三維激光掃描儀在新源滑雪場(chǎng)地形圖測(cè)繪的應(yīng)用

1、<p>　　三維激光掃描儀在新源滑雪場(chǎng)地形圖測(cè)繪的應(yīng)用</p><p>　　內(nèi)容提要：本文通過測(cè)繪生產(chǎn)實(shí)例，簡(jiǎn)要介紹了三維激光掃描儀在全野外數(shù)字測(cè)圖中的應(yīng)用，與常規(guī)測(cè)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(dòng)化程度高、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)，能克服傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器的局限性，直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)三維可視化。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)三

2、維立體模型地形圖測(cè)繪 </p><p>　　中圖分類號(hào)： P2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　常規(guī)全野外數(shù)字測(cè)圖，測(cè)量外業(yè)一般采用全站儀和RTK技術(shù)采集地形數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)采用基于AutoCAD平臺(tái)開發(fā)的成圖軟件編輯成圖。由于地形數(shù)據(jù)是單點(diǎn)逐點(diǎn)采集，每點(diǎn)都要花費(fèi)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(duì)高山峽谷等作業(yè)人員難以到達(dá)的地形險(xiǎn)峻的地區(qū)進(jìn)行數(shù)字測(cè)圖，地形數(shù)據(jù)采集難度加大，作業(yè)效率較低，危險(xiǎn)程度高。 </p><p>　　三維激光掃描技術(shù)是上世紀(jì)九十年代中期開始出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù)，也被稱為實(shí)景復(fù)制技術(shù)，是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后又一項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)新突破。它通過高速激光掃描測(cè)量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)?？梢钥焖?、大量的采集空間點(diǎn)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(shù)手段。它突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量方法，具有高效率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢(shì).三維激光掃描技術(shù)能夠提供掃描物體表面的三維點(diǎn)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(biāo)發(fā)射安全的脈沖激光，直接照射到被測(cè)物體表面，經(jīng)反射后到儀器上的傳感器接收被測(cè)物體表

5、面上反射的激光波束，同時(shí)儀器中的微處理器再迅速計(jì)算出發(fā)出激光波束和接收到反射回來激光波束的時(shí)間差t，就可以得到被測(cè)物體表面到測(cè)距儀之間的準(zhǔn)確距離（S）： </p><p>　　測(cè)量距離S = （Ct ）/ 2（其中C為激光在空氣中的傳播速度）。 </p><p>　　測(cè)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(gè)角度，這樣被測(cè)物體相對(duì)儀器的三維坐標(biāo)值就確定了。 </p>

6、;<p>　　通過連續(xù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行垂直和水平兩個(gè)方向的高速激光脈沖推掃式測(cè)量，獲取被測(cè)物體的三維坐標(biāo)值，在經(jīng)過后處理軟件得處理，快速獲得目標(biāo)體的三維坐標(biāo)信息，利用后處理軟件可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)真三維重建，生成目標(biāo)體的三維圖象和可量測(cè)點(diǎn)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(duì)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(shí)，將測(cè)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(guān)科研、規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作所用。 </p><p>　　三、在新源滑雪場(chǎng)地形圖測(cè)繪項(xiàng)目的應(yīng)用 </p><p><b>　　1.測(cè)區(qū)概況 </b></p><p>　　測(cè)區(qū)位于新源縣東南面天山支脈，測(cè)區(qū)內(nèi)部地勢(shì)南高北低，平均海拔高為1500米，該測(cè)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(cè)區(qū)主

8、要以地貌為主，地物較少。測(cè)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(xiǎn)。地形圖成圖比例尺為1：500，基本等高距1m。作業(yè)時(shí)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(cè)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(diǎn)坐

9、標(biāo)及后視坐標(biāo)，本測(cè)區(qū)采用實(shí)時(shí)測(cè)量測(cè)站點(diǎn)及后視坐標(biāo)進(jìn)行作業(yè)。在測(cè)站點(diǎn)整平對(duì)中后，輸入測(cè)站坐標(biāo)及后視坐標(biāo)，瞄準(zhǔn)后視定向，進(jìn)行測(cè)站全景拍照，點(diǎn)擊所需測(cè)量精度即可作業(yè)。 </p><p>　　瑞格VZ1000儀器架設(shè)不需要整平、對(duì)中、定向(儀器有±10度傾斜改正，內(nèi)置磁羅盤)，不測(cè)量?jī)x器高。采用的測(cè)量方式是掃描標(biāo)靶方式，在每次測(cè)站周圍4米左右的位置布設(shè)標(biāo)靶（標(biāo)靶為4個(gè)直徑5厘米的原型反射片），掃描儀測(cè)到標(biāo)靶反射

10、的為紅色，測(cè)量完畢后用RTK分別測(cè)量標(biāo)靶坐標(biāo)及高程。 </p><p><b>　　3.內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理 </b></p><p>　　（1）徠卡Maptek I-Site軟件：Maptek I-Site是專為地形測(cè)量開發(fā)的一款三維后處理軟件。利用測(cè)站點(diǎn)和定向點(diǎn)坐標(biāo)自動(dòng)配準(zhǔn)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)，各測(cè)站數(shù)據(jù)配準(zhǔn)簡(jiǎn)單方便。軟件也提供更改架站坐標(biāo)，自動(dòng)生成DEM模型，自動(dòng)生成和輸出等

11、高線，計(jì)算體積面積，自動(dòng)剔除植被等功能，生成的等高線可直接導(dǎo)入到CASS軟件，在CASS軟件中只需進(jìn)行平滑處理即可，自動(dòng)化程度較高。 </p><p>　?。?）瑞格RISCAN PRO軟件:數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)后先進(jìn)行粗略拼接配準(zhǔn)，然后使用全自動(dòng)拼接模塊對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，拼接完畢后選取部分適合的標(biāo)靶點(diǎn)對(duì)全圖進(jìn)行糾正，內(nèi)業(yè)進(jìn)行拼接時(shí)所需時(shí)間較長(zhǎng)，操作比較復(fù)雜。點(diǎn)云數(shù)據(jù)需抽稀后導(dǎo)入CASS軟件生成等高線，與常規(guī)全野外數(shù)

12、字測(cè)圖方法類似。 </p><p>　　兩種與激光掃描儀配套軟件就不符合點(diǎn)（樹、牛羊等）和植被均可批量處理，操作簡(jiǎn)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(cè)區(qū)利用全站儀和RTK方法對(duì)于重合區(qū)域和比較明顯的特征點(diǎn)進(jìn)行打點(diǎn)檢查，全測(cè)區(qū)共采集48個(gè)地形特征點(diǎn)，經(jīng)計(jì)

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(yàn)，精度良好。 </p><p>　　測(cè)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(cè)繪方法相比，三維激光掃描儀具有超長(zhǎng)測(cè)程、掃描速度快、獲取信息量大、

14、精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、自動(dòng)化、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)，能克服傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器的局限性，直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)三維可視化。三維激光掃描儀可以大幅度提升基礎(chǔ)地理信息快速獲取的能力和測(cè)繪的應(yīng)急保障能力，為各類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供詳實(shí)的測(cè)繪資料，提高測(cè)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(zāi)害發(fā)生時(shí)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(jì)算機(jī)進(jìn)行快速處理，能充分發(fā)揮高技術(shù)優(yōu)勢(shì)，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(jì)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(shù)可廣泛應(yīng)用于地形測(cè)繪、變形監(jiān)測(cè)、災(zāi)害評(píng)估、文物保護(hù)、城市建筑測(cè)量、建立3D城市模型、采礦業(yè)、大型結(jié)構(gòu)測(cè)量、管道測(cè)量、公路鐵路建設(shè)、隧道工程、橋梁改建、復(fù)雜建筑物施工等領(lǐng)域，尤其在山區(qū)和高山區(qū)的地形測(cè)繪中，更能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，采用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行各類大比例尺測(cè)圖，將大大減少外業(yè)作業(yè)時(shí)間

16、、提高地形圖測(cè)繪精度，因其擁有超長(zhǎng)測(cè)程，其非接觸式測(cè)量方式大大減少作業(yè)人員工作強(qiáng)度，使其不必到危險(xiǎn)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(dá)的位置，極大地保護(hù)了作業(yè)人員和裝備的安全。同時(shí)，測(cè)繪成果可以直接生成3D測(cè)繪產(chǎn)品，能為設(shè)計(jì)人員提供三維產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，提供快速高效經(jīng)濟(jì)的地理信息空間服務(wù)，具有較高應(yīng)用價(jià)值。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p>&l

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