浅析三维激光扫描技术在地形图测绘中的应用张俊

浅析三维激光扫描技术在地形图测绘中的应用张俊
发布时间：2023-05-22T10:03:36.877Z 来源：《工程管理前沿》2023年4期作者：张俊[导读] 三维激光扫描技术是一种先进、全自动、高精度的立体扫描技术，是一种获取地理空间数据的新兴技术方法
四川金色山川土地规划设计有限公司四川成都 610000摘要：三维激光扫描技术是一种先进、全自动、高精度的立体扫描技术，是一种获取地理空间数据的新兴技术方法。

本文从三维激光扫描技术的特点入手，详细分析了三维激光扫描测绘地形图的流程，并与传统测图技术的优缺点进行了对比。

关键词：三维激光扫描；地形图；点云数据；外业数据采集
1 引言
地形测绘就是测定地球物体表面的地形地貌及其在水平面上的投影位置和高程，并通过按照比例缩小，利用特定的符号及注记将这些特征描绘到纸上的工作。

地形测绘包括两个部分，即测量和绘图，两个工作几乎是在同一时间进行。

传统的大比例尺地形测绘一般是应用GNSS、全站仪等技术进行。

这些技术方法都需要在被测对象特征点上树立观测目标（流动站或梭镜等），均是根据对地形特征点的三维维坐标测量，进行内业综合绘图，形成线划地形图。

随着科技的不断进步，自动化成为地形测绘技术的发展方向，传统的信息数据采集方法已不能满足空间信息化的需要。

三维激光扫描技术可将实体信息迅速扫描为点云数据，使其变换为电脑可识别处理的信息，且这种信息更加丰富翔实，便于存档。

2 三维激光扫描测绘地形图流程
2.1 准备工作
为能使项目的技术设计能够顺利实施，需要全面细致地了解项目的现场坏境，在踏勘中，需了解并查看现有控制点的信息，包括位置、保存情况及使用的可能性，并根据扫描对象在空间位置的分布、形态特征及扫描的精度、分辨率等特点来设计扫描路线、站点的位置等。

根据项目现场的踏勘情况，选择合适的三维激光打描仪。

2.2 控制测量
为了满足地形测绘和施工需要，在测区周边沿简易道路布设控制点，控制点间距1500m左右为宜。

控制点埋设混凝土标石，并以概略经纬度说明点位（便于手持GNSS接收机寻找）。

控制点选点和埋设标识完成，经过一定时间的沉降稳定之后，才可以进行控制测量以及外业数据采集。

2.3 外业数据采集
利用GNSS技术完成测站点和后视定向点坐标的测量，再利用三维激光扫描仪完成外业信息的采集。

在测站点上的三维激光扫描信息采集过程为：仪器安置、设置扫描参数、进行对象扫描、采集影像、检查数据。

其中，扫描参数包括扫描分辨率，扫描精度，扫描时间，扫描物体距离，采描密度和相邻站点扫描图像的重叠度等。

在扫描完成后实时检查采集数据是否满足要求，并进行初步质量分析，查缺补漏，不留空洞。

2.4 内业数据处理与地形绘图
进行内业工作前，需要把外业测量收集的资料及数据等归类，并依据事先设计的布设方案，相关的测量控制点资料。

数据处理的内业工作是对被测对象的点云数据进行处理。

点云数据是包含了扫描对象点三维坐标和颜色属性的点集合，它的特点是数据量大、密度高、立体化、包含反射强度和色彩灰度信息。

导入扫描数据前，可以利用一些圧缩算法来减少点云数据量，这些压缩算法在对数据进行处理后，能够不改变物体本来的特征，做到无损压缩，保持了物体特征的完整性。

处理后的点云数据仅由大量拥有空间三维信息的点组成，仍要结合现场拍摄的影像来共同保证采策信息的完整和准确。

去噪之后对点云进行滤波、平滑和分割等处理，井提取地物信息，结合点云的颜色、反射率等信息作标记。

然后进行DEM 建模，生成等高线；最后进行图面检查，整饰分幅，完成地形图成图。

2.5 质量检测与评测
质量的检测评价，主要是对地形图的成图质量进行检测并加以评价，判断是否满足技术规范耍求。

判断的主要指标是图形的数学精度，包括地物点的点位中误差和等高线内插点高程中误差。

3 三维激光扫描技术与传统测图技术比较
传统地形图测绘方法是利用GNSS、全站仪及航空影像测量等技术，这些方法主要是以单点测量的方式來获取其三维坐标信息。

它们的关键问题是作业人员必须亲自到碎部点上进行测量，并保证碎部点一定的密度，这样容易丢掉很多地物点，得到的信息有限，不足以细致地体现测区的实际地形，且测得的数据最终输出都是二维结果，无法直观表达数据的全面特征。

外业数据的采集时间长且工作的强度大，难以保证工期；数据更新迟缓，很难满足当下大数据时代对地理信息的更新要求；在某些高危环境下，难以对技术人员和设备的安全做保证。

而三维激光扫描仪则可以进行面扫描，应用高速激光扫描测量的方法，可以快速获得目标物表面的三维坐标数据，它能够在任何复杂的环境中完成扫描操作，并且能够直接完成大型、复杂的目标三维数据的完整采集。

与传统测量方法相比，它的采集速度快、获取成果丰富。

三维激光扫描技术用于地形测绘是对传统地面测绘技术的重大变革，结合GNSS技术，在测定扫描仪测站点和后视定向点坐标后，能够获得360°范围内可见面域空间点连续的三维坐标（形成点云数据）和影像，使整个测区有重叠部分，但绝无漏涧。

在后期的处理中，经过数据拼接、去噪、过滤和建模、生成等高线，绘制地物符号等，完成地形图成果。

尤其是在复杂地形或者有不明危险点分布的区域，运用三维激光扫描技术完成大比例尺地形测绘，是科学优化的选择。

4 结束语
三维激光扫描技术突破了以往的逐点分别测量，实现了面扫描。

通过高速激光扫描测量，获取被测对象表面的三维坐标数据，具有数据采集速度快、信息丰富等特点。

它的测量距离长，数据准确，且不受大地水准面的精度制约。

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