三维激光扫描系统在测绘中的应用分析

三维激光扫描系统在测绘中的应用分析

冯宁宁

新疆蓝天阳建设工程有限公司 乌鲁木齐， 830000

摘要：在科技快速发展中，三维激光扫描技术日渐完善，其在信息采集中具备准确、高效、便捷等优势，若将其应用到地形测绘方面，不仅可以减少测绘人员任务量，还能有效缩减测绘时间，提升测绘工作效率，便于获得最佳测绘效果。文章以三维激光扫描系统为基础，针对其在测绘当中的应用前景展开分析，希望能为三维激光扫描系统应用带来帮助。

关键词：三维激光扫描系统 测绘工程 应用

前言：在科学技术快速发展中，测绘成果逐渐朝着专题数据、大数据、模型化等方向前行，传统数据处理模式越来越不能满足测绘生产需求，由此，新的测绘技术与设备顺势发展，三维激光扫描测量系统逐渐被普及。三维激光扫描系统能深入复杂空间环境中，便于将复杂、不规则等三维数据采集传输到电脑当中，及时构建三维实体模型，然后将三维激光点云数据妥善应用到后处理工作当中。

1 三维激光扫描技术原理

三维激光扫描系统硬件包含DGPS、航测相机、扫描传感器、全景影像系统等构成，其可快速、自动采集三维数据信息。操作期间，具备采集时间短、环境影响小、生产成本低等优势。借助高分辨率相机，可采集三维地表地形与地面影像，便于获得高精度正射影像图与数字模型，最终获得用户所需的不同专题数据。测绘技术快速发展促进了三维激光扫描测量系统应用。

扫描仪发射器利用激光二极管发射红外波长激光束，扫描测定对象立体面，利用设备获得不同激光反射时间差值，便于测定物体和激光间距，最后使用编码器测定镜头旋转角和激光扫描仪水平旋角，便于得到被测对象表层各采样点空间坐标，这些点集合又叫做“点云”。由点云构成的影像和扫描栅格影像间区别为，是否具有矢量特点，点云间是否有可量测性。

2 设备种类

结合空间位置划分，可将激光扫描设备分成机载与地面两种。按照扫描方式可将地面扫描设备分成地面、船载与车载；这里拿OPTECH单位三维激光扫描仪来说，按照实际功能可将地面类划分成四种不同型号。其中，ILRIS-36D可配备俯机座与驱动马达，该设备可提供较大视场，对大面积区域进行无缝扫描；ILRIS-3DER，使可视能力提高40%；ILRIS-3DMC多用在船载与车载扫描中；ILRIS-3DVP作为基础型。

3 系统构成

三维激光扫描设备包含软硬件两部分，其中硬件是三维激光扫描仪，软件为点云影像后处理系统。

4工作流程

该系统操作流程为：制定方案、扫描外业、处理数据、输出成果。无论在哪一幅扫描影像图中，点云间位置都是正确的，不同距离影像图点云位置确定情况，和他们能否经过转换统一在相同坐标系内有关。一般来讲，一幅点云图像很难凸显测区状态，将多幅点云影像拼接起来，可在数据处理期间及时纠正坐标，确保多幅图像在相同坐标系内。

点云影像定向和两个不同空间坐标系一样，待解决转换参数包含七个：平移参数三个、旋转参数三个、尺度比参数一个。具体应用期间，两种方式可开展定向操作：绝对与相对方式。其中，相对方式即将一幅点云图像坐标系当做基础，剩余点云图像集中在某扫描图系统内，该操作前提为，不同点云图像间有重叠与提前设定的控制点。测绘操作中，应将点云图像集中在大地坐标系中，绝对转换方式即将扫描图全部转换至控制点坐标当中，该方法可消除转换误差，具体应用期间，应综合使用两种结合方式。

扫描获得的数据状态多呈散乱状，因此应做好采集点数据平滑、噪音滤除等操作，此外，针对一些观测死角与暗部而言，应及时做好织补工作，或者使用特殊方法处理。点云定向处理，作为数据处理的关键，会对后续扫描结果产生直接影响。

5 三维激光扫描技术特点

三维扫描技术具备高速度、高分辨率、高精度、较好兼容性等特点，也可将其称之为自GPS技术后的又一技术革命。与传统测量技术对比分析，该技术主要包含航空摄影测量、近景摄影测量与全站仪等，具体特点如下：

1. 非接触式：三维激光扫描技术作为非接触高速激光测量方式，不需要设立反射棱镜，直接扫描即可，方便采集目标体表层云点三维坐标数据。若被测目标深处恶劣环境，人员难以抵达现场，普通测量技术难以完成这一任务，三维激光扫描技术可充分发挥实际优势。

2. 数字化程序低：利用三维激光扫描技术获得的数据多是数字信号数据，数字化程度较高，数据处理操作简单，便于进行数据分析与传输，后处理人机交互界面中，能通其他软件进行数据共享，联合外接数码相机与GPS等设备一同使用，便于拓宽其应用范围，所以三维激光扫描技术可拓展性较强。

3. 分辨率高：三维激光扫描技术具有较高分辨率，可以迅速采集优质数据信息。

4. 应用广泛：三维激光扫描技术凭借自身优势，逐渐被应用到工程建设中，再者，环境适应力也比较强。

6 应用及发展前景

（1）创建立体模型：这一功能作为三维激光扫描技术中的关键，其多用来创建物体立体模型、文物和考古保护、创建数字地面模型、采集3D数据等方面。（2）扫描水域及地面。利用船载与机载激光扫描仪，可积极扫描测量水域与地面地形。（3）滑坡监测，明确滑坡区域。通过多次分析扫描数据，即可明确滑坡区域，便于及时采取措施，防控实际灾害，降低灾害产生的影响。（4）分析洪水区域：对比分析洪灾发生前后三维地形图，即可明确实际降水量，合理预测洪水达到范围，便于提前开展防洪处理，有效防止洪涝灾害发生；二，对比分析洪水前后扫描数据，对受灾范围洪水面积进行合理计算。（5）变形监测：传统变形监测法多借助全站仪进行监测，在容易出现变形位置设立检测点，借助定期观测，对比分析观测数据，了解工程建设安全情况，该方法只能分析离散监测点位移，便于对其做出科学判定，这种结果很容易出现瑕疵。但应用三维激光扫描技术进行分析，即可全面扫描高密度监测对象，便于获得监测体数据，然对对比分析监测体数据，便于对监测对象进行科学评估。健全地理信息系统：应用三维激光扫描技术可确认空间数据信息，便于为测量工作开展奠定基础，通过提供数据管理功能，还能当做电子手簿工具与主要数据采集方式，这在更改传统数据管理方式意义较大，再者，还能丰富测绘信息表现方式。（6）健全地理信息系统：利用三维激光扫描技术可明确空间数据信息，身为下一代测量方式，与数据管理功能叠加起来，可将其视为GIS工具与主要数据采集方式，这对改变传统数据管理方式有重要意义，此外，还能健全测绘信息获得与表现方式。此外，森林树种统计、覆盖、大气监测、冰雪融化、峡谷测图、矿产测量等方面三维激光扫描技术的应用作用较大，与此同时，还能健全测绘信息表现方式与手段。

结语：综上所述，应用三维激光扫描系统开展地形图测绘期间，测图质量经常会被外界因素影响，比如和测站目标物及定位精度反射面相关的误差等。所以，实际应用期间，应控制外界因素对扫描工作产生的影响，便于获得优质测绘图。再者，三维激光扫描系统在测绘工程中的应用，可补充传统地形测绘缺陷，例如，系统可在人员操作困难的区域进行数据采集，如此不仅可以减少人员测绘危险，还能提升测绘工作质量与效率，促进测绘工作全面开展。

参考文献：

[1]王荀仟,胡海虔,胡旭峰,代辉,林雨,熊璨,肖明.手持式三维激光扫描系统在古生物研究中的应用分析[J].四川地质学报,2020,40(02):318-322.

2. 李建刚.SSW车载三维激光扫描测量系统及应用中的误差分析[J].门窗,2014(12):533-534.

3. 阮文龙.三维激光扫描技术在道路测绘中的应用[J].中国住宅设施,2020(12):93-94.

[4]黄陆君,虞静,涂朴.一种三维激光扫描系统及点云标定方法[J].电子世界,2021(15):172-173.