三维激光在自然资源中的应用

三维激光在自然资源中的应用

王彬宇

广州南方测绘科技股份有限公司 510700

摘要：随着经济与科技的发展，近年来自然资源测绘领域进步迅速，各类新技术和新设备得到深入应用，三维激光便属于其中典型。基于此，本文简单分析三维激光在自然资源中的优势，深入探讨三维激光扫描技术在自然资源工作中的具体应用，以供探讨。

关键词：三维激光扫描；自然资源；自动化

前言：在各类新技术支持下，近年来自然资源工作效率提升显著，测绘工作质量也同时提升，三维激光在其中发挥着重要作用。为保证自然资源工作中三维激光得到更深入应用，正是本文研究的目标所在。

1.三维激光概述

激光扫描/激光雷达（light detection and ranging，LiDAR）是一种非接触主动式直接快速获取物体表面三维密集点云的技术，通过发射激光束并接收回波获取目标的三维信息。通过激光测量原理获得的点云通常被称为激光点云，具备了三维坐标（XYZ）和激光反射强度信息（Intensity）信息，是一种以离散、不规则方式分布在三维空间中目标表面特征的海量点集合。通过影像测量原理获得的点云通常被称为特征点云，具备三维坐标（XYZ）和色彩（RGB）信息。

2.三维激光在自然资源中的优势

    三维激光在安全生产、数据采集等方面具有显著优势，以本文研究的激光点云为例，激光点云在我国的三维激光扫描当中被广泛应用，由此可见其具有良好的应用效果。激光点云在进行三维激光三秒测量的过程中，可以通过相应的技术手段来直接进行物体表面的数据收集，将数据收集经分析后便可获得物体真实的现状，激光点云本身编剧有着相应的光谱特性，因此可以精准读取激光强度信息。而激光点云应用中优势最大的一点便是可以数据的采集以及处理都十分简单，可以轻松可靠进行数据获取，不易受到光线等因素的影响，且激光点云在扫描的过程中具有一定的穿透性，可以防止一定的干扰性因素，因此激光电源在三维激光扫描中被广泛应用。

机载结合了旋翼机和固定翼无人机的各项特点，相比较于旋翼机作业范围广，续航能力强，搭载力强。除此之外，复合翼无人机通过旋翼进行垂直起降作业，对作业场地的起降环境要求较低。复合翼无人机的飞行航高较高，可以在复杂，大高差地形进行大范围的作业，且搭配激光雷达的惯导系统可以在高航高作业的同时保证成果的质量。对于大面积的水域、林地等地形，像控工作的布设尤为困难，但是采用复合翼无人机搭载激光雷达的作业方式可以通过惯导系统后解算完全免像控进行高精度成果生产。

3.三维激光扫描技术在自然资源工作中的具体应用

3.1数据采集应用

三维激光扫描仪本身是一类测量高效的设备，且三维激光的仪器体型普遍较小，且测量过程也是非接触式测量，因此在测量过程中周围环境极难对三维扫描仪的测绘工作造成影响。激光雷达本身有着不同的类型，而不同类型的雷达，其特点与实际应用区域也会有所不同，在诸多的激光雷达应用方式中，包含着机载激光雷达采集方式、车载激光雷达采集方式、手持式激光雷达采集方式以及架站式激光雷达采集方式，诸多方式意味着激光扫描技术的应用方式十分广泛。其中，机载式无人机搭载式三维扫描技术对于起降区域的环境要求较低，且飞行的高度相对可靠，因此，可以在复杂，大高差地形进行大范围的作业，且搭配激光雷达的惯导系统可以在高航高作业的同时保证成果的质量。对于大面积的水域、林地等地形，像控工作的布设尤为困难，但是采用复合翼无人机搭载激光雷达的作业方式可以通过惯导系统后解算完全免像控进行高精度成果的生产。不同的扫描方式所适用的区域也有所不同，机载激光扫描系统主要应用于大地测绘以及城市级别的测绘工作当中，地面式激光扫描系统则主要用于建筑以及装修等工作，背包式激光扫描系统多被应用于规划测绘，手持式激光雷达多被应用于工业领域。根据不同激光扫描仪的特点，可以在各种场景中进行广泛的应用。在针对不同的区域与环境时，也可凭借不同的采集方式来进行数据采集，并确保采集数据的稳定性与真实性，而凭借着多样的采集方式与采集模式，三维激光扫描技术目前已在我国的自然资源数据采集工作中成为常用技术，随着技术的进一步更新，该技术拥有更为广阔的应用前景。

三维激光本身特性与常规全站仪十分相近，但相比之下三维激光的设站方式更为灵活，可以达到有效选择通识效果优良的独立坐标系来开展站点设置工作，在所测量区域的控制点测量工作完成后，仍需要在工作的线路之上架设相应的标志，借此来达到站间数据拼接的目的。当站点安置工作进行完毕，三维激光便可开始转扫，而转扫的速率普遍为五分钟一次，扫描工作完成后便可以立即在显示屏上对数据进行查看，若显示器的上所显示的数据并不能满足需求，则需要对扫描仪的精度进行调整。在调整完成后再次进行扫描，保证所测量数据的科学性与有效性。在测量活动开展过程中可通过设置UPS测量仪器的方式来直接引入坐标系统，而在转测的过程中，测区的主要目标是建筑，若测量的目标为街道，则需要在房屋较为密集的区域布设站点，而之所以要以此种方式开展工作原因便是因为内街巷窄容易导致UPS的信号并不稳定。为了较为容易获取到精准度较高的位置坐标，需要选用利于开展工作的方式进行测量，并在之后的测量工作中选用可以协助工作开展的全站仪，借此来达到均匀测量坐标定位的目的，保证坐标可以引入到后期的数据拼接处理工作当中

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3.2外业数据处理

外业数据采集在三维激光扫描中有着不可或缺的作用，其可以在各环节中将数据进行相互拼接，进一步提高点云到地标系的转化过程，并且，外业控制还可以依靠GOS网络中的RTK来实现控制点设置这一目标，这对于三维激光扫描i技术的应用起到了一定的保障，并且实现了对扫描距离的科学掌握。以站立式扫描仪为主，在应用三维激光对外业数据进行采集的过程中，目前主要采用SX10三维激光来开展测绘工作，SX10三维激光可以快速准确且高效地获取各项数据，并将其同步，SX10三维激光平均每秒钟便可获取到26000余个三维数据点位，且保证各三维点精度均有所保障。且此扫描仪的扫描距离可以达到600余米，引起测量范围较广，故在第一个测量点测量完成之后可以快速有效进行搬站操作，此工作流程十分快速有效。SX10三维激光的主要工作模式便是以搬站测量来对数据进行获取，之后借助测量所收集到的三维点来开展矿山数据信息采集工作，将数据点汇总完成后便完成了数据信息采集工作。点云坐标系统确定后便可使用三维激光，在三维激光的应用过程中目前主要选用的便是CGCS国家2000，这一系统可对整体坐标系统以及后续的各项数据一致性进行确保，并对系统内部的中央子午线加以调整，保证测绘工作的有效开展。

3.3内业数据处理

在我国的自然资源工作中，为保证数据处理工作可以快速高效地开展在进行三维激光应用的过程中，通常选用Trimble Real Works软件进行业内数据处理，此软件可以将三维激光测量所得的云数据进行拼接，并根据点云的特征（XYZ，RGB，Intensity，FlightLine，Time等）去对点云进行一个分类的操作。比较常见的点云分类有根据区间、强度、高程、时间等分类等，通过这些可快速达到去除植被与分割数据的工作目标。通过激光雷达采集目标区域的激光点云数据，得到原始点云，经过预处理及一系列滤波后得到测区的地面点云，可以生成数字高程模型（DEM）.能够准确反映地面的真实高程，且对于稀疏植被覆盖处的高程也能够有所反映。

在自然资源中，可以将不同时期获取到的各类云数据叠加使用，借此来开展对比分析方面的工作，使各时期的云数据信息变化的值可以得到明确。

图中为两个不同时期获取的激光点云数据为基础，利用三维激光点云处理软件的动态监测模块，可以自动识别出房屋平面高度变化区域。

在矿山中，三维激光式扫描仪在将地面的植被取出后便可将矿山上的各目标点快速测量发现，借此来达到高线自动生成等工作目的。矿石数据测量的过程中，需要定期重复测量，并将各组数据相互对比，使矿山的动态变化情况得以充分展现。而保证工作开展的有效性，还需要借助三维激光来对矿山内部的矿山储量来加以计算与测量，并将所获数据进行处理，借此来为开采工作的安全稳定进行提供保障，保证测量结果的准确性与有效性，使测量精度得到进一步提高。

结语：三维激光扫描技术被广泛应用于矿山测量、地形测量、滑坡测量等方面，在我国测绘工作发展中发挥着重要作用。随着三维激光扫描技术日渐成熟，相关测绘人员必须充分发挥该技术优势，使其更好作用于自然资源，进而更好为社会发展提供支持，具体实践中的技术培训、设备升级、多种技术联用也需要得到重视。

参考文献：

[1]王战峰. 三维激光在自然资源工作中的应用[J]. 中小企业管理与科技(中旬刊),2020,(06):186-187.

[2]康卓锋. 论三维激光在自然资源工作中的应用[J]. 低碳世界,2019,9(05):52-53.