淺談三維激光掃描儀在地形測量中的應用

劉克非

（湖南省長沙市明德中學，長沙 410100）

淺談三維激光掃描儀在地形測量中的應用

劉克非

（湖南省長沙市明德中學，長沙 410100）

三維激光掃描技術是現代科技條件下產生的一種非常有效的技術，這種技術不僅突破了傳統的單點測量方法，而且還具有高效率、高精度的特點。當前三維激光掃描技術在解決點云聯結時一般采用共軛面轉換法、磁性覘標控制點法、測站后視棱鏡法和曲面匹配法等。

三維激光掃描儀；地形測量；應用

三維激光掃描技術是20世紀90年代中期開始出現的一項高新技術，是繼GPS空間定位系統之后的又一項測繪技術新突破。它通過高速激光掃描測量的方法，大面積地快速獲取被測對象表面的三維坐標數據。為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術手段。由于其具有快速性、不接觸性、穿透性、實時性、動態性和主動性，因此受到了廣泛的歡迎。

1　三維激光掃描技術的發展

三維激光掃描技術使測繪從傳統的二維平面上升到了三維立體空間，這對于地形測繪而言無疑是件好事，它能夠幫助人們更加立體而形象地掌控地形數據。從三維激光掃描技術的研究來看，作為20世紀90年代中期出現的一種全新的科學技術，它不僅能夠突破傳統GPS技術中地理數據傳導的缺陷，而且還具有良好的地理環境穿透性，這種穿透性是人們對地理條件進行深入解讀的關鍵。在傳統的GPS數據顯示中，人們通常只能對地形的表面進行研究和分析，而三維影像的出現可以說是在GPS基礎之上的又一次技術革新。從原理上講，三維激光掃描儀可以利用激光測距的原理來捕捉物體表面大量的點，進而通過這些點來呈現三維立體坐標及反射率等信息。科研人員能夠通過這些數據更加立體地掌握地形地貌，并根據實際情況進行相關信息的分析和探究。可以說三維激光掃描儀的出現不僅是測繪領域更高水平的發展，同時也是其他領域技術的更迭，更重要的是我們能夠通過三維激光掃描儀來發現人們對于生活和未來發展的渴望。地形測量領域從根本上講就是對地物、地貌及其他地理要素進行分析和測量，它是人類對于自然百態的全新認知，通過對地球表面地形的探測與研究，能夠使人們對于所生存的自然生態產生更深刻的認識和了解，在深入了解之后，人們才能夠更加充分、有效地利用生態資源，并保證資源的長期可持續發展。

2　三維激光掃描儀在地形測量中的應用

三維激光掃描儀是通過內含的激光測距儀，對三維坐標進行精確測量的一種儀器。這種儀器的最大優點就在于只要能夠讓它有一個立足點，就可以在不碰觸測量物體的情況下對物體進行高精度、高密度的三維立體數據的呈現，再通過儀器中所含有的數據處理系統，即刻便可以形成三維圖形化的空間資料，這對于整個自然的研究都是非常有意義的。

不同于傳統掃描儀對于光的依賴，以激光為主要工具的掃描儀，在測量的過程中是不用光源輔助的，所以激光掃描儀是可以在黑暗環境中實現精準測量的。如果是在光源充足的情況下進行測量，三維激光掃描儀甚至可以同時獲得對應點的色彩光譜，進而形成更加詳細且生動的三維影像。因此，從某種程度上來說，光對于地質是有著非常深刻的影響的。目前三維激光掃描儀對于地形的測量一般會呈現出初始的三維點云數據分布，這對于我們初步了解被測物體是非常重要的。如果我們不能夠一次性完成被測物體的掃描，那么就要對多點探測的數據進行整合與分析，特別是要將點數據進行模型化的處理，之后我們才能夠得到更完整的數據。

當前已經就點云聯結問題提出四種相應的方法：第一是共軛面轉換法，這種方法能夠在重疊的兩個群點云中，通過使用者以人機互動的方式來將3個共面形成1個平面，進而完成對數據的統計和分析。不過這種方法相對而言比較復雜，而且工作量特別大，所以使用并不十分廣泛。第二是磁性覘標控制點法，在重疊觀測區域內設置磁性覘標，通過激光對覘標的特殊反射效果來自動尋找控制點，再通過3個以上的控制點，就能夠得到觀測物體的三維坐標換算參數。這對于我們來說是行之有效的，特別值得一提的就是這個方法能夠實現自動化，這在三維激光掃描儀的應用中是相當具有代表性的。第三是測站后視棱鏡法，這種方法是利用激光掃描儀在掃視到棱鏡時產生的反射作用，可以讓我們得到測站與棱鏡之間的一個相當具體的三維立體關系，通過這個三維立體關系我們就能夠對測站的數據進行分析和研究，并且還可以通過GSP系統對棱鏡和測站進行更加深入的定位測量。這種方法對于地形測量來講是相當實用的，同時也是最有效、快捷的一種方法，同時也是具有自動化能力的一種內業工作方法。第四是曲面匹配法，這種方法一般針對表面起伏不定的地形，它可以通過曲面匹配的方式來實現重疊觀測區域的點云數據接收，進而通過儀器內部的數據分析系統給出結果。不過目前的曲面匹配法在儀器設備上還不能實現完全自動化，還要人為操作，才能夠使整個匹配過程完整有效。

3　結語

三維激光掃描儀對于整個地形測繪領域來說是一種非常重要的儀器，我們也有理由相信在未來發展中，這種儀器將會擁有更廣闊的發展空間。

［1］ 彭維吉，李孝雁，黃颯.基于地面三維激光掃描技術的快速地形圖測繪［J］.測繪通報，2013，（03）：367-368.

［2］ 張啟福，孫現申.三維激光掃描儀測量方法與前景展望［J］.北京測繪，2011，（01）：183-184.

On the Application of Three-dimensional Laser Scanner in Topographic Survey

LIUKe-fei
（Changsha Mingde Middle School ofHunan,Changsha 430100,China）

Three-dimensional laser scanningtechnologyis a veryeffective technique under the conditions ofmodern technology,it not onlybreak the traditional single-point measurement method,but alsohas characteristics ofhigh efficiencyand high precision.The current three-dimensional laser scanning technology generally adopts conjugate surface switching method,magnetic ship standard control point method,survey station back vision prismmethod and hook face matchingmethod in solvingthe point cloud joint.

Three-dimensional laser scanner；Topographic survey；Application

TN95

A

1674-8646（2015）12-0132-02

2015-08-27