基于三维激光扫描技术的新型地形测绘.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 23 日 作者简介：张野（1993），男，汉族，内蒙古满洲里人，在职本科，就职于中建材河北勘测设计院有限公司，助理工程师，研究方向为地理信息与测绘相关技术。-32-基于三维激光扫描技术的新型地形测绘 张 野 中建材河北勘测设计院有限公司，河北 保定 071000 摘要：摘要：在新的基础测绘框架中，新型地形测绘展现了丰富的要素种类、完整的属性信息和三维数据等特性。三维激光扫描技术，也被称为三维实景复制技术，为了提高新型地形测绘工作质量和工作效率，必须要采用高效快速地方法对其开展测量与更新作业。充分发挥三维激光扫描技术在空间三维数据收集方面的优越性，将这种三维激光扫描技术融入到新型地形测绘技术中。关键词：关键词：三维激光扫描技术；新型；地形测绘 中图分类号：中图分类号：TU201 1 三维激光扫描技术的应用技术原理 三维激光扫描技术，也被称为三维实景复制技术，在实际操作过程中，需要利用激光扫描设备对目标区域进行实景扫描以获取数据，并根据这些数据对实际场景进行数字化建模。通常，设备能够收集到的数据包括被检测区域的环境要素信息、检测控制点位信息、被测建筑物体表面的光照反射强度等。将采集的原始数据导入计算机当中，经过处理之后得到相应的图形结果，这些图形结果包含了一定数量的建筑物模型以及结构体形状特征等相关内容。通过收集颜色信息，我们构建了一个三维空间点云数据模型，该模型能够对被扫描的建筑物体的环境、建筑主体、内部结构等部分区域进行实际的数据绘制和研究。在当前的国内测绘领域，三维激光扫描技术主要被用于为待测建筑物主体创建三维坐标系进行测绘。一旦确定了被测物体的精确三维坐标，主要的数据信息将包括距离、扫描、方位和角位移等方面的信息。其中，最重要也是使用频率最高的就是角度测量了，它是根据不同方向上目标物之间的关系所获得的一组空间几何量。为了确保测绘工作的高质量完成，我们需要对这些数据进行精确的采集。（1）在进行测绘的过程中，通常采用三维激光技术来对目标建筑物的主体部分进行详细的遥感测绘和分析。其中，以相位测量法最为常见，它是一种基于相干光传输原理而发展起来的新型遥感技术，其能够快速准确地获取目标物与环境之间的空间几何关系。在测绘技术中，常见的方法主要包括相位测量法、脉冲测量法和三角剖分法这三种。它能够准确的获取到被测物体表面反射回来的光线强度与相位差关系，进而根据相关公式来完成相应的数据处理工作。在所有上述的遥感测绘技术中，相位测量法是最常被采用的一种。利用相位测量法进行遥感测绘，能够有效地分析和计算光学信号的被测距离，进而进行相对差值的调制，并根据实际测量数据和计算结果，确定被测距离随时间变化的具体形态信息。另外一种测量方法是三角剖分测量法，它也属于相位测量法的一种类型。这种测量方法在一些对数据精确性有较高要求的行业中得到了广泛应用，比如在医学领域。在分析测量距离时，三角剖分法主要依赖于几何学的运用，通过计算和分析测量数据之间的几何关系，以实现对目标物体距离数据的精确测量。这种方法在近距离测量任务中得到了广泛应用。最终采用的是脉冲测量法，该方法通过脉冲的发射和接收产生的时差来获取距离测量数据，然后对这些测量数据进行分析和计算，以进行遥感测绘。这种脉冲测量法在三维激光扫描设备中得到了广泛的应用。（2）在进行角位移数据的测量以及数据分析和计算时，角位移测量数据被认为是三维激光扫描数据中的核心测量元素。根据角位移数据的特点，可以将其分为直线式和圆弧型两大类。在实际数据的测量和分析过程中，有必要对线性位移数据和角位移数据这中国科技期刊数据库 工业 A-33-两类不同类型的数据进行精确测量。对于非线性位移数据的测量与处理，一般采用基于最小二乘法的数据处理方法，通过拟合出误差函数曲线来实现数据的有效估计。在处理直线位移数据的测量任务时，我们通常会结合 CDD 设备、直角棱镜和激光发生器等多种设备，以形成一个系统化的测量计划，从而能够对被测物体的直线位移数据进行精确的测量和深入的分析。在进行角位移数据的测量和分析时，我们需要测量和分析被测物体的角位移幅度数值，根据数据的分析和计算结果，我们可以得到步距角等数据，从而获得对角位移数据的实际数值。（3）从根本上说，三维激光扫描技术是一种用于对目标建筑物主体进行扫描和定位的方法。由于被测物表面具有一定程度的凹凸不平度，因此需要使用高精度的测距传感器来采集物体之间的相对位移量，进而实现对测得信息的精确定位。扫描的主要目的是为了精确地获取待测建筑物的空间坐标信息，这也是三维激光扫描过程中的关键步骤。我们使用设备向待测建筑物的主体部分发射激光进行扫描，并根据激光在发射和接收过程中的时间差异，即激光的往返时间和相位差异，进行精确的测量和计算，以获得准确的距离信息。在扫描被测建筑物的主体结构时，扫描测量系统的内部时钟负责对设备编码器进行精确控制，以便准确地测量其纵向和横向角度，从而确保数据获取的准确性。同时利用相应的公式对三维坐标信息进行解算工作，进而获得被测目标物的实际空间位置参数，为后续的定位与定向等操作提供参考依据。通过应用相关的数学公式，我们对被测点的三维空间坐标和位置坐标进行了详细的计算分析，从而成功地获取了被测点的三维空间坐标数据。此外，还能够利用空间直角三角形原理来完成三维信息的投影过程，从而得到相应的投影图像。2 三维激光扫描技术的应用 2.1 外业数据收集工作环节 在应用三维激光扫描技术的过程中，外业数据采集阶段所收集的数据信息质量的高低，会直接影响到三维建模的工作质量，而人流量是影响点形成的重要因素之一。因此，在进行数据获取时必须做好相应的保障措施，保证相关人员和设施能够安全通行，避免安全事故发生。在进行外业测量时，除了采用错峰数据的收集方式，还引入了弹性测量的工作机制。当大量的工作人员和车辆经过时，通过人为地控制数据信息的收集，可以有效地减少扫描仪与建筑物之间的距离，从而增加测量点的数量。同时，对于一些复杂形状物体进行测量时，由于受到环境限制，往往会出现一定程度上的误差。在数据处理的各个阶段中，点云的拼接被视为其中的一个关键和棘手的问题。在实际的测量任务中，我们必须确保前后两侧的梁站之间有 30%的重叠，并确保不同的测量点都有一个完整的测量平面。为此，我们可以在相邻的测量点上设置一个中心点作为测量目标，这将为后续的数据拼接提供重要参考。为了实现这一目的，必须合理控制扫描参数设置和优化扫描结果。扫描参数的设定与点云的质量设计有着紧密的联系，激光点的频率参数的设置直接影响到目标的识别距离和点云拼接的准确性。根据相关理论基础，对影响扫描仪精度的主要因素进行了详细分析，并提出了提高其整体性能的措施。激光扫描时，其垂直方向的分辨率被设定为 0.182，而在水平方向上，分辨率被设定为 0.0035。根据以上参数选择合适的摄影方案和相机拍摄方式开展测绘作业。在进行地质数据的扫描任务时，利用数码相机设备同步进行摄影，并据此绘制了初步的草图。将其与原始点云模型结合起来形成三维地质剖面，然后利用计算机编程实现数据处理功能。在完成每个站点的数据信息扫描后，必须对点云数据进行深入的筛选，并对其中可能存在的缺陷或过多的数据点进行重新的测量和修正。2.2 高精度点云数据获取与处理 我们通过实际案例来检验地质工程的精度。并针对不同情况分别采用了两种方式来展开具体的操作。在数据收集的过程中，首先需要对地形进行初步的勘查，完成这些勘查后，再开始制定相应的三维激光扫描测绘计划。针对于具体的应用情况而言，主要有以下两种类型，分别是普通扫描与特别扫描。根据现场的实际情况，我们选择了满足使用标准的三维激光扫描设备，并使用扫描仪对其检测区进行全方位、无死角的立体扫描。在扫描过程中，需要确保扫描的侧站间距控制中国科技期刊数据库 工业 A-34-在 50m 以下，同时点云密度也要控制在 3cm6cm 的范围内，这样可以提高数据的完整性和准确性，确保收集到的数据信息是全面的。针对不同类型的扫描需求，可以采用适当的方法实施有效的补全处理工作，进而保证后续测量精度及效率，并能为后期工程应用提供一定的参考依据。特殊扫描指的是在某些特定区域无法进行初步扫描的情况下，需要进行有针对性的扫描，通常是通过补充扫描的方式来进行相应的扫描操作。通过分析不同区域的特点和需求，确定具体的处理方式，保证最终得到的数据具有较高的可靠性。所谓的区域细分，其核心目标是高效地管理点云数据中的合并错误。一般采用在地图上绘制一个小范围或者大面积的区域，然后将其作为基准，根据不同类型的特征点进行定位分析，并确定每个点位之间的相互关系。在进行区域细分工作时，主要的关注点是确保数据的准确性和可靠性。在此过程中，要做好地图要素的测量和分析工作，以此为基础来保证空间关系信息完整准确，从而达到有效利用土地资源的目的。在常规操作中，我们会选择 530 个内部测量点来进行精确的位置分类，随后进行点云的拼接和坐标的转换工作。第一步为确定合理的采样数量，在保证每个点位均能覆盖到一定面积上的前提下，选取最适合于该地区测绘需求的测量密度，从而达到理想效果。在具体操作中，无需特别关注与制图接边有关的问题，因为所监测的目标主要是地形图。在对测块点云进行转换之后，必须确保转换得到的实际坐标满足预定的精度标准。最终步骤包括使用相应的分析方法来检验点云的准确性，排除不合格的数据，并通过重新选择和转换坐标来提升被测块点云的精度。2.3 地形图测绘 首先进行特征点的提取和绘制。这个提取过程主要是对路面上的特定物体进行分析和提取。在这个过程中，需要利用三维激光扫描技术的数据处理能力，人工提取山谷中的高位置，例如山壁的中心或稍微偏下的地方。然后，在收集到的特征点上安装相应的格式，完成数据的传输。这个步骤的目标是将特征点表现在大比例尺的数字测绘软件中，通过观察和分析软件展示的内容，实现对地物的精确测绘。具体而言，利用三维激光扫描仪采集道路两侧区域信息，经处理之后可得到相应范围内的高程值，根据此数值便能够获得地形表面起伏状况。其次，在进行地物测绘工作时，由于山谷中的地物和植被的存在，很难确保测绘结果的准确性。因此，在开始实际的测绘工作之前，有必要清除植被和地物的点云数据。在进行清除工作时，应努力实现人工和自动化的结合，以提高测量数据的精确度。同时，可以采用平均面迭代法来完成数据的去除工作。主要的操作流程如下：删除路面上非常明显的非地貌数据，对于一些肉眼无法观察到的数据，如小型石子，就需要应用平均面迭代法来计算所有数据的平均面，并删除与该平面相距较远的数据。但需要注意的是，不需要删除所有非地貌数据，只有在进行 56次迭代后，才可以进行剩余数据的删除，以确保地貌数据获取的精确性。然而，在实际的测绘工作中，经常会遇到点位分布不均匀和点位密度过大的问题，这大大削弱了等高线的整体性能。为了解决这个问题，工程测绘人员对点云数据进行了处理，并采用了自动抽稀技术，以确保所有测绘数据都能满足地形测绘的标准要求。随后，相关的数据会被传送到软件里，从而达到自动产生等高线的目的。此外，为了确保所构建出的模型具有较高的精度，需要借助一定的方法来提取地形图中点的信息。利用扫描技术获得的等高线能够更加清晰地展示其内部信息，这不仅大大提高了数据等高线位置的准确性和可靠性，还能真实地展现地形的实际状况。其次，对获取到的等高线数据进行拼接和融合处理。最终，按照上述步骤进行测绘时，所得到的等高线容易出现如局部缺失或不平滑等问题。因此，这个工程的测绘团队对其进行了进一步的编辑和绘图处理，其核心原理是将等高线测绘图和地物图形进行叠加，通过深入的观察，我们发现了它们之间的差异和不足之处。3 结语 在当前的项目建设和实施过程中，地形测量被视为至关重要的一环。它不仅能帮助我们了解整个工程所在地区的地理特征和地理环境等情况，同时还能为后续施工提供参考依据。中国科技期刊数据库 工业 A-35-我国地域广阔，地形多变，地势起伏明显，随着建筑业的持续发展，高层建筑的数量也在逐年增加。由于高层建筑对空间要求较低，因此对于测绘工程的质量要求相对更高。鉴于上述因素，地形测量任务变得越来越具有挑战性。利用三维激光扫描技术，我们可以在最短的时间内捕获大量的三维空间数据。这种技术不仅操作简便、高度可靠，还具有实时和智能的特点，因此在地形测量项目中有着广泛的应用前景。参考文献 1耿霄雯.三维激光扫描技术在地形测绘中的应用探究J.建材与装饰,2019(03):234-235.2汪仁银,李开伟,陈锐等.三维激光扫描技术在地形测绘中的应用J.测绘通报,2018(12):159-162.3仲照东,任子炎,陈刚等.三维激光扫描技术的地形测绘研究J.激光杂志,2018,39(07):92-95.4刘远征,文武,钱学智.基于地面三维激光扫描下精细地形测绘的分析J.工程技术研究,2018(06):135-136.5陈伟东.三维激光扫描技术在地形地质测量中的应用J.世界有色金属,2018(07):197+199.