三维激光扫描技术在测图工作中的应用
2014-11-24
（江西省基础测绘院 江西南昌 330001）
1 引言
伴随着经济社会的快速发展，测绘技术也在不断的更新和进步。三维激光扫描技术是最近几年进入测绘领域的新技术，业界普遍认为，是全球定位系统之后，又一项能给测绘技术带来新的革命性的测绘方法。三维激光扫描技术设计初衷是用于快速建立物体的三维模型，并获取三维数据坐标数据，由于它的非接触、实时、动态、高密度的特性，已经能很成熟的应用于测绘工作之中。近几年，三维激光扫描技术也已经广泛的应用在测绘的各个领域。
传统的地形测绘任务劳动周期长，劳动量大，无论在人力和物力方面都有很大的消耗。而如今的三维激光扫描技术大大改善了传统测图的缺点，减轻了外业作业人员的工作量，显著的提高了地形图测绘的自动化程度。
2 三维激光扫描仪工作原理
地面型三维激光扫描系统工作原理是∶三维激光扫描仪的发射器通过二极管发射近似红外波长的安全激光束，经过旋转棱镜，射向目标，对所测物体进行立面扫描，然后通过探测器，接受反射回来的激光脉冲信号，并由记录器记录，最后转换成能够直接设别处理的数据信息，再通过相应的软件处理，实现实体模型输出。见图1。
图1 地面激光扫描仪测量的基本原理
地面激光扫描仪系统由有几个大的重要部件组成。其主要用途有∶地面三维激光扫描仪来采集三维点云数据、数码相机采集实景纹理信息、后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换、电源以及附属设备等。见图2。
图2 地面激光扫描仪系统组成与坐标系
3 与传统测图工作的比较
1.传统测图工作中，根据对仪器的使用、精度高低的要求和工期的要求，主要包括以下三种作业方法。1) 全野外数字化测图的方法，在一些发达省份大都采用此类方法，该方法精度很高，但成本高、工期长。2) 全野外数字化测图和数字摄影测量相结合的方法，一些中部省份采用这种方法较多，它的优点就是成图时间不仅成本较低、速度较快，精度也能达到要求。3) 数字摄影测量的方法，一些西部省份采用全数字航空摄影测量方法，这种方法虽能成本低、速度快，地物的精度能达到要求，但对于较大比例尺的成图却难以保证高精度。
2.在已往的地图测量中，精度和工期总是不能兼顾。而三维激光扫描仪能够解决测绘工作者的困扰。通过对获取的三维云点数据进行建模，方便在电脑上进行量测，而且三维激光扫描地图测量的以下优点∶1)数据采样率高，采样点速率达到数万点/秒，是传统测量方式难以比拟的。2)主动发射扫描光源，不受扫描环境的时间和空间约束。3)数字化采集,兼容性好，直接获取的数字信号,易于后期处理及输出。用户界面友好的后处理软件能够与其它常用软件进行数据交换及共享。
所以，使用三维激光扫描技术进行测图，将大大的提高测量的工作效率，对今后测绘领域测图工作具有重要推进作用。
4 实际测图中的应用流程
测区位于昌南某地，地形较全居民地覆盖较密集。通过JXCORS 布设控制点。施测控制点时,流动站设置三角架,严格对中整平,天线高准确量读至毫米。每次观测历元数应不少于20个，采样间隔2秒-5秒；每次观测时间不少于1分钟(自动储存点中采样率设置为1秒时,观测次数设置为60)。施测控制点时,每点至少进行3次重复观测,采用分时段观测。两次观测成果较差小于4cm时,成果取中数使用,超限进行返测。
1.外业点云采集。在单人作业情况下，测区面积约为25亩，外业设站时间为2.5个小时。和传统的外业测量相比，人员可减少一半，时间上可减少3/5左右。
2.多测站扫描数据导入。见图3。
图3 数据导入
3.多测站扫描数据拼接。见图4，图5。
图4 拼接精度
图5 拼接好的部分俯视图
4.数据坐标系统转换。根据实际测量中观测的JXCORS控制点，该测区共布设了六个均匀分布于测区的图根控制点，通过已知点坐标，把图形转换到正确的坐标系统。
5.地形图的绘制。通过已转换到正确坐标系的三维立体模型，提取它的特征点，转绘为二维平面地形图。见图6。
图6 地形图截图
5 结语
最近几年，三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟，三维扫描设备也逐渐的被使用在测绘行业之中，三维激光扫描仪的巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，不要直接接触就可获得高精度的点云数据。这就可以快速、准确地对真实物体进行三维建模和虚拟重现，而我们目前试验的平面地形图测绘，也只是三维激光扫描技术应用的一个小部分。相信随着仪器成本的降低,技术发展的更新,该技术会在以后的测绘工作其他领域有更广泛的应用。
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