基于三维激光扫描的数字化地形测量方法

基于三维激光扫描的数字化地形测量方法

白宏英 ,王春生

辽宁省地矿测绘院有限责任公司  辽宁  沈阳  110000

摘要：随着我国经济的不断发展，桥梁、道路等基建工程也逐步迈向智能化的新方向。现阶段，公路带状地形采用的测量方法较多，常见的有全站仪测量方法、传统的航空测绘方法和GNSS-RTK测量方法。这些测量方法虽然可以得到较好的测量效果，但测量期间投入成本相对较多，且测量遇到较为复杂的地带时，很难实现精准的测量操作。而传统航空测绘受环境限制因素较多、拍摄周期长、投资比较大。随着我国科学技术的进步，无人机航测技术被应用到公路带状地形测量中。无人机航测技术是继卫星遥感、飞机遥感之后发展起来的一种航空遥感技术。其可以解决上述测量方法存在的不足，实现公路带状地形的精准测量。

关键词：三维激光扫描;地形测量;点云数据去噪

引言

地形测量指的是测绘地形图的作业。即对地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程进行测定，并按一定比例缩小，用符号和注记绘制成地形图的工作。通过对地形进行合理测量形成清晰、直观的地形图不仅可以为实际工程提供重要的参考资料，也是工程得以顺利完成的可靠保障。在以往的地形测量工作中，如罗伟国等人研究的基于微型无人机对地形测量方法，研究的基于倾斜摄影测量技术对地形测量方法。二者分别通过单点或面的采集方法获取离散点的三维坐标。与以往在地形测量工作中使用的采集技术不同，三维激光扫描技术不仅可以实时高效率地采集大量的目标点三维立体信息，将目标物体的细节信息详细准确地描绘出来，还可通过应用计算机程序对获取的三维立体信息进行三维模型构建，使得目标物体的形态呈现出较为真实的状态。因而本文研究基于三维激光扫描的数字化地形测量方法，保证地形数据采集的准确性与地形图像处理的效率，更好地满足实际地形测量工作需要。

1地形测量的含义

在测绘工程中，对于特殊的地貌进行测量是十分普遍的。要使特殊地形的测量精度、科学性得到有效的提高，就必须采用现代的技术和方法来确保测量工作的有序、可靠。同时，在特殊地形的测量中，要把握好测量的关键、难点，要充分掌握具体地形的具体条件；根据实际情况选用不同的测绘技术和手段，是推动测绘工作顺利进行的重要保证。许多情况下，在进行特殊地形测量时，必须对现场的实际情况进行调查、分析，并对现场图纸的实施、绘图等工作进行分析；为后续的工作打下了坚实的基础，同时也为测绘项目的有关工作提供了有力的支持和协助。在这一过程中，需要运用计算机技术和各种现代仪器软件来辅助测绘，从而使测绘工作更加具有科学性和可操作性。在当前测绘项目中，特别是在特殊地形的测量中，必须明确其关键点，并制订合理、行之有效的测设方案，以便有针对性地进行特殊地形的测量和测量；为了克服外部环境的干扰，提高了测量资料的可靠性和精确度。

2无人机航测在地形测量中的优点

2.1数据采集准确

随着科学技术的不断发展，高分辨率数字成像设备为无人机采集准确数据提供了良好的基础条件。在对公路带状地形进行航测的过程中，无人机利用清晰的成像设备，根据指定的路线获取准确的图像信息，然后结合测量结果设计出相应的公路路线。

2.2固定路由

为了监视目标行动，无人机的航路信息提前人工设置，并设置精确的角度和高度进行测量。在对公路带状地形进行航测时，通过合理调整监测角度和航路，无人机可以始终保持标准的飞行姿态，获得理想的测量结果，提高后期道路设计的稳定性和安全性。

2.3快速响应

由于无人机不需要专业人员在机内操作，自动化程度较高，外界环境对其飞行影响较小，基本处于最佳飞行状态。即使发生事故，无人机也能立即触发任务，操作非常灵活，无需考虑太多影响因素。

3基于三维激光扫描的数字化地形测量

3.1三维地形点云数据配准

在实际的地形测量工作中，想要获得完整且准确的地形数据，通常情况下会在不同位置不同方向对目标地物进行若干次的激光扫描。由于各站间的坐标是独立存在的，各站通过三维激光扫描仪扫描获得的三维地形点云数据又都存在于激光扫描仪的坐标系当中，因而若想获得整个测区的三维地形点云数据需对三维地形典型数据进行坐标转换，而这种将获取的三维地形点云数据进行坐标系转换的过程就是数据配准。本文使用全球定位系统(globalpositioningsystem，GPS)与三维激光扫描仪共同完成对三维激光扫描仪获得的三维地形点云数据的配准工作。配准原理为:通过GPS将地形测量现场安装的圆形反射片中心的空间位置信息提取出来;使用三维激光扫描仪将圆形反射片的相对空间位置信息提取出来。

3.2森林茂密区域测绘技术方案

在进行矿山勘测工作时，林地密集地区也是较为普遍的一种特殊地形，其地形复杂，测绘工作难度大。森林地区的树木数量过多，会对测绘工作造成很大的影响，一个不小心就会造成测量结果与实际情况有很大的出入，从而影响到采矿的进度。因此，利用区域测绘技术对密林地区进行地图绘制，可以有效地克服密林对信号传输和信号强度的影响。同时，根据测绘现场的实际条件，利用导线推进剖面的方式进行特殊地形的测绘，选取适合于测量工作环境和工作需要的仪器；确保测量的准确性和效率。最后，要确保矿山测绘工作的质量与效率，为矿山的开发打下坚实的基础，必须有强烈的责任感；严格按照有关标准进行测量。

3.3遥感卫星测量方法

通过科学地运用卫星遥感技术，可以在较短的时间内，对该地区进行全面的监测和分析。与GPS相比，遥感卫星的测量精度更高。并根据GPS的特点，对GPS进行了合理的规划和分析，从而提高了GPS的测量精度。在矿山测绘项目中，采用卫星遥感技术，一般能实现对特殊地形的测量。在实际应用中，利用卫星遥感技术和相应的传感器设备，可以获得特殊地形地区的环境高程参数。并依据所获得的信息，决定了高程资料的计算方法和方法。将其与卫星遥感技术的高程测量参数进行比较，得出两者的偏差。在这段时期，利用卫星遥感技术对特殊地域的自然资源和水资源进行科学的测量，力求在最短的时间内获得这些资源的动态变化，并将其与当地的地质、地理环境进行综合对比；分析以上影响因素对矿山生产安全的影响。这样既能更好地贯彻生态环境保护工作的具体实施，又能更好地对水资源等要素进行调查，并能有效地解决以前存在的一些潜在问题。

结束语

(1)与其他方法相比，在应用本文提出的基于三维激光扫描的数字化地形测量方法进行地形点云数据采集时，只需要应用较少的时间就可采集到大量的地形点云数据，具有较高的地形点云数据采集效率，可更好地满足实际地形测量工作需要。(2)应用本文提出的基于三维激光扫描的数字化地形测量方法对含噪声的点云数据执行去噪操作后，点云数据无论从明暗度、清晰度以及锐化程度上去噪效果均较理想。将其应用于地形测量过程中，可更好地完成地形测量工作。

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