器接收和處理數(shù)據(jù)，電源供應(yīng)系統(tǒng)供應(yīng)這些機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的電量。掃描儀本身含有掃描系統(tǒng)和激光測(cè)距系統(tǒng)，同時(shí)也含有控制和矯正系統(tǒng)及集成CCD。儀器工作時(shí)，通過測(cè)量水平角的反射鏡和測(cè)量天頂距的反射鏡一起有序旋轉(zhuǎn)，將激光脈沖依次掃過被測(cè)量的區(qū)域，測(cè)量每個(gè)激光脈沖的空間距離及掃描激光脈沖的水平角度和天頂距離，最后通過計(jì)算其坐標(biāo)的方法得到被測(cè)量區(qū)域的三維坐標(biāo)。通過Cyrax 2500 的Cyclone 等軟件處理三維坐標(biāo)得到精細(xì)地形的測(cè)繪圖。

2 實(shí)際情況中的運(yùn)用

某高速公路需要以隧道的方式穿過一座大山，此大山橫在高速公路的施工路線上，如果繞過此大山將多繞出20 多公里，且彎道多，不滿足高速公路快、直、平的要求，所以穿越隧道是唯一的解決方式，但是，隧道的進(jìn)口和出口都是峽谷，需要高架橋連通到隧道的進(jìn)口和出口，這樣就要對(duì)隧道進(jìn)口和出口的地方進(jìn)行安全處理，因此就需要隧道進(jìn)口和出口1:300 的高清地圖。這個(gè)項(xiàng)目采用I-Site三維激光掃描儀采集數(shù)據(jù)，Cyrax 2500 的Cyclone 等軟件處理數(shù)據(jù)，得到1:300 的高清地圖。

3 在地面三維激光掃描的精細(xì)地形測(cè)繪中存在的問題

雖然地面三維激光掃描儀在精細(xì)地形測(cè)繪中有很多優(yōu)點(diǎn)，而且得到的地圖也更加準(zhǔn)確、清晰，但是這種技術(shù)還處于起步階段，主要有以下5 個(gè)問題影響其推廣和使用。

3.1 三維激光掃描方法與傳統(tǒng)方法結(jié)合上的問題

傳統(tǒng)的方法雖然在地勢(shì)險(xiǎn)峻或者危險(xiǎn)系數(shù)高的地方不能得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但是在平地或者在不太危險(xiǎn)的地方，依舊占據(jù)著主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的方法和地面三維激光掃描方法在融合貫通方面做得還不夠，沒有很好的發(fā)揮這兩種測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)，要進(jìn)一步融合貫通這兩種測(cè)繪方法。

3.2 三維激光掃描儀價(jià)格昂貴的問題

地面三維激光掃描儀屬于科技含量比較高的儀器，一般科技含量高的儀器，都比較貴，三維激光掃描儀也不例外，所以在推廣上還具有較高難度。

3.3 數(shù)據(jù)采集不完整的問題

三維激光掃描儀一般都是在環(huán)境條件不好的情況下使用，比如高山群中，山峰高高低低相互依靠，形成遮擋現(xiàn)象，導(dǎo)致掃描儀掃描不完整，造成數(shù)據(jù)缺失，從而影響測(cè)繪圖的完整、準(zhǔn)確。

3.4 數(shù)據(jù)處理軟件不成熟

三維激光掃描儀掃描的結(jié)果最終都需要軟件處理，但是目前還沒有相對(duì)成熟的處理軟件，往往處理結(jié)果需要使用好幾個(gè)軟件相互協(xié)助才能得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。這不利于三維激光掃描儀的推廣使用，要盡快開發(fā)出一套完整成熟的軟件，用一個(gè)軟件處理得到精確的結(jié)果。

3.5 三維激光掃描儀智能化還不夠

三維激光掃描儀智能化還不夠，不能自動(dòng)或半自動(dòng)的提取到完整數(shù)據(jù)，還需要人工輔助才能得到比較完整的數(shù)據(jù)。這就要求在設(shè)計(jì)的時(shí)候更加注重智能化，讓三維激光掃描儀能夠自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)，至少也要是半自動(dòng)的獲取數(shù)據(jù)。

正因?yàn)樯厦娴? 個(gè)問題，嚴(yán)重影響了地面三維激光掃描儀的推廣和普遍使用，要盡快解決上述問題，推動(dòng)三維激光掃描儀的廣泛使用。

4 結(jié) 語

本文簡要介紹了地面三維激光掃描儀的工作原理和其在實(shí)際情況中的運(yùn)用，以及存在的問題。毫無疑問，地面三維激光掃描儀相對(duì)于以前傳統(tǒng)的方法有了很大的提高和進(jìn)步，尤其是在險(xiǎn)峻的高山、湍急的河流、陡峭的懸崖等惡劣環(huán)境中，優(yōu)勢(shì)更加明顯，要盡快解決上述問題，推廣三維激光掃描儀的使用。

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