摘要：三维激光扫描技术有效的提升了测绘工作的精度，使得野外测绘数据采集更为简单方便，三维激光扫描的应用是智能化水利的一项重要手段，在尤其是在地形的测绘中有着更为关键的作用，通过三维激光扫描技术为水利工程监测提供更为准确的依据，本文主要针对三维激光扫描技术进行分析，希望在今后的发展发挥更为重要的作用。
关键词：三维激光扫描技术；测绘技术；水利工程
1、三维激光扫描仪工作原理分析
激光有着自身独特的特性，单色性、方向性、高亮度等都是其成为一种距离载体的有利因素，因此激光在精度、速度以及操作性上和其他测绘方式有着不可比拟的优越性。上世纪九十年代之后，激光、传感技术以及计算机等多种技术不断发展，三维激光扫描仪的精度水准、抗干扰能力以及速度上，都有着明显的提升，在应用上大大的提升了工作效率。一般来说，经常使用的扫描仪根据测距方式，可以分为三角式扫描仪、相位式扫描仪以及脉冲式扫描仪等形式。三角式扫描仪和相位式扫描仪，其测量范围较小，一般在0.5米到100米之间，脉冲式扫描仪测量范围较大，在六千米以内的测量范围都可以测绘到，因此当前应用中，脉冲式扫描仪应用较为普遍。脉冲式三维激光扫描仪，其测量方法为非接触式激光测量，通过点云形式，对目标表面的集合特征加以表现。测距方式通过激光发射器发射出CLASSAⅠ级激光脉冲，将脉冲投射到物体上，然后接收器收到物体上的反射光，通过扫描仪上的高精度时钟，将反射时间进行记录，由此测量出测距。测距仪和被测物体距离，是光速乘以时间差的二分之一。进行测距时，通过一起内部的角度测量系统，对激光束的垂直角以及水平角进行测量，继而获取三维坐标值，三维激光扫描仪将坐标值记录并记忆定位，就是我们所说的反射率。
2、三维激光扫描技术在水利工程的应用
2.1外业操作的应用
（1）进行架站位置的选择。为保证地面信息的全面有效，架站的位置选择上应当方便的使用原则，这样做的主要目的就是可以对其他测量手段有效的扩展以及联测，在架站的位置选择上，视野要保证开阔。（2）扫描作业。根据常规的测量作业，需要在测站上进行扫描仪的架设，对中整平。通过扫描仪扫描出空间点云数据，就是根据激光发射器作文中心，进行坐标系的定义。这样使得点云数据和实地坐标保持一致，根据操作手簿输入测站坐标、后视点坐标，经由相关的软件得出平移参数、旋转参数，标明正北方向和ｘ，ｙ，ｚ坐标，瞄准后视标靶对其进行定向操作，定向之后提取数据，确定实测后试点坐标以及已知坐标点差值，然后对其扫描。由于地形的因素，在扫描沟壑等数据上，会有一些不完整的现象出现，这时就需要扫描操作员对局部的沟壑部位再次进行扫描，保证所有部分都扫描到位。测站完成之后，需要到下一个测站，将上述步骤进行重复，根据不同的测区测站的不同，都需要一一进行扫描作业的操作，这样才能保证数据的完整性。对于后期数据的拼接上，需要将每一个测站和相邻测站之间扫描范围，需要保持有大概30%的重合率。（3）数据检测。扫描完成之后，还需要对测区的数据进行检测，通过数据对点云进行精度验证，保证测绘数据的准确有效性。
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2.2数据编辑
（1）数据预处理。外业采集的数据，输入到软件中进行预处理，对现场输入的测站和后视坐标信息，进行复核。同时，通过GPS-RTK实测的特征点导入到软件中，对其进行对比分析，从而确认点云数据匹配到正确的位置上。由于外部环境多变，且测量设备系统内部的一些问题，通过三维激光扫描的数据或多或少的会有一些噪点的出现，这些噪点一般出现在裸岩表面点或者流动物体点等，对于这些部位出现的噪点，应当采用孤点过滤或者是采用拓扑过滤等不同方法，将噪点加以剔除出去，然后针对去除噪点后的数据进行平滑处理。（2）特征提取。数据处理软件，根据不同的视图模式，有二维视图、三维视图以及全景式图等，将扫描的数据的实际颜色信息，在图中都可以清楚的看出。对于一些完整观察出的特征线，例如沟、坎、路、梁等，需要根据特征点以及特征线，进行及时的标注并加以注明，导出为单独的dxf格式文件，然后根据补充测量的特征，为图形的下一步编辑做准备。（3）数据拼接。对于同一地方的测绘，一定要保证测绘的一致性，因此对于不同测站测量出的数据进行拼接。当前，应用最为广泛算法为是迭代最近点算法，此种算法通过点集和点集之间的对应，进行计算，这种算法对于一些匹配的曲面可以拟合出。软件根据这种情况，在进行完善并加以补充，一般，原有数据差值越小，那么拼接的成效也就较为优质。根据测区的实际状况，将相邻的测站之间以及所有的同名点，进行有效的关联，进行点云数据拼接，与此同时，进行误差报告的开具，然后根据补充测量后的数据进行再次拼接比对，保证其满足限差要求，分区完成测区数据的有效拼接。（4）数据过滤。通过三维激光扫描仪，进行扫描的点云比较密集，冗余较多，为保证后期的计算量不会多大，因此对一些冗余的点云应当消除，消除多余的点云是数据编辑的关键关节。依据测区的实际状况，采用曲率采样的方式，过滤点云数据，一般坚持的原则为：曲率大的区域，需要保留足够的点，将曲面特征的精准性加以全面的表现，在一些平缓的区域，点位不需要留有太多。（5）生成测绘图。通过软件将之前处理的数据，导出为dxf格式文件，通过软件打开该文件，然后在将补充测量的数据、特征点文件、特征线文件打开，根据国家规定的标准，对其进行编辑，进而构建三角网并进行等高线的绘制，最终形成测绘图，最终文件的格式保留dwg格式。
2.3精度分析
对于三维激光扫描技术精度的评定上，目前还不是十分的完善以及健全，为了对扫描的测绘图只管的展现抽，选择测站重合区域、高差较大的区域的GPS-RTK实测点，和测绘图上的地点进行分析并加以比较，查看其差值的大小，以此评定其精度。
结束语
水利工程的建设区域一般都处于山区，交通极为不便以及地形极为复杂，通过三维激光扫描技术，可以在较短的时间段里，进行非接触主动式测量，对大范围的三维数据，进行快速实时的扫描，有效的降低了外业测绘人员的工作力度，提升了测绘的工作效率。
参考文献：
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[3]纪勇，李孝雁.三维激光扫描技术在水利工程建设中的应用[J].黄河水利职业技术学院学报，2008（01）：23-25.
论文作者:芦安平
论文发表刊物:《基层建设》2018年第13期
论文发表时间:2018/7/10
标签：数据论文; 激光论文; 扫描仪论文; 测量论文; 技术论文; 水利工程论文; 特征论文; 《基层建设》2018年第13期论文;