摘要：三维激光扫描技术又叫做实景复制技术，是利用光确定对象表面点三维坐标，完成探测和测距任务，进而获取相应的地表信息，并构建三维场景的一种测绘方法。文章结合具体工程案例，对三维激光扫描方法在水利工程地形测绘中的实践运用展开探讨，具有工程指导和借鉴作用。
关键词：水利工程；地形测绘；三维激光扫描；运用
三维激光扫描系统通常包括GPS差分定位系统、激光测距系统、载体姿态测量系统等几部分。在实际工作时，激光二极管发出脉冲信号，旋转棱镜将其传递至目标处，信号经反射后由探测器接收，整个过程中所产生的信号由记录器进行完整记录，然后再将以数据形式转化脉冲信号，测绘人员借助计算机软件对数据信息进行处理，最后构建形成三维实体模型，完成整个测绘过程[1]。三维激光扫描精准度及测绘效率较高，优势显著，逐渐在地形测绘工作中得到了推广应用。
1、水利工程地形测绘中三维激光扫描方法的运用优势
在水利工程地形测绘作业中，三维激光扫描方法具有多方面的运用优势。首先，三维激光扫描方法精准度较高，可以采集得到三维地形数据，并通过数据拼接、去噪、过滤等，生成对应的三维实景模型，且大地水准面精度对测量结果精准性的干扰较小，可确保测量数据的精准性，对于外形不规则的对象来讲，测绘数据可精准至μm级别。其次，三维激光扫描方法作业效率较高，改变了以往测绘技术的单点测量模式，可通过面域扫描一次性采集得到较为丰富的数据信息，且数据采集速度较快，每秒可获得的数据量多达上百万，显著提升了水利工程地形测绘效率，可缩短作业时间[2]。另外，采用三维激光扫描方法所得地形数据更加全面，除测绘对象空间坐标信息外，还包括色彩灰度信息、反射强度信息等，所构建的三维场景模型更加逼真，有利于虚拟实境的应用。基于上述几点优势，三维激光扫描方法逐渐在水利工程地形测绘中得到了推广应用，并且发挥着越来越重要的作用。
2、水利工程地形测绘中三维激光扫描方法的运用
安徽省境内某水利工程流域面积约为2280km2，具有发电、引水、蓄水、通航、灌溉等功能，流域内地形为山区。该工程计划修建一水库大坝，坝体高度约为110m，在进行地形测绘时，受当地气象条件的影响，航空摄影测量作业开展难度较大，再加上工程区域环境复杂，测绘工期较短，经对比分析和商讨研究后，决定运用三维激光扫描方法开展地形测绘作业，现将具体实践过程总结如下：
2.1架站地点选择
在使用三维激光扫描方法进行水利工程地形测绘时，为得到更加全面、详细的数据信息，就需要选择最佳架站地点。实际作业时，需遵循方便使用和保存原则，选择视野较为开阔，且可以结合其他技术手段开展测绘作业的位置布设站点。根据该水利工程实际情况，经勘查监测后，决定将前期完成的高程等级为四等的E级GPS点作为架站点，数量共有8个。
2.2地图测绘
确定架站地点后，需布设三维激光扫描仪。三维激光扫描仪本身等同于一个空间极坐标系，是以空间点云数据为发射器，进而确定测绘对象的三维坐标位置。在实际作业过程中，需将测量站点与后视点坐标输入至操作手簿中，借助RISCANPRO软件计算得对应的坐标参数，分别为平移参数和旋转参数，并结合空间极坐标系原点位置，在确定正北方向后，分别得到x轴、y轴和z轴对应坐标，再对后视标靶进行瞄准完成定向操作，得到具体的数据信息。就水利工程实际地形情况来看，难免会出现起伏现象，这就需要通过扫描明确已知坐标与后视坐标之间的差值大小，并做好记录工作[3]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为保证数据的完整性，需采用局部扫描方法，获取沟、梁、坎、路等数据信息，再通过标靶完成定点补充测量。待作业区测绘任务完成后，为便于后续数据拼接作业的开展，需对数据信息的完整性进行检查，并且在扫描各个区域时，重合率不得低于30%。
2.3数据处理
完成数据采集后，需对其进行预处理，整个处理过程较为复杂、繁琐，为提高作业效率，数据的处理可通过RISCANPRO软件完成。实际操作时，需在软件中输出相应的数据信息，主要包括测量站点与后视坐标，然后再借助GPS实时动态技术，与实际点进行比较，确保数据信息与实际位置之间能够正确匹配。同时，受仪器本身及其他因素的影响，采集所得信息可能会存在噪点现象，这就需要通过平滑处理的方式消除噪点，确保测绘数据质量。
2.4特征提取
RISCANPRO软件功能强大，可提供不同样式的视图，包括平面图、立体图、全景视图等。不同点在视图中所呈现出的颜色也有所差异，所表现的地形形状也是不一样的，可根据坐标点颜色的不同，更加直观的判断出实际地形形状，将诸如沟、梁、坎、路等特征线标注出来。对于不同类型的特征线，可单独建议对应的DXF格式文件，将特征数据补充完整后，即可实现对地形的编辑操作[4]。
2.5数据拼接
通过数据拼接的方式，对各个站点采集所得数据进行处理，可确保测绘结果的一致性。拼接过程中所用方法一般为迭代最近点算法，可通过点集对点集运算，对起伏不平的地形曲面进行模拟。数据拼接过程需在RiSCAN PRO软件中完成，通常来讲，不同站点之间的数据差越小，所能达到的拼接效果则越理想。根据水利工程地形测绘作业需求，需在２个邻近的测站之间关联至少６同名点误差呈现出来，对特征数据进行补充，达到限差要求后，根据作业区域的划分，逐步完成数据拼接操作。
2.6数据过滤
采用三维激光扫描方法所得数据量较为庞大，为减轻数据运算任务，避免测绘结果受到多余数据的干扰，需采用过滤的方式处理所获取的数据。该项目工程进行数据过滤时所用方法为曲率采样法，以满足地形测绘精度为前提，当测区地势地形较为平缓时，则可适当减少保留的坐标点；当测区地势地形起伏较大时，为确保曲面信息特征的完整性，则保留的坐标点数应适当增加，最后该工程所保存的坐标点数共有75200个。
2.7生成地形图
利用RiSCAN PRO软件，以DXF文件格式导出处理好的数据，再用南方cass软件打开，并将特征数据、特征点及线文件等导入其中，对数据信息进行补充并编辑，构建三角网，绘制等高线，最后生成格文件格式为dwg的地形图。
2.8精度分析
现阶段对于三维激光扫描方法测量精度的评定仍有所不足，为了更加之间的将测绘成果呈现出来，需对测站内的重合区域的高差起伏进行对比。经检查和验收后，可知地物点平面位置及高程注记点中误差分别为1.01m和0.55m，符合《水利水电工程测量规范》（SL-197-2013）相关要求。
3、总结
三维激光扫描技术作为一种先进的测绘技术，具有三维测量和三维扫描功能，能够快速获取高精度高分辨率数字地形模型，在水利工程地形测绘工作中有着显著应用优势。要想确保水利工程施工的顺利开展，可利用三维激光扫描方法，了解水利工程地形地貌特点，获取更加全面、精准的地形信息，以便能够应对更加复杂的工程建设环境，促进我国水利事业的发展。
参考文献：
[1]郑欣.三维激光扫描技术在水利工程坝址地形图测绘中的应用[J].广东水利水电,2017，(11):46-49.
[2]蔡文生,尚化庄, 邓科.三维激光扫描技术在水利工程地形测绘中的应用[J].西部资源,2018,(02):138-139.
[3]韩慧颖.三维激光扫描技术在水利测绘中的应用[J].河南水利与南水北调,2017，(5)：89-90.
[4]烟雷刚,烟静红.三维激光扫描技术在水利工程地形测绘中的实践应用[J].科技经济导刊,2018,(12):18-19.
论文作者:秦晓轲
论文发表刊物:《科技新时代》2019年6期
论文发表时间:2019/8/15
标签：地形论文; 数据论文; 激光论文; 水利工程论文; 作业论文; 方法论文; 坐标论文; 《科技新时代》2019年6期论文;