三維激光掃描儀在新源滑雪場地形圖測繪的應用

1、<p>　　三維激光掃描儀在新源滑雪場地形圖測繪的應用</p><p>　　內(nèi)容提要：本文通過測繪生產(chǎn)實例，簡要介紹了三維激光掃描儀在全野外數(shù)字測圖中的應用，與常規(guī)測繪方法相比，三維激光掃描儀具有掃描速度快、獲取信息量大、精度高、自動化程度高、工作效率高等優(yōu)點，能克服傳統(tǒng)測量儀器的局限性，直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)三維可視化。 </p><p>　　關鍵詞：三維激光點云數(shù)據(jù)三

2、維立體模型地形圖測繪 </p><p>　　中圖分類號： P2 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　常規(guī)全野外數(shù)字測圖，測量外業(yè)一般采用全站儀和RTK技術采集地形數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)采用基于AutoCAD平臺開發(fā)的成圖軟件編輯成圖。由于地形數(shù)據(jù)是單點逐點采集，每點都要花費幾秒鐘甚至幾分鐘，不

3、能快速獲取大量空間信息，特別是對高山峽谷等作業(yè)人員難以到達的地形險峻的地區(qū)進行數(shù)字測圖，地形數(shù)據(jù)采集難度加大，作業(yè)效率較低，危險程度高。 </p><p>　　三維激光掃描技術是上世紀九十年代中期開始出現(xiàn)的一項高新技術，也被稱為實景復制技術，是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后又一項測繪技術新突破。它通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標數(shù)據(jù)?？梢钥焖?、大量的采集空間點位信息，為快速建立

4、物體的三維影像模型提供了一種全新的技術手段。它突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，具有高效率、高精度的獨特優(yōu)勢.三維激光掃描技術能夠提供掃描物體表面的三維點云數(shù)據(jù)，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型。 </p><p>　　二、三維激光掃描儀的工作原理及配套軟件 </p><p>　　三維激光掃描儀通過向目標發(fā)射安全的脈沖激光，直接照射到被測物體表面，經(jīng)反射后到儀器上的傳感器接收被測物體表

5、面上反射的激光波束，同時儀器中的微處理器再迅速計算出發(fā)出激光波束和接收到反射回來激光波束的時間差t，就可以得到被測物體表面到測距儀之間的準確距離（S）： </p><p>　　測量距離S = （Ct ）/ 2（其中C為激光在空氣中的傳播速度）。 </p><p>　　測量距離確定后，儀器本身可以記錄發(fā)出激光和返回激光的2個角度，這樣被測物體相對儀器的三維坐標值就確定了。 </p>

6、;<p>　　通過連續(xù)對目標進行垂直和水平兩個方向的高速激光脈沖推掃式測量，獲取被測物體的三維坐標值，在經(jīng)過后處理軟件得處理，快速獲得目標體的三維坐標信息，利用后處理軟件可實現(xiàn)目標真三維重建，生成目標體的三維圖象和可量測點云數(shù)據(jù)，并可方便的轉(zhuǎn)化為多種輸出格式的圖形產(chǎn)品。通過對這些數(shù)據(jù)和圖形產(chǎn)品的深入分析，即可獲取我們需要的信息。同時，將測繪模型快速轉(zhuǎn)換為AutoCAD、3Dmax、PDF、AutoPlant、MicroSt

7、ation等軟件可處理的文件格式，為相關科研、規(guī)劃和設計工作所用。 </p><p>　　三、在新源滑雪場地形圖測繪項目的應用 </p><p><b>　　1.測區(qū)概況 </b></p><p>　　測區(qū)位于新源縣東南面天山支脈，測區(qū)內(nèi)部地勢南高北低，平均海拔高為1500米，該測圖范圍屬于高山地區(qū)，最高海拔約為2429米，高差起伏較大，測區(qū)主

8、要以地貌為主，地物較少。測區(qū)人員通行困難，普通全站儀外業(yè)數(shù)據(jù)采集效率低且比較危險。地形圖成圖比例尺為1：500，基本等高距1m。作業(yè)時間為春季，植被還未完全發(fā)育，比較適合三維激光掃描儀工作，本測區(qū)分別采用徠卡HDS8800和瑞格VZ1000兩種掃描儀作業(yè)。 </p><p><b>　　2．外業(yè)數(shù)據(jù)采集 </b></p><p>　　徠卡HDS8800儀器架站需站點坐

9、標及后視坐標，本測區(qū)采用實時測量測站點及后視坐標進行作業(yè)。在測站點整平對中后，輸入測站坐標及后視坐標，瞄準后視定向，進行測站全景拍照，點擊所需測量精度即可作業(yè)。 </p><p>　　瑞格VZ1000儀器架設不需要整平、對中、定向(儀器有±10度傾斜改正，內(nèi)置磁羅盤)，不測量儀器高。采用的測量方式是掃描標靶方式，在每次測站周圍4米左右的位置布設標靶（標靶為4個直徑5厘米的原型反射片），掃描儀測到標靶反射

10、的為紅色，測量完畢后用RTK分別測量標靶坐標及高程。 </p><p><b>　　3.內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 </b></p><p>　?。?）徠卡Maptek I-Site軟件：Maptek I-Site是專為地形測量開發(fā)的一款三維后處理軟件。利用測站點和定向點坐標自動配準外業(yè)采集的數(shù)據(jù)，各測站數(shù)據(jù)配準簡單方便。軟件也提供更改架站坐標，自動生成DEM模型，自動生成和輸出等

11、高線，計算體積面積，自動剔除植被等功能，生成的等高線可直接導入到CASS軟件，在CASS軟件中只需進行平滑處理即可，自動化程度較高。 </p><p>　?。?）瑞格RISCAN PRO軟件:數(shù)據(jù)導入計算機后先進行粗略拼接配準，然后使用全自動拼接模塊對點云數(shù)據(jù)進行配準，拼接完畢后選取部分適合的標靶點對全圖進行糾正，內(nèi)業(yè)進行拼接時所需時間較長，操作比較復雜。點云數(shù)據(jù)需抽稀后導入CASS軟件生成等高線，與常規(guī)全野外數(shù)

12、字測圖方法類似。 </p><p>　　兩種與激光掃描儀配套軟件就不符合點（樹、牛羊等）和植被均可批量處理，操作簡單，與CASS成圖軟件具有較好的數(shù)據(jù)兼容功能。 </p><p><b>　　4.成圖精度檢核 </b></p><p>　　在測區(qū)利用全站儀和RTK方法對于重合區(qū)域和比較明顯的特征點進行打點檢查，全測區(qū)共采集48個地形特征點，經(jīng)計

13、算平面中誤差為±0.05m；高程中誤差為±0.161m，高程最大誤差為+0.443m，高程平均誤差為0.125m。經(jīng)過檢驗，精度良好。 </p><p>　　測區(qū)部分三維立體模型圖 </p><p><b>　　四、結(jié)論 </b></p><p>　　與常規(guī)測繪方法相比，三維激光掃描儀具有超長測程、掃描速度快、獲取信息量大、

14、精度高、實時性強、自動化、工作效率高等優(yōu)點，能克服傳統(tǒng)測量儀器的局限性，直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)三維可視化。三維激光掃描儀可以大幅度提升基礎地理信息快速獲取的能力和測繪的應急保障能力，為各類項目的設計提供詳實的測繪資料，提高測繪不同成圖比例尺的3D產(chǎn)品生產(chǎn)的效率；在滑坡、崩塌等地質(zhì)災害發(fā)生時能快速提供高分辨率三維數(shù)據(jù)。獲取的三維數(shù)據(jù)可以直接利用計算機進行快速處理，能充分發(fā)揮高技術優(yōu)勢，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。工作效率是普通全站

15、儀的8～10倍，比常規(guī)全野外數(shù)字化成圖提高經(jīng)濟效益50%以上，節(jié)約了大量的資金、人力和物力。 </p><p>　　三維激光掃描技術可廣泛應用于地形測繪、變形監(jiān)測、災害評估、文物保護、城市建筑測量、建立3D城市模型、采礦業(yè)、大型結(jié)構測量、管道測量、公路鐵路建設、隧道工程、橋梁改建、復雜建筑物施工等領域，尤其在山區(qū)和高山區(qū)的地形測繪中，更能發(fā)揮其優(yōu)勢，采用三維激光掃描技術進行各類大比例尺測圖，將大大減少外業(yè)作業(yè)時間

16、、提高地形圖測繪精度，因其擁有超長測程，其非接觸式測量方式大大減少作業(yè)人員工作強度，使其不必到危險區(qū)域去采集數(shù)據(jù)，尤其是可以采集某些人員不能到達的位置，極大地保護了作業(yè)人員和裝備的安全。同時，測繪成果可以直接生成3D測繪產(chǎn)品，能為設計人員提供三維產(chǎn)品進行設計，提供快速高效經(jīng)濟的地理信息空間服務，具有較高應用價值。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p>&l

17、t;p>　　【1】 基于地面三維激光掃描的精細地形測繪，梅文勝，周燕芳，周俊,《測繪通報》2010年第1期。 </p><p>　　【2】基于地面三維激光掃描技術的快速地形圖測繪.彭維吉，李孝雁，黃颯?！稖y繪通報》2013年第3期。 </p><p>　　【3】基于激光點云的三維可視化方法.周克勤，趙煦，丁延輝，《武漢大學學報：信息科學版》2003年28期。 </p>