基于三維激光掃描技術的地表等高線獲取

袁志明 李沛鴻

摘 要：三維激光掃描技術是繼全球定位系統技術之后的又一項重大的測繪新技術革命，幾十年來的發展使得三維激光掃描技術發展地越來越成熟。實際生產中，小范圍的等高線獲取采用GPS、RTK或者全站儀等獲取點位信息，然后使用Cass等軟件進行等高線的生成；大范圍區域等高線獲取通常采用傳統的航測、空三加密、立體設備采集等流程，流程復雜。三維激光掃描技術具有數據采集高效、高精度、非接觸性等特點，能夠極大降低外業勞動強度、減少生產環節、縮短生產周期的優勢。本文提出使用Riegl VZ1000掃描儀，運用RiSCAN_PRO軟件和Realworks軟件進行快速獲取等高線的方案。

關鍵詞：三維激光掃描；高效快速；Riegl VZ1000；RiSCAN_PRO；Realworks

1 緒論

三維激光掃描技術（3D Laser Scanning）是一種能快速獲取掃描物體表面模型的新興技術，三維激光掃描儀發射紅外線光束，光束接觸到物體后反射回掃描儀，掃描儀對激光點所接觸物體表面的信息進行處理并自動存儲和計算，獲得點云數據。朱蕾蕾結合基礎的地理信息系統這一平臺進行三維激光掃描的點云數據快速生成等高線，具有高效、快速、簡約以及美觀清晰的特點。[3]馮梅等人利用三維激光掃描儀測得的點云數據，使用六種不同的軟件生成等高線。通過不同軟件之間的分析、比較、找出最合理有效的等高線生成方法。[10]本文所采集的數據是贛州市某地區的邊坡點云和江西理工大學本部校園內的邊坡數據，通過運用RiSCAN_PRO和Realworks這兩個軟件進行數據處理，研究出一套適合工程應用的地面等高線獲取的方法。

2 數據采集

2.1 數據采集流程

（1）任務概述和測區概括；

（2）技術依據；

（3）導線控制網主體方案；

（4）實地選點和埋石；

（5）外業觀測和內業計算；

（6）測站的架設；

（7）標靶點云數據的數據采集。

2.2 設計方案主體如下

（1）控制網點應該建立在穩固的地方，距離待測邊坡100米以內；（2）每次進行掃描工作時，都要對控制點進行復測，以驗證控制點是否發生位移；（3）新建的控制點要與原有的控制點進行聯測，包括其水準測量和平面測量；（4）用RTK與三維激光掃描儀一起聯測，需要獲取公共區域的特征點，保證相鄰的兩站數據有30%以上的重疊。

3 點云數據的處理

3.1 數據預處理

數據的預處理：由于本文數據采集點區域范圍不大，所以只采集了一站數據，因此數據處理無需點云拼接。第一個步驟是坐標糾正，即控制點坐標糾正、其次是點云去噪、點云數據濾波。若數據量非常大時，在進行數據去噪之前要進行數據分割，有利于數據的處理。

本論文運用軟件Riscan Pro，它的特點在于方便儀器參數的設置，數據的自動提取，不同坐標系的轉換，可導入其他測量工具的測量數據以提高精度。

3.2 運用 RiSCAN PRO進行數據的轉換

左鍵project然后點擊open，打開點云數據文件，在SCANS文件下有顯示測站數據，雙擊打開數據能設置點云數據的顯示狀態。在view type中選擇3D模式，在描述欄中選擇All points have the same color，選擇單色，確定好之后我們可以看到點云數據的3D空間分布圖。

3.3 RealWorks進行除噪

進行數據的濾波，常規的方法有以下幾種。第一種，減短掃描儀到掃描物體的距離，這樣以來其遮擋物更少，點云數據的噪聲更小。第二種方法，是減少掃描儀系統自身的噪聲，通過調整儀器的參數。第三，則是通過電腦和軟件進行手動的噪聲剔除，提取噪聲小的數據。

3.4 RealWorks進行等高線的提取

左鍵File，點擊Open鍵，打開已經存儲的數據。在彈出的窗口的Header選擇0，Separator欄選擇Comma，Units選擇米然后點擊ok。

在軟件的界面上可以看到點云數據的三維形狀，雙擊點云數據可以選中所有的數據。點擊Segmentation tool→點擊Polygonal Selection→從一點到另一點，提取所需要的點云區域范圍，間隔為1米→計算等高線，限差為0.01，進行預覽→定義主等高線，可以定義跳過的個數→顯示等高線，點擊創建即完成。

4 結語

本文不足之處在于，點云數據采集只有一站數據，沒有涉及到點云的拼接。以后的研究中，在點云壓縮，點云去噪，數據分割，特征點提取等過程可以采用其它學者提出來的算法進行數據處理，以提高數據處理的效率進而提高工程應用的效率。通過其它數據處理軟件進行實驗對比，比較本文的等高線提取方法和其它軟件處理的效率的高低，從而得出更為合適的方案。本文通過自身的實踐操作，總結出來在已有條件下快速高效獲取等高線的一套方案，該方案將三維激光掃描技術和GPS測量技術相結合，以保障數據采集的精度。

參考文獻：

[1]姚春靜，胡唯.基于特征約束的LiDAR點云等高線自動生成方法[J].長江科學院院報，2014，12：113-116+123.

[2]何美章，朱慶，杜志強，張葉廷，胡翰，林月冠，齊華.從災后機載激光點云自動檢測損毀房屋的等高線簇分析方法[J].測繪學報，2015，04：407-413.

[3]朱蕾蕾.利用LiDAR點云快速進行等高線制作[J].科技資訊，2015，20：47+49.

[4]楊穎，魏國忠，魯一慧.基于LiDAR點云的等高線批量自動提取[J].測繪與空間地理信息，2015，11：167-169.

[5]毛詩漫.淺談在ERDAS中生成等高線的方法[J].科技創新與生產力，2013，03：69-70.

[6]毛詩漫.基于激光雷達點云數據生成等高線[J].科技創新與生產力，2013，06：73-74.

[7]陳靜，劉繽艷，姜志賢.利用等高線及地形特征點云制作任意方向線路縱斷面圖[J].測繪技術裝備，2013，03：52-53.

[8]李樂林，江萬壽.基于等高線族分析的LiDAR點云建筑物模型自動識別及重建[J].測繪通報，2013，10：23-25+29.

[9]陳弘奕，胡曉斌.海量點云數據等高線生成算法研究[J].測繪通報，2013，10：83-86.

[10]馮梅，鐘斌.基于LiDAR點云自動生成等高線的方法研究[J].測繪與空間地理信息，2012，06：87-90+93.