基于地面三维激光扫描的精细地形测绘

辛立国

（辽宁水利职业学院，沈阳 110122）

我国地域辽阔，有很多危险的地方需要进行精细地形测绘，例如险峻的高山、湍急的河流、陡峭的悬崖等，常规的测绘方法对这些地方作用不大，而且危险系数较高，无法完成精细、准确的测绘。为解决这些问题，三维激光扫描技术被应用到精细地形的测绘中。1995 年，在激光的应用中研究出了一项比较有意义的成果，即三维激光扫描技术，被称赞为在GPRS 定位技术之后的又一项伟大的科技成果，比以前的测绘方法更快、更准、更安全。如今，三维激光扫描技术被运用于地形的测绘、模拟地形、立体结构的建模等方面。本文主要阐述三维激光扫描的原理和在实际情况中的运用，以及地面三维激光扫描的精细地形测绘在推广和普遍使用中存在的问题。

1 地面三维激光扫描仪的工作原理

扫描仪、处理器（电脑和其含有的处理软件）、电源供应系统组成了地面三维激光扫描系统。扫描仪扫描数据，处理器接收和处理数据，电源供应系统供应这些机器正常运转所需要的电量。扫描仪本身含有扫描系统和激光测距系统，同时也含有控制和矫正系统及集成CCD。仪器工作时，通过测量水平角的反射镜和测量天顶距的反射镜一起有序旋转，将激光脉冲依次扫过被测量的区域，测量每个激光脉冲的空间距离及扫描激光脉冲的水平角度和天顶距离，最后通过计算其坐标的方法得到被测量区域的三维坐标。通过Cyrax 2500 的Cyclone 等软件处理三维坐标得到精细地形的测绘图。

2 实际情况中的运用

某高速公路需要以隧道的方式穿过一座大山，此大山横在高速公路的施工路线上，如果绕过此大山将多绕出20 多公里，且弯道多，不满足高速公路快、直、平的要求，所以穿越隧道是唯一的解决方式，但是，隧道的进口和出口都是峡谷，需要高架桥连通到隧道的进口和出口，这样就要对隧道进口和出口的地方进行安全处理，因此就需要隧道进口和出口1:300 的高清地图。这个项目采用I-Site三维激光扫描仪采集数据，Cyrax 2500 的Cyclone 等软件处理数据，得到1:300 的高清地图。

3 在地面三维激光扫描的精细地形测绘中存在的问题

虽然地面三维激光扫描仪在精细地形测绘中有很多优点，而且得到的地图也更加准确、清晰，但是这种技术还处于起步阶段，主要有以下5 个问题影响其推广和使用。

3.1 三维激光扫描方法与传统方法结合上的问题

传统的方法虽然在地势险峻或者危险系数高的地方不能得到准确的数据，但是在平地或者在不太危险的地方，依旧占据着主导地位。传统的方法和地面三维激光扫描方法在融合贯通方面做得还不够，没有很好的发挥这两种测试方法的优点，要进一步融合贯通这两种测绘方法。

3.2 三维激光扫描仪价格昂贵的问题

地面三维激光扫描仪属于科技含量比较高的仪器，一般科技含量高的仪器，都比较贵，三维激光扫描仪也不例外，所以在推广上还具有较高难度。

3.3 数据采集不完整的问题

三维激光扫描仪一般都是在环境条件不好的情况下使用，比如高山群中，山峰高高低低相互依靠，形成遮挡现象，导致扫描仪扫描不完整，造成数据缺失，从而影响测绘图的完整、准确。

3.4 数据处理软件不成熟

三维激光扫描仪扫描的结果最终都需要软件处理，但是目前还没有相对成熟的处理软件，往往处理结果需要使用好几个软件相互协助才能得到比较准确的结果。这不利于三维激光扫描仪的推广使用，要尽快开发出一套完整成熟的软件，用一个软件处理得到精确的结果。

3.5 三维激光扫描仪智能化还不够

三维激光扫描仪智能化还不够，不能自动或半自动的提取到完整数据，还需要人工辅助才能得到比较完整的数据。这就要求在设计的时候更加注重智能化，让三维激光扫描仪能够自动获取数据，至少也要是半自动的获取数据。

正因为上面的5 个问题，严重影响了地面三维激光扫描仪的推广和普遍使用，要尽快解决上述问题，推动三维激光扫描仪的广泛使用。

4 结 语

本文简要介绍了地面三维激光扫描仪的工作原理和其在实际情况中的运用，以及存在的问题。毫无疑问，地面三维激光扫描仪相对于以前传统的方法有了很大的提高和进步，尤其是在险峻的高山、湍急的河流、陡峭的悬崖等恶劣环境中，优势更加明显，要尽快解决上述问题，推广三维激光扫描仪的使用。

［1］彭维吉,李孝雁,黄飒.基于地面三维激光扫描技术的快速地形图测绘［J］.测绘通报,2013(3):70-72.

［2］梅文胜,周燕芳,周俊.基于地面三维激光扫描的精细地形测绘［J］.测绘通报,2010(1):53-56.

［3］李志鹏,张辛,喻守刚,等.基于三维激光扫描的大比例尺地形测绘方法研究［J］.人民长江,2014,45(7):70-73.

［4］赵鑫,吴侃,蔡来良.具有先验信息的地面三维激光扫描地形测量数据去噪算法［J］.大地测量与地球动力学,2011,31(4):108-111.