張明娟

【摘? 要】本文首先介紹了地面三維激光掃描儀工作原理，分析了在地面三維激光掃描的精細(xì)地形測(cè)繪中存在的問(wèn)題，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從外業(yè)數(shù)據(jù)采集等多個(gè)角度與方面，探討了基于地面三維激光掃描的精細(xì)地形測(cè)繪相關(guān)方法。

【關(guān)鍵詞】地形測(cè)繪;地面三維激光掃描;方法應(yīng)用;控制應(yīng)用

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)快速發(fā)展，地面三維激光掃描技術(shù)迎來(lái)了前所未有的重大發(fā)展機(jī)遇，如何采取有效方法與策略，全面提升地面三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用成效，促進(jìn)精細(xì)地形測(cè)繪質(zhì)量提升，備受測(cè)繪行業(yè)關(guān)注。本文就此展開(kāi)了探討。

1.地面三維激光掃描儀工作原理

地面三維激光掃描技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)繪行業(yè)的常用技術(shù)方法之一，是全面優(yōu)化提升地形測(cè)繪實(shí)際效能，改進(jìn)地形測(cè)繪綜合評(píng)價(jià)方法的重要技術(shù)手段，在當(dāng)今測(cè)繪領(lǐng)域扮演著不可替代的關(guān)鍵角色。地面三維激光掃描技術(shù)主要有賴(lài)于特定掃描儀的主要作用，在處理器、分析軟件、電源等設(shè)備要素的協(xié)同作用下，對(duì)地形數(shù)據(jù)信息進(jìn)行掃描、搜集、分析、處理與存儲(chǔ)，形成系統(tǒng)化、全面化、立體化的地形測(cè)繪數(shù)據(jù)模型，為相關(guān)行業(yè)的推進(jìn)與實(shí)施提供基礎(chǔ)性依據(jù)與參考。地面三維激光掃描儀包括了掃描系統(tǒng)、校準(zhǔn)系統(tǒng)以及激光測(cè)距系統(tǒng)等，上述不同系統(tǒng)構(gòu)成要素，在掃描儀中發(fā)揮著不同作用，在測(cè)繪數(shù)據(jù)信息分析與處理中的效用差異顯著，共同構(gòu)建形成了高效穩(wěn)定、精細(xì)準(zhǔn)確的測(cè)繪技術(shù)系統(tǒng)方法（如圖1所示）。隨著現(xiàn)代地形測(cè)繪實(shí)踐工作要求的不斷提高，三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)愈發(fā)突出，測(cè)繪效率更高，可在更短的時(shí)間跨度范圍內(nèi)，完成更多數(shù)量的地形掃描任務(wù)，既適用于相對(duì)陡峭的山脈，也適用于開(kāi)闊平坦的平原[1]。

2.在地面三維激光掃描的精細(xì)地形測(cè)繪中存在的問(wèn)題

2.1測(cè)繪數(shù)據(jù)處理相關(guān)軟件匹配性不足

在地面三維激光掃描中，需要運(yùn)用相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)籌分析與整理，以獲取最為可靠與全面的測(cè)繪數(shù)據(jù)信息，形成地形測(cè)繪數(shù)據(jù)模型。縱觀當(dāng)前測(cè)繪數(shù)據(jù)處理相關(guān)軟件系統(tǒng)，普遍存在著匹配性不足，分析處理實(shí)際應(yīng)用價(jià)值相對(duì)缺失等共性問(wèn)題，阻礙著測(cè)繪數(shù)據(jù)處理效率的優(yōu)化提升，不利于獲得最為客觀的精細(xì)地形測(cè)繪數(shù)據(jù)信息。由于測(cè)繪數(shù)據(jù)處理軟件匹配性不足，無(wú)法在特定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)測(cè)繪數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)互通互享，難以實(shí)現(xiàn)測(cè)繪數(shù)據(jù)的縱向與橫向?qū)Ρ取?/p>

2.2三維激光掃描的智能性不足，采集數(shù)據(jù)不完整

隨著現(xiàn)代智能控制技術(shù)的快速發(fā)展，地面三維激光掃描技術(shù)的智能化趨勢(shì)開(kāi)始凸現(xiàn)出來(lái)。基于智能化特征與優(yōu)勢(shì)，三維激光掃描技術(shù)的綜合價(jià)值大大提升，使精細(xì)地形測(cè)繪的現(xiàn)實(shí)意義更加重要。實(shí)踐表明，部分三維激光掃描技術(shù)的智能化水平不足，在數(shù)據(jù)采集等方面的完整性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，時(shí)常造成測(cè)繪數(shù)據(jù)信息缺失等問(wèn)題，甚至部分關(guān)鍵核心測(cè)繪數(shù)據(jù)不完整，與當(dāng)前高強(qiáng)度、快節(jié)奏、高要求的精細(xì)地形測(cè)繪需求不相適應(yīng)。

2.3三維激光掃描技術(shù)人員綜合技能不足

基于地面三維激光掃描技術(shù)的精細(xì)地形測(cè)繪工作對(duì)相關(guān)技術(shù)人員的綜合技能提出了更高要求，使測(cè)繪技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)與實(shí)操技能面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。從當(dāng)前三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用實(shí)際來(lái)看，部分技術(shù)人員對(duì)地形測(cè)繪技術(shù)的基礎(chǔ)理論掌握不牢固，對(duì)地面三維激光掃描儀的操作不甚熟練，質(zhì)量意識(shí)與責(zé)任意識(shí)淡化，在地形測(cè)繪中的事前分析、事中控制與事后反饋方面存在短板，難以對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確問(wèn)題做出科學(xué)規(guī)范處理，必須給予高度重視。

3.基于地面三維激光掃描的精細(xì)地形測(cè)繪研究

3.1外業(yè)數(shù)據(jù)采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集是精細(xì)地形測(cè)繪的關(guān)鍵步驟之一，在三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用中始終處于基礎(chǔ)性地位。在此環(huán)節(jié)，應(yīng)首先對(duì)目標(biāo)測(cè)繪地形進(jìn)行觀察，獲知周邊環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)各項(xiàng)步驟的順利有序推進(jìn)提供基礎(chǔ)性依據(jù)?？蛇m當(dāng)壓縮測(cè)站數(shù)量以及原始的數(shù)據(jù)量，提高各個(gè)數(shù)據(jù)模塊之間的銜接性與邏輯性，并對(duì)相對(duì)特殊的地形區(qū)域進(jìn)行特殊處理。其次，對(duì)每個(gè)不同測(cè)站進(jìn)行全面掃描，通過(guò)精細(xì)化掃描方式提高地形掃描質(zhì)量，將相應(yīng)的標(biāo)靶中心點(diǎn)位置進(jìn)行嚴(yán)格控制，最大限度上縮減數(shù)據(jù)誤差，優(yōu)化處理標(biāo)靶分布。合理控制標(biāo)靶和地面三維激光掃描儀之間的跨度數(shù)據(jù)，防止跨度過(guò)大或過(guò)小而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)失真失準(zhǔn)。

3.2點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)

在當(dāng)前技術(shù)條件下，地面三維激光掃描獲取相應(yīng)地形數(shù)據(jù)信息通常需要將整個(gè)過(guò)程細(xì)化分解為多個(gè)不同階段，通過(guò)控制各個(gè)測(cè)繪階段與掃描過(guò)程之間的銜接性，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)測(cè)繪過(guò)程的質(zhì)量控制。由于不同測(cè)繪階段與掃描過(guò)程之間會(huì)存在匹配誤差，數(shù)據(jù)信息的邏輯與銜接存在特定不足，因此應(yīng)通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，對(duì)缺失數(shù)據(jù)信息進(jìn)行補(bǔ)充完整，對(duì)失真信息進(jìn)行校準(zhǔn)，保持地形測(cè)繪數(shù)據(jù)接受過(guò)程的連續(xù)性與穩(wěn)定性。應(yīng)建立基于地形測(cè)繪體系的三維激光掃描坐標(biāo)體系，在掃描區(qū)域控制相關(guān)坐標(biāo)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高效配準(zhǔn)。隨著現(xiàn)代地形測(cè)繪理論的日趨細(xì)化，點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的實(shí)施形式被逐漸細(xì)分為相對(duì)方式和絕對(duì)方式等兩種類(lèi)型。前者將某掃描站坐標(biāo)作為基礎(chǔ)，將其他坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，確保不同坐標(biāo)之間的匹配性效果，優(yōu)化控制連續(xù)傳遞站點(diǎn)的數(shù)量，具有高效穩(wěn)定、數(shù)據(jù)來(lái)源可靠等現(xiàn)實(shí)優(yōu)點(diǎn);后者則實(shí)現(xiàn)了地面三維激光掃描儀與普通測(cè)繪技術(shù)的有機(jī)融合，將所有標(biāo)靶坐標(biāo)均作為目標(biāo)測(cè)量對(duì)象，通過(guò)其他測(cè)繪儀器的使用，確保地形測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可在特定坐標(biāo)系范圍內(nèi)縮小地形測(cè)繪誤差。

3.3地物提取及繪制

在地物提取及繪制環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)地面三維激光掃描儀器的實(shí)際操作要求，對(duì)地形地貌區(qū)域與測(cè)繪數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匹配，形成相應(yīng)的地物提取對(duì)象。在此過(guò)程中，應(yīng)積極運(yùn)用現(xiàn)代智能化的地物提取及繪制手段，搭建基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的地物提取平臺(tái)，靈活運(yùn)用自動(dòng)方式和手工方式對(duì)地物信息進(jìn)行綜合處理，明確不同類(lèi)型地物的外在特征，將其整理成固定格式發(fā)送到文本當(dāng)中。

3.4獲取地貌數(shù)據(jù)

獲取地貌數(shù)據(jù)的過(guò)程即是形成精細(xì)地形測(cè)繪成果的過(guò)程。在此過(guò)程中，應(yīng)強(qiáng)化測(cè)繪技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)技能，從系統(tǒng)性的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)出發(fā)，強(qiáng)化地貌數(shù)據(jù)獲取與處理的具體實(shí)操技能，生成地形等高線(xiàn)，對(duì)不可靠的偽數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)剔除，包括Cyclone等軟件在內(nèi)多種軟件系統(tǒng)均可高質(zhì)高效地完成地貌數(shù)據(jù)獲取任務(wù)。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，受三維激光掃描技術(shù)模式等方面要素的影響，當(dāng)前精細(xì)地形測(cè)繪中依舊存在諸多薄弱環(huán)節(jié)，阻礙著測(cè)繪事業(yè)的持續(xù)健康穩(wěn)定發(fā)展，有關(guān)人員應(yīng)緊跟當(dāng)前地面三維激光掃描技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新精細(xì)地形掃描實(shí)施模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]張發(fā)攀，李向陽(yáng)，胡悅，等.三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、形變監(jiān)測(cè)和早期識(shí)別方面的研究[J].測(cè)繪與空間地理信息（下旬刊），2019（01）：115.

（作者單位：青海省基礎(chǔ)測(cè)繪院）