三维激光扫描技术在大比例尺地形图测绘中的一些应用

牛井义

（安徽省煤田地质局物探测量队，安徽 宿州 234000）

在开展地形图测绘当中，全站仪以及GPS等技术手段有着普遍的应用，而且经过多年发展，这些测绘技术已经非常成熟，具有很强的实用性，但是在野外应用的过程当中，需要工作人员投入大量的劳动力，测绘效率不是很高，而且常常受到地形因素的影响，在一些复杂地形以及危险区域，工作人员很难到达，对于数据获取造成很大影响[1]。三维激光扫描技术有其独特的特点，技术优势比较突出，该项技术有效克服了传统测量方式存在的不足，测量时不需要直接接触物体，测量精度高，而且具有较高的测量效率，将激光束发射到测量对象之后，能够快速及时的对测量对象展开测量，并快速的获得其三维坐标，并在处理这些数据的同时进行建模，行成测量区域三维虚拟模拟与数字地形图，不仅使信息量的获取大幅提升，更保证了测量精度。

1 三维激光扫描系统的构成及工作原理

（1）三维激光扫描系统的构成。在进行测量过程中，扫描系统的控制主要通电供系统来实现，组成了三维激光扫描系统的主要结构，在扫描系统中其构成主要是扫描系统以及测距系统，扫描仪的正常作业主要有控制系统来实现，如测量工作开展时进行点云数据获取，将测站以及后视定向数据输入其中，并科学合理的对扫描参数进行设置，对扫描区域进行合理划分。电源是三维激光扫描系统开展测量工作的重要基础，保证此项技术的顺利开展。

（2）三维激光扫描系统的工作原理。三维激光扫描技术的原理主要为：激光脉冲信号经扫描仪发射器发出之后，并在物体表面进行漫反射，并在相同路径下，通过相反方向向接收器进行传回，这样能够有效的计算P点和S点，同时合理的控制编码器，测量不同的激光脉冲，实现横纵向方面的测量，a与β是扫描角度中的测量值，如图1所示。

图1 三维激光扫描仪坐标计算原理（公式1）

上述P点坐标通过相应的计算获得，为设备自定义坐标系，扫描仪测距激光发射器几何中心为坐标原点，横向扫描中有x轴分布，和其垂直的为横向扫描面内的Y轴，z轴是该设备的主要竖轴，横向扫描面与之呈现垂直状态，实际应用过程中，应当将坐标系进行统一，并合理的转换相应的点云数据，开展外业数据采集过程当中，将架站点以及后视点在其中输入，在设备内便可有效的转换仪器坐标。

2 点云数据的采集与处理

（1）点云数据采集。将某矿区作为研究对象，对相关数据进行测量采集，区内具有复杂的地形特点，缺少地物。针对测区开展扫描测量过程当中，利用三维激光扫描技术来完成，测站点坐标通过双频接收机进行测定，具体流程如下。①准备工作。对勘查区进行实地调查，合理的设置测站点，并按照相关顺序合理扫描，测站点坐标通过GNss测量获得。②设站。将三维激光扫描仪设置在控制点上，同时进行对中整平，将电源接通，将仪器自检作用发挥出来。③网络设置与连接。完成检查后，利用网线有效的链接计算机以及扫描仪，开启Cyclone软件，对工程项目以及测区数据库进行创建，网络连接，依照Scanner Connect进行执行。④扫描设置。合理的对主距的精度以及范围进行设置，并设置各类型的标靶和后视定向。⑤点云数据获取。根据SCAN命令要求，便能对点云数据进行获取。

（2）点云数据处理。通过Cydone软件来有效处理点云数据，针对这些点云数据实施相应分平滑去噪，同时进行匹配拼接，通过系统开展有效处理，生成地形图。①平滑去噪。采集数据过程中，由于设备方面因素影响以及工作者的技术水平，测量物体的表面质量和环境原因等相关因素影响，造成点云数据都有一定的噪声点存在，所以要对这些点云数据开展有效的平滑与降噪工作。②匹配拼接。受地形和视角等影响，为了更好的获取三维地面信息，需要进行多视点和多测量点扫描工作，同时在获取点云数据过程中，坐标的确定主要是基于此仪器坐标系统下完成，并将坐标系进行有效统一，对系统点云数据进行整合，包括拼接点云，拼接标靶，拼接控制点。

3 数据建模及地形图绘制

在确保精度基础上，通过cyclone软件抽稀处理海量的点云数据，将地物点数据以及道路和建筑物等，进行二维图形编制，植被过滤后的地形点数据，依照成图比例尺，对点距过滤合理的进行选择，并进行三维数据模型生成，在此前提下，通过等高设置，进行等高线生成，在CASS软件中开展相应的编辑处理，并直接导入图形，进行输出便可，此时也可对地物和高程点数据进行直接提取，导出时通过TXT格式来完成，并进行DAT格式的CASS坐标文件转化，编辑成图过程中通过CASS软件来实现。

4 结语

通过研究发现，在大比例尺地形图测绘过程当中，应用三维激光扫描技术，发挥着非常大的作用，能够更好的保证测量精度，可以更加快速的对高精度三维数据进行获取，尤其是工作人员难以抵达的区域，利用该项技术优势更加明显。为了进一步推进大比例尺地形图测绘过程当中三维激光扫描技术的应用。今后在此方面应当进一步加强相应的研究工作，进而促进三维激光扫描技术的有效应用，推动相关工作的顺利开展。