影像全站掃描儀Trimble SX10在山區(qū)等高線測圖中的應(yīng)用
——以肅北大敖包溝礦區(qū)為例

汪永紅，張陽陽,門林杰，陳亞偉，張治國，郝　偉

(1. 甘肅省國土資源規(guī)劃研究院，甘肅 蘭州 730000； 2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

Trimble SX10影像掃描儀是集測量、影像和高速三維掃描于一體的革命性解決方案，具有3大技術(shù)優(yōu)勢，分別為：Trimble Lightning 3DM線掃描技術(shù)，保證了每秒26 600個點的測量速度及1.5 mm的測量精度；Trimble VISION多鏡頭提供了影像獲取技術(shù)，改變了傳統(tǒng)全站儀目鏡瞄準(zhǔn)等方式，SX10完全以影像方式進行瞄準(zhǔn)再測量；Trimble Advanced Autolock高級鎖定跟蹤技術(shù)，保證鎖定目標(biāo)并持續(xù)全站儀測量工作。目前，雖然三維激光掃描儀在測量領(lǐng)域有所應(yīng)用,但是對于地形復(fù)雜的山區(qū)，單純的三維激光掃描儀不能直接獲取帶地理坐標(biāo)的測繪數(shù)據(jù)，需要內(nèi)業(yè)軟件的數(shù)據(jù)拼接和地理配準(zhǔn)，這樣的工作流程反而增加了作業(yè)的難度。但是Trimble SX10這種具備測量流程功能的掃描儀非常適用于地形變化較大的區(qū)域，外業(yè)和內(nèi)業(yè)簡單高效，能夠很好地解決地形復(fù)雜山區(qū)測繪的一系列問題。

1　測區(qū)概況

肅北大敖包溝銅鎳礦普查項目為甘肅省礦產(chǎn)資源勘查重點項目之一，肅北大敖包溝礦區(qū)海拔高、地形起伏大，大部分為懸崖、深溝等測繪人員無法到達的危險地形，與外界交通不便，人員進出較為困難，項目區(qū)內(nèi)出現(xiàn)意外情況難以及時處理。由于時間緊、任務(wù)重，常規(guī)的全站儀、GPS RTK測繪方法很難完成。三維激光掃描儀采集數(shù)據(jù)均勻，無需人工操作，效率高，在三維立體建模、模型準(zhǔn)確度及數(shù)據(jù)處理等方面均具有較大的優(yōu)勢。三維激光掃描技術(shù)最基本的應(yīng)用之一就是地形圖繪制。基于掃描的精細點云可直接生成三維地形模型，并可以自動提取等高線，實現(xiàn)一次測量，同時可獲取三維及二維數(shù)據(jù)資料。與傳統(tǒng)測繪手段相比，三維激光掃描具有效率高、細節(jié)豐富、成果形式多樣、智能化、兼容性強等優(yōu)點。

2　項目測量流程

2.1　整理流程

先根據(jù)項目大小、位置，規(guī)劃掃描測站數(shù)和需要測量的特征點。外業(yè)使用SX10 進行數(shù)據(jù)的掃描， 采集點云數(shù)據(jù)和全站儀特征點數(shù)據(jù)。內(nèi)業(yè)利用 Trimble TBC 軟件處理點云數(shù)據(jù)，自動生成等高線，并提交所需要的成果。

2.2　外業(yè)測量流程

利用已知點(控制點或已測量點)，使用SX10設(shè)立測站，掃描所需要的點云。再利用SX10全站儀功能測量一些特征點。這些特征點可以用來檢核點云的精度，如圖1所示。

圖1　掃描測站的三維視圖

2.3　內(nèi)業(yè)處理流程

數(shù)據(jù)導(dǎo)入TBC，可得到點云數(shù)據(jù)。利用TBC軟件自動分類地面、建筑物、電線桿和標(biāo)志、高植被。軟件自動分類有問題的，可手動調(diào)整。并且剔除周圍的雜點，根據(jù)效果抽稀點云。在剔除植被、地物等非地貌部分的點云數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用TBC基于點云數(shù)據(jù)生成表面模型，并可對有問題的部分進行修改編輯，如圖2所示。

圖2　點云處理后 TBC 生成表面

2.4　精度的檢核和成果輸出

可根據(jù)現(xiàn)場已有控制點，或利用SX10全站儀功能測量的地形點進行等高線誤差的檢核。TBC數(shù)據(jù)處理軟件可以將等高線數(shù)據(jù)導(dǎo)出為各種格式的數(shù)據(jù)成果，包括CAD(DXF/DWG)、GIS(SHP)等格式，如圖3所示。

圖3　生成的等高線

3　遇到的問題及處理方式

由于項目區(qū)位于山區(qū)，測量時間為冬季，山區(qū)有很多干枯的雜草等植被。SX10外業(yè)掃描時也會把這些植被掃描到，這就需要內(nèi)業(yè)處理時剔除這些雜草數(shù)據(jù)，否則會影響等高線生成的精度。SX10后處理軟件采用天寶TBC軟件，該軟件具有點云自動分類功能，可以在剔除植被、雜點、刺點之后再進行等高線成圖。

4　對比分析

傳統(tǒng)作業(yè)與Trimble SX10作業(yè)對比見表1。

表1

5　結(jié)　語

經(jīng)過對比分析，在山區(qū)等高線測圖應(yīng)用中，在滿足傳統(tǒng)測量工作需求的前提下，Trimble SX10影像掃描儀能夠大幅提高外業(yè)作業(yè)效率，改變了傳統(tǒng)外業(yè)工作方式，提供優(yōu)質(zhì)的可交付成果，為測量工作人員提供了一套完整的解決方案。

參考文獻：

[1] Trimble.Full Total Station Technology Plus a High-precision Scanner in One Revolutionary Machine[EB/OL].[2018-01-05].https:∥geospatial.trimble.com/products-and-solutions/sx10.

[2] 李靜靜. 含斷層的復(fù)雜地質(zhì)體三維建模與等高線生成[D].青島：山東科技大學(xué),2005.

[3] 張志強. 地面三維激光掃描儀在大比例尺測圖中的應(yīng)用[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)(北京),2013.

[4] 楊忞婧. 地面三維激光掃描儀的測量誤差分析[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,36(2):228-232.

[5] 胡奎,王麗英. 三維激光掃描技術(shù)在精細地形圖繪制中的應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,32(7):953-956.

[6] 羅書明,張高平,王光勇,等. CASS大比例尺地形圖繪制關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2010(7):1.

[7] 周夷. 數(shù)字地形圖繪制與應(yīng)用的程序設(shè)計和開發(fā)[D].西安：西安科技大學(xué),2009.

[8] 李保平,魯春陽.《地形圖繪制》課程教學(xué)改革實踐與探討[J]. 中國西部科技,2004(10):40-26.

[9] BLALOCK S J,CASTEEL C,ROTH M T,et al.Impact of Enhanced Pharmacologic Care on the Prevention of Falls：A Randomized Controlled Trial[J]. American Journal of Geriatric Pharmacotherapy,2010,8(5):428-440.

[10]KUZMINSKY S C,GARDINER M S.Three-dimensional Laser Scanning：Potential Uses for Museum Conservation and Scientific Research[J]. Journal of Archaeological Science,2012,39(8):2744-2751.