三维激光扫描技术在水电站地形测量中的应用探讨

Technological Innovation
2 三维激光扫描技术在水电站地形测量中的应用探讨
陈志瑶
（四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 成都 610000）
摘要：测量水电站地形时，三维激光扫描技术应用普遍且技术含量高，测量时得到良好的效果。

三维激光扫描技术不仅具有高扫描效率和灵活操作特性，测量的结果还具有极高的精度。

水电站作为水利工程组成部分，施工质量关系百姓福祉，与国家经济发展与社会稳定息息相关。

本文主要目的是基于三维激光扫描的特点，探究测量水电站地形时三维激光扫描应用措施。

关键词：三维激光扫描技术；水电站地形测量；应用措施
三维激光扫描技术作为一种立体扫描技术，具有全自动和高精度的特性，是现代地形测量中最具有现代化技术水平的测量技术。

继GNSS 空间定位技术之后，三维激光扫描技术被广泛使用到测绘工作中，旨在提升数据可靠性。

另外，三维激光扫描技术能够在人类不能接触的地方采集数据信息，可在很大程度上保障测量人员的人身安全，提升野外测绘效率和精确性。

1 三维激光扫描技术分类与应用原理 基于测量方式的不同，三维激光扫描技术可以划分成为移动式激光扫描系统和固定式激光扫描系统两种形式。

移动式激光扫描系统以车载平台为基础，组合惯性导航系统和全球定位系统而成。

固定式激光扫描系统与传统测绘工作中所使用的全站仪有所相似，由后期处理软件、内置数码相机、控制系统以及激光扫描仪组合而成。

但是固定式激光扫描系统与全站仪有所差异，其数据信息采集时基于“点云”数据，而非离散的单点三维坐标。

测绘工作中利用固定式激光扫描系统，具有高精度、快速度和广范围的特点，此外在野外操作中也具有良好的性能。

三维激光扫描技术应用原理便是利用激光完成距离测量，三维激光扫描时，实际上是反复循环收集与整理数据的过程。

通过扫描反射接收的激光强度获取以匹配扫描点颜色灰度。

就激光扫描仪器而言，系统局部坐标是采样点，坐标原点是扫描仪内部。

2 野外数据信息采集 2.1 架设RTK 设备 野外数据信息采集时，需使用GNSS RTK 完成扫描基站内部位置的反射率觇标采集任务，采集的等级为图根级。

架设RTK 设备采集反射率觇标，主要目的是为后期转换数据坐标得到工程坐标系服务提供支持。

2.2 设置扫描仪参数值 为了方便在测绘区域范围内完成大比例尺地形图测绘的需求，在进行测量的时将扫描分辨率作出调整，一般情况下需要设置为距离扫描站点100m 的距离处扫描点距为14cm。

在测量工作开始之前，要将测量区域的气压值、平均高程等基本参数值录入到扫描仪器中，将磁盘定向以及GNSS 定位开启。

若是卫星情况良好，可以在格扫描站点数据收集时可省略粗拼步骤。

2.3 布置扫描基站并获取数据 在设计与布置扫描基站时，要满足以下几方面条件。

第一，各个扫描站点的扫描视角能够将水电站周边的地貌特征和地形特征涵盖其中。

第二，扫描基站所在的位置要拥有开阔的视野，地面波动幅度不大，同时在选择位置的时候，尽量避开大型机械设备。

第三，若是水电站测量时，所处位置相对开阔，扫描时要分区域进行，之后完成拼接。

不同视角、不同位置下的扫描区域，其重叠程度要控制在10%以内。

第四，在设备不超过其侧成的前提下，设置基站不宜前往高处，由此以保证扫描时光线与地面交角尽可能大，降低扫描时的漏洞以保证扫描能力提升。

获取数据的时候，需要在三脚架上固定扫描仪，将电源连接完成以后便开展局部扫描或全景扫描，以水电站测绘需求为依据，扫描点云数据。

数据采集过程中，需要在距离扫描仪5m 的位置处，向三个不同方向拜访高反射觇标，同时利用GNSS RTK 动态性测量觇标以得到三维坐标成果。

激光扫描前，部分区域会受到遮挡，造成后面区域缺少点云数据，所以在实施测量的时候，要在水电站测绘现场选择附加扫描站点，位置要具有可通视性，补充点云数据缺失部分。

若是情节特殊，可选择使用免棱镜全站仪完成信息数据获取，以补充点云数据。

3 处理内业数据 处理内业数据的时候，其流程分为以下几步。

第一步，准备数据。

第二步，预处理点云数据。

第三步，拼接点云数据。

第四步，转换坐标。

第五步，过滤数据地表点。

第六步，数据抽稀。

第七步，导出数据。

3.1 准备数据 准备数据主要分为以下三步，分别是将数据信息导入到扫描仪器，觇标点选取，导入GNSS RTK 数据。

通过使用扫描仪器设备获得的数据信息一般会存储在机器设备自身所带有的存储空间中，当内存空间存储数据信息时，可将其与电脑相连接，利用数据处理软件完成数据传输。

若点云数据比较大，可将其录入到容量较大的U 盘存储设备中，从U 盘将数据信息导入到同步软件，完成数据传输。

在软件中获取站点反射觇标，选择的数据尽可能的保持在中间位置，由此为提升坐标转换精准度奠定基础。

3.2 预处理点云数据 拼接点云数据多选择使用面与面的拼接方式，所以在拼接的时候，基本上以扫描基站之间的距离和扫描数据有效半径为依据，在保持几何特征的基础上实现点云数据简化，并将不同角度扫描的点云统一到同一坐标系下，并将点云数据按照一定的参数将每一站的扫描数据依次生成面状数据。

3.3 拼接点云数据 固定测量区域中部位置的某个基点，将数据进行拼接时采取由近及远的方式，保证坐标系统统一。

在拼接点云数据时使用瑞格数据软件，计算回圈收敛时，使用Robost fitting 和least square fitting。

3.4 转换坐标 整片点云坐标拼接完成以后需要以一块导入的点云坐标作为基
础，得到相对独立的系统，转换坐标时需要以实地获取的觇标数据相对位置关联和前期准备数据时所获取的扫描站点反射觇标数据为依据。

转换坐标的过程中，确保GNSS RTK 获取的数据与扫描站点的觇标数据均参与到匹配中，进而保证转换的成果最佳。

转换坐标的时候，要以规范作为出发点，检查点的残余误差高山地、山地和图
上的差距不大于0.3mm。

3.5 过滤数据地表点 测量过程中使用三维激光扫描技术，在扫描建筑物或者地表的时候，因为在扫描的过程中受到各种因素的影响而不能对目标实现全面扫描,如树木遮挡、实体反射特性不均匀等，都会导致扫描点云数据内部将可能存在错误的点和不稳定的点。

为了保证成图的精准度不受影响，需要检查点云，删除噪点、地物以及植被等不参与生
成等高线的点。

操作过程中，整体点云数据量比较大，要选择部分点云数据，实现地物、植被等不相关点删除。

命令运行以后，将会选择所有软件认为的噪点、地物和植被点，需要手动选取是否删除。

3.6 数据抽稀 扫描仪采集的点云数据量过大，在成图软件中不能将点云生成的等高线直接形成，需要抽稀云数据。

抽稀完成以后，要手动选取陡崖、陡坎、山脊等地貌，保留特征部位的点云数据，绘制完成等高线。

3.7 导出数据 点云数据抽稀以后可采用ASCII 格式将数据信息导出。

4 结语 三维激光扫描技术在水电站地形测量中具有较高的精准度和速度，在探测地形的过程中使用三维激光扫描技术，能够为工作提供安全且可靠的技术解决方案。

三维激光扫描技术在测量地形的时候，具有快速扫描物体的优势，虚拟重现和高效建模。

所以在地形测绘工作中应用三维激光扫描技术，是未来发展的主流趋势。

参考文献： [1]许睿,李鑫.基于三维激光扫描技术的古建筑测绘研究--以斗栱模
型实验为例[J].自然与文化遗产研究,2019(12):97-99. [2]姚晓亮.基于三维激光扫描的古建筑变形监测与分析方法研究--以苏州轨道交通4号线沿线国保单位变形监测为例[J].现代测绘, 2019(04):13-14.。