淺談地形測量中3D掃描儀的有效應用

文/田瑋、吳姝君 包頭市測繪院 內蒙古包頭 014030

淺談地形測量中3D掃描儀的有效應用

文/田瑋、吳姝君 包頭市測繪院 內蒙古包頭 014030

目前我國的經濟科技正在不斷的進步發展中，在工程建筑方面的技術也得到了很好的完善，其中主要的建筑技術就是對工程地形的測量。地形的測量工作在工程建造中占據著非常大的作用，地形測量的結果很大程度上決定著工程的質量與效率。現在我國測量地形時主要使用3D掃描儀來進行勘測，3D掃描儀能夠精準快速的測量出地形的具體情況，大大提高測量工作的效率。文章主要分析3D掃描儀的工作原理、數據處理方法以及步驟等。

地形測量；3D掃描儀；工作原理；方法

對地形的勘測工作是在工程建造前就必須要進行的，測量的結果影響著工程的建造計劃，由此可見，地形測量工作在工程建造中非常重要。如今，科學技術的不斷進步，人們在地形的測量工作中加入了更加高科技的3D掃描儀設備，這樣就使得地形的測量工作更加高效的完成，所以如何正確的在地形測量中運用3D技術對工程的建造是非常重要的，直接影響著測量結果的質量。

1、3D激光掃描儀的工作原理

3D激光掃描儀具有很多的掃描棱鏡，這些棱鏡起到了精準掃描的作用，在進行地形勘測時，3D掃描儀能夠在最快的速度獲得所需要的地形信息，并且信息的準確性很高。相比較于其他的地形測量儀器來說，3D掃描儀在與被測物體有著一定距離時仍可以進行準確的測量，其他的儀器很難做到這一點。另外3D掃描儀在測量地形時對外界的條件要求很低，有些地形測量儀器必須在有光源的情況下進行測量，而3D掃描儀無論在黑暗還是光明的情況下都能對地形進行準確測量，甚至還能獲得一些被測物體的特殊情況數據，給工程帶來更好的效果。

1.1結構解析

為了滿足地形測量工作中的需要，3D掃描儀中安裝了高科技的探測器以及掃描棱鏡，掃描結果通過棱鏡的不斷反射獲得，而且在掃描過程中可以調節棱鏡來控制掃描的速度。另外根據反射原理可以改變棱鏡的位置來對物體進行不同方向的測量，以此來獲得物體全面的信息數據，提高測量的質量。

1.2工作原理

3D掃描儀的工作原理是在確定的距離下，獲得物體信息所需要的時間來進行測量計算。即掃描線經過棱鏡的不斷反射到達被測物體，將獲取的物體信息在反射回來的過程。

2、3D數據處理的步驟以及方法

在使用3D掃描儀測量物體時，主要測量獲取的是被測物體的部分情況信息，無法一次性將物體的信息全部獲取，所以我們需要不斷的調節掃描棱鏡的位置角度來對物體進行全方位的掃描測量，再將每次的測量結果進行收集整理，以此來獲得所測物體的性質。

2.1點云連接

每次使用3D掃描儀對物體進行測量時獲得的數據都是在不同的坐標空間中，這樣的數據我們無法進行比較整理，所以我們需要將不同的數據整理變換到同一坐標空間中，以便分析獲取所測物體的全面信息。目前主要使用的變換數據的方法有共軛面轉換法、測站后視棱鏡法、曲面匹配法以及磁性覘標控制點法。

（1） 共軛面轉換法：工作人員使用計算機將獲得的測量數據點移到平面坐標上，再找出不少于三個共軛面，將共軛面上的坐標點進行整理變換，這種變換方法的適用條件是存在三個不平行的共軛面，優點是在測量過程中不需要使用其他步標，降低了測量工作的難度。

（2） 磁性覘標控制點法：在被測物體重復掃描測量的物質安置覘標，使用3D掃描儀進行測量時能夠根據覘標的性質準確的找到控制點，在找到足夠多的控制點后，就能夠將數據進行轉換獲得。

（3） 測站后視棱鏡法：在對物體進行掃描測量時，掃描線經過棱鏡時會產生反射情況，這種反射能夠被識別，所以我們可以將獲取到的棱鏡、測站以及所測物體的坐標數據與地面坐標進行合理的變換。這種方法在地形測量時一般使用全球儀來輔助進行。

（4） 曲面匹配法：曲面匹配法一般適用于測量結果有較大起伏變化的情況。這種方法所涉及的知識理論太廣，目前無法進行自動化，所以在使用這種方法時必須進行人工操作，獲取最好的數據結果。

2.2 3D數據處理的步驟

使用3D掃描儀測量獲取物體的數據信息后，我們需要從這些數據中分析尋找出一些準確有用的信息性質等，通常使用的方法有線性回歸。在對工程建筑進行信息分析時，主要的步驟如下：首先我們需要對測量獲得的建筑數據進行整理計算，并畫出數學分析圖，根據圖形以及相關的知識來分析判斷數據的準確性以及可靠性。第二步，根據上一步的分析結果對測量儀器進行調整，使測量的結果更加全面準確，獲得能夠反映所測物體所有性質的數據；第三步，將第二步獲得的數據重復第一步的計算過程，進行分析整理。最后，根據以上的數據分析整理過程，將工程中出現的一些問題進行解決，并分析探討所測物體的特征性質，據此來完善工程的建設。

2.3三維數據的獲取

使用3D掃描儀對物體的數據進行測量獲取后，需要對所測數據進行分析處理，再重新對物體進行二次測量，這樣獲得的數據就是三維數據。三維數據能夠更好的反映出所測物體的性質，減小測量結果的誤差，提高測量的質量。

2.4點云模型化

在根據上面步驟獲取到所測物體的三維數據后，我們可以建立一個三維的坐標空間，將所得數據放置坐標空間中，這樣就便于對數據進行比較分析，找出所測物體的特性。另外我們在建立坐標空間時一般基于點、三角形以及格網等建模方法，也可以將其中的任意兩種方法結合起來建立。

結語：

根據以上的分析探討可知，3D掃描激光技術是一項高科技的高效的地形勘測技術，3D掃描儀的運用大大提高了地形測量的質量與效率，能夠更好的獲得被測物體的相關性質。同時從3D激光測量到3D數據的獲取分析，這是一個非常復雜并且重要的過程，我們必須很好地掌握3D掃描儀的工作原理、數據獲取的方法以及處理數據的步驟，正確的使用3D掃描技術，這樣才能高質量的完成地形測量工作。

［1］徐生望.無人機測量技術在地形測量方面應用前景探究［J］.建筑知識，2016，（01）.

［2］陳景偉.測繪技術自動化在地形測量中的應用及發展［J］.民營科技，2014，（01）.

［3］苗群壯.地形測量的質量控制方法研究［J］.江西建材，2014，（18）.

［4］肖榮健.淺談地形測量生產實習教學［J］.教育教學論壇，2011，（23）.