三维激光扫描仪在航道地形测量中的应用

蔡昊 董政

摘 要：航道测绘中的航道地形测量，是保障船舶安全航行的重要基础性工作。三维激光扫描测绘技术作为一项新兴测绘技术，有其独特的优势，将其应用在航道测绘引起了航道测绘工作人员及研究人员的重视。在实际应用中，如何有效的应用三维激光扫描仪实施航道地形测量以及提升技术应用的有效性和可靠性，则成为当前技术应用中主要面临的问题。文章针对三维激光扫描仪在航道地形测量中的应用，进行简要的分析研究。

关键词：三维激光扫描仪 航道地形 测量应用 技术分析

航道地形测量中三维激光扫描仪技术的应用，为近年来一种新兴的应用技术。分析在航道地形测量中，如何确保三维激光扫描仪技术应用的合格性，同时确保航行中的安全性，则引起了广泛的关注。笔者简要分析三维激光扫描仪在航道地形测量中的应用，以盼能为相关项目测量中三维激光扫描仪技术的应用提供参考。

1.三维激光扫描仪的作业运行原理分析

三维激光扫描仪在实际应用中，作业原理主要表现为：通过硬件设备的数据扫描采集，结合软件的数据分析处理，进行最终的结果分析和评估。其中在具体的设备运行中，主要的作业流程分为三部分：测量数据采集、数据预处理、几何模型构建及数据输出。

1.1测量数据采集

数据处理及测量的前提为数据的采集，以及数据库的建立 ，三维激光扫描仪在实际运行中测量数据采集，为首道作业工序。具体实施中测量数据的采集和应用，主要通过三维激光扫描设备，进行区域范围内的数据扫描及采集。通过数据采集为后期的数据模型建立完善的数据库，同时降低后期模型建立中的误差性，提升模型建立的准确性和效率性，保障后期测量数据分析结果的准确性。

1.2数据预处理

前期数据采集中涉及的数据量较多，数据分类较为复杂，因此为提升后期技术应用中的精准性，落实数据的预处理也为技术应用中的主要作业流程。具体实施中数据预处理，主要基于点云数据的滤波处理，电源数据的分割处理，以及各站点间数据的配准及拼接处理进行落实。以此确保数据在后期分类，统计，分析应用中的效率性，并且减少因不良数据存在，造成分析周期过长，产生的技术应用效率降低的现象。

1.3几何模型构建及数据输出

采集数据预处理完成后进行几何模型的构建，为后期的相关数据应用及决策提供参考。具体在几何模型的建立中，主要的作业流程为：三维数据模型建立，缺陷数据的完善处理，模型优化，以及对比性优化操作。几何模型初步建立完成后，为保障后期技术应用的有效性和准确性，技术人员应针对建立的三维模型进行数字化的优化处理，确保模型结构间突出对比性，同时简化模型结构，实现三维数据模型的可视化和精准化应用，如图1所示。

2.三维激光扫描仪在航道地形测量中的应用要点分析

三维激光扫描仪在航道地形测量中的应用，为一类新型的地形测量应用技术。笔者基于实际案例，分析三维激光扫描仪在航道地形测量中的应用效果。

2.1项目介绍

A航道地形测量项目中为一项河道航道的地形测量项目，测量作业实施中两河岸及水域，呈现为长条形东西延伸河道。地表监测点区域，存在部分农业种植地，以及少量的树木和灌木丛。测量前期根据测量区域的地理特征现状及水文现状，测量单位已进行了测量扫描点的设计，以及测量设备的安装布置。

2.2数据采集硬件仪器

外业仪器应用中所选用的数据采集设备，主要通过三维激光扫描仪进行扫描获取。本项目中数据采集作业中，所采用的硬件仪器设备为HDS8800三维激光扫描仪，实际应用中该设备具备操作便捷，扫描距离长，适应性强，扫描数据精度高的优势。同时由于设备数据采集中具备良好的渲染功能，因此扫描采集中的照片，以及点云数据的精度都较高，且扫描数据的完整性也较高，对于后期的测量作业精度提升效果显著。

2.3数据处理软件

数据预处理中本项目中所采用的软件为徕卡Cyclone数据处理软件，其在实际应用中结合HDS8800硬件进行数据的采集及处理，有效的实现了数据采集及处理的高效性，同时在数据处理的过程中，该软件能够通过数字模拟计算的方式，进行相关缺陷数据的快速优化和处理，并且能够根据操作人员的需求，生成相关测量曲线图，网格图。另外在具备网络环境下的测量作业中，系统测量数据能够实现共享应用，对于技术应用中的安全性，以及远程操作的实现奠定了良好的基础。

2.4数据处理

三维激光扫描仪在实际作业中由于扫描精度较高，同时受限于扫描环境现状，为保障后期采集数据应用的完善性和准确性，进行相关扫描数据的滤波处理，去噪处理，也为重要的处理程序。其中过滤处理主要针对扫描中出现的行人，车辆，以及超范围数据进行处理，同时针对多图融合间的衔接角度，衔接点进行优化处理，最终生成数据精准，包含数据全面的精确测量图。

2.5数据分析及评估

数据预处理完成及三维模型构建完成后，为进一步确认技术的实际应用效果，以及技术应用中的精准性。落实数据的分析及评估，则为技术应用中的主要优化措施及作业程序。具体实施中，关于数据的分析及评估，通常结合测量区域的原始数据进行比对分析，针对其中的误差，进行及时的纠正和处理。最终达到完善测量地形图，完善测量数据，提升测量数据应用质量，保障测量数据应用效果的目的。

3.三维激光扫描仪在航道地形测量中的应用注意事项分析

3.1重视基础硬件的更新及维护

三维激光扫描仪在航道地形测量中的应用，宏观分析整体的作业效率较高，作业精确性良好，因此在实际应用中也获得了应用人员的广泛认可。但同时由于技术应用中，对于硬件设备的要求较高，因此在实际应用中落实基础硬件的更新及维护，也为技术应用中的主要注意事项。从当前三维激光扫描仪在航道地形测量中的应用现状方面，以及其设备的作业运行流程方面分析，关于其基础硬件的更新及维护作业落实，主要从设备的处理器，运行内存，以及存储空间升级更新方面，进行设备的基础维护操作和保养。避免因硬件性能较差，造成的系统运行异常，以及数据处理缓慢等不良现象。

3.2注重基礎硬件扫描的选择

受限于测量区域的地表植被，以及灌木丛现状，三维激光扫描仪设备在实际应用中，易出现扫描漏洞，扫描缺陷，以及高程精度误差的现象。因此基于实际的测量现状方面分析，三维激光扫描仪在具体应用中，为保障相关检测作业实施的有效性和准确性。落实扫描测量作业中的仪器设备合理选择，则为技术应用中的重要注意事项。具体实施中如测量区域的植被较高，且数量较多，测量单位在实际作业中可选用全站仪进行测量作业的实施。

3.3加强设备国产化的研发和应用

三维激光扫描仪在航道地形测量中的应用，整体的技术应用效果较为良好，为相关航行作业的安全保障，以及相关水文模型的建立奠定了良好的基础。但同时分析由于目前三维激光扫描仪的设备应用成本较高，因此后期在技术的推广应用中，行业研究机构及科研部门，还应加强相关硬件及处理软件的国产化研发。实际发展中通过国产化的技术研发和应用，最终达到降低技术应用成本，提升技术实际应用质量的目的。

分析当前三维激光扫描仪在航道地形测量中的应用，整体的技术应用效果较为良好，但从具体的应用细节方面分析，由于技术应用中的测量扫描数据较多，同时由于其技术应用中的外界干扰因素较多。因此在实际应用中加强技术应用中的硬件维护更新，落实软件的国产化研发，以及对应扫描装置的选择，则为技术应用中的主要方向和策略。以此合理的提升技术的实际应用效果，同时合理的降低因技术应用不到位造成的测量误差等不良现象。

参考文献：

[1]周鹏，赵松.三维激光扫描仪在地形测量中的一体化应用[J].科技创新导报，2015，12（11）：58.

[2]申建国.三维激光扫描仪在地形测量中的应用[J].仪器仪表标准化与计量，2018（02）： 46-48.

[3]李裕聪.三维激光扫描仪在航道地形测量中的应用[J].中国水运，2016（08）： 40-42.