摘要：三维激光扫描仪技术对于传统的测量方式来说，有效的提高工作效率和工作质量，在地形测量中应用较广泛。本人结合自身多年的工作经验，对三维激光扫描技术在地形测量中的应用进行研究，其主要包括数据采集、数据处理、转换坐标、等高线生成、验证精度几个方面，希望能够促进三维扫描仪技术的发展。
关键词：三维激光扫描仪；地形测量；应用
引言
地形测量是利用测量仪器或相关的技术，对某地的地形进行测量，并进行数据分析、处理，进而生成某地的地形图。随着技术的不断发展，传统的测量方式工作效率、测量精度较低，应用满足当前的测量需求，三维激光扫描仪技术应运而生，其应用的领域较为广泛，大大的提高了地形测量的工作效率，本文主要对三维激光扫面议技术在地形测量中的应用进行研究。
1三维激光扫描仪及其工作原理
三维激光扫描仪内部构成较复杂，主要由数码相机、电源、地面三维激光扫描仪、后期处理软件以及其他的附属设备等。三维激光扫描仪主要是通过高速的激光扫描来完成，后期通过对数据的收集和整理分析，将收集的点云数据进行转换，进而建立具有坐标体系的地形模型。三维激光扫描仪种类比较多，根据扫描平台的不同可以将其分为以下几大类：机载激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统等。而按照有效扫描距离的不同，它又可以被分为短距离激光扫描仪、中距离激光扫描仪、长距离激光扫描仪、航空激光扫描仪等几大类。
三维激光扫描仪的工作原理是通过内部激光脉冲发射器发射激光脉冲来完成。三维激光扫描仪向目标发射激光脉冲，通过激光脉冲对目标进行来回扫描，进而得到目标到扫描中心的距离，同时，通过对扫描模块的控制，可以测量到每个水平角度和竖直角度。将扫描到的数据通过三维激光扫描仪内部处理软件进行处理，之后形成相对应的三维坐标，最后形成三位模型或者是三维空间位置坐标，为相关工作的开展提供参考。
2三维激光扫描仪在地形测量中的具体应用
2.1数据采集
数据采集是三维激光扫描仪中的第一步，通过全站仪进行控制点的布设，其测量角度控制在3分内，测量距离的精度控制在3mm左右。本文所研究的三维激光扫描仪地形测量位于未开发地带，扫描的区域地形较平坦，但是结构相对来说较为复杂，地面植被覆盖率较低，人流量较少，便于测量。
2.1.1布设控制网
测量区域内要合理的布置控制点，各个点之间要有衔接性，能够由一点引出下一点，其中K4是已知点，其平面坐标为1000，1000，高程为500米，如图1所示。在测区范围内，经全站仪测边、测角，得到控制点坐标，并且利用全站仪三角高程获得控制点高程。
图1控制点空间分布图
2.1.2三维扫描
地形测量的过程中，要有顺序的进行，将设备布设在K1上，在测量区域内合理的安置三个不在同一直线上的蓝白标靶，其中一个安放在K5处。与此同时，将扫描仪接通电源，使得扫描仪和电脑进行相连，然后启动Cyclone软件，并在此基础上建立工程文件、数据库，将扫描仪连接好后，设置角度范围，拍摄扫描区域。当参数设置好以后，对该地区进行扫描，准确定位控制点上的标靶，并对标靶精细扫描。上述所有过程完成以后，将扫描仪转架到K3位置，然后利用相同的方法进行扫描。
2.2数据处理
2.2.1拼接点云数据
拼接点云数据即对各个观测点的数据进行整合，这一过程是通过扫描仪将不同的坐标系统进行转化，本文主要基于公共标靶拼接的数据处理方式，进行点云数据的拼接。
2.2.2预处理点云数据
在点云数据预处理时，主要是点云去噪、平滑以及抽稀压缩和空洞修补等，这些均可通过采用Cyclone等软件来完成。
2.3转换坐标
在三维激光扫面议完成上述的数据采集和数据处理后，要将所得到的数据进行坐标转换，将点云数据坐标有效的转换成独立三维的测量坐标系统，其主要包括平面坐标以及高层，可以更加直观的表达测量的结果。
2.4等高线生成
在测量工作中，点云数据的数量非常大，如果直接插入到相关的生成软件中，不利于坐标系数据等高线的生成，因此，需要对点云数据进行采样。点云采样的方法主要有：等距采样、统一采样、曲率采样和随机采样。本文主要采用曲率采样的方式进行，在众多的数据中，设定一个准确的百分比数值，软件按照最小二乘法计算某曲面上的曲率，依次类推计算出所有的曲率，然后依照曲率大小划分的区间对点云进行精简删除，得到设定的百分比与点云数值乘积的点值。将采样后的点云数据导入到CASS软件中，建立DTM模型，设置等高距，CASS软件自动生成等高线。点云数据生成等高线流程如图2所示。
图2等高线生成流程图
2.5验证精度
三维激光扫描仪数据转换的误差，主要是测量产生的误差、坐标转化中的误差等等，为了保证测量的精确度，在完成上述的地形测量的过程后，要对其进行精度的验证。三维激光扫描仪及相关配套设施的应用，可以准确获取检核点平面坐标、全站仪获取点平面坐标差值，其绝对值最小可达0.005米，最大值也只有0.024米，二者求平均值大约在0.012米左右；对于高程差值绝对值而言，其最小值大约在0.006米左右，最大值大约在0.029米左右，其平均值在0.018米左右。
3三维激光扫描仪应用前景
三维激光扫描仪所收集的数据，可以直接通过电脑进行收集处理，省时省力，在相对复杂的环境下也可以高效的工作，其最主要的优势在于实效性、主动性与适应性。目前三维激光扫描仪不仅仅应用于地形测量，还涉及交通事故处理、灾害评估、军事分析等领域。总之，与传统地形测量技术相比，三维激光扫描仪可以说是一种历史性的突破与创新，它具有效率高、表现力强、兼容性强、测量细节丰富、智能化等诸多可圈可点的优势，可以同时完成地貌与地形测量、获取影像模型、自动生成结果等工作，充分满足了工作人员对相关数据的不同需求。随着我国现代化技术的发展与进步，我们相信三维激光扫描仪还是会有非常好的应用前景。
结束语
综上所述，三维激光扫描仪在地形测量中的应用，提高了测量的精度和工作效率，完善了传统测量的局限性，具有实时性、准确性、扫描速度改快以及全数字化和高精度等特点，为以后高难度的地形测量提供了便利。
参考文献：
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[2]周鹏，赵松.三维激光扫描仪在地形测量中的一体化应用[J].科技创新导报，2015，11：58.
论文作者:杨红武,韩耀斌
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/4
标签：扫描仪论文; 激光论文; 测量论文; 地形论文; 坐标论文; 数据论文; 等高线论文; 《基层建设》2017年第25期论文;