浅谈三维激光扫描仪在地形测量中的应用

刘克非

（湖南省长沙市明德中学，长沙 410100）

浅谈三维激光扫描仪在地形测量中的应用

刘克非

（湖南省长沙市明德中学，长沙 410100）

三维激光扫描技术是现代科技条件下产生的一种非常有效的技术，这种技术不仅突破了传统的单点测量方法，而且还具有高效率、高精度的特点。当前三维激光扫描技术在解决点云联结时一般采用共轭面转换法、磁性觇标控制点法、测站后视棱镜法和曲面匹配法等。

三维激光扫描仪；地形测量；应用

三维激光扫描技术是20世纪90年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后的又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。由于其具有快速性、不接触性、穿透性、实时性、动态性和主动性，因此受到了广泛的欢迎。

1　三维激光扫描技术的发展

三维激光扫描技术使测绘从传统的二维平面上升到了三维立体空间，这对于地形测绘而言无疑是件好事，它能够帮助人们更加立体而形象地掌控地形数据。从三维激光扫描技术的研究来看，作为20世纪90年代中期出现的一种全新的科学技术，它不仅能够突破传统GPS技术中地理数据传导的缺陷，而且还具有良好的地理环境穿透性，这种穿透性是人们对地理条件进行深入解读的关键。在传统的GPS数据显示中，人们通常只能对地形的表面进行研究和分析，而三维影像的出现可以说是在GPS基础之上的又一次技术革新。从原理上讲，三维激光扫描仪可以利用激光测距的原理来捕捉物体表面大量的点，进而通过这些点来呈现三维立体坐标及反射率等信息。科研人员能够通过这些数据更加立体地掌握地形地貌，并根据实际情况进行相关信息的分析和探究。可以说三维激光扫描仪的出现不仅是测绘领域更高水平的发展，同时也是其他领域技术的更迭，更重要的是我们能够通过三维激光扫描仪来发现人们对于生活和未来发展的渴望。地形测量领域从根本上讲就是对地物、地貌及其他地理要素进行分析和测量，它是人类对于自然百态的全新认知，通过对地球表面地形的探测与研究，能够使人们对于所生存的自然生态产生更深刻的认识和了解，在深入了解之后，人们才能够更加充分、有效地利用生态资源，并保证资源的长期可持续发展。

2　三维激光扫描仪在地形测量中的应用

三维激光扫描仪是通过内含的激光测距仪，对三维坐标进行精确测量的一种仪器。这种仪器的最大优点就在于只要能够让它有一个立足点，就可以在不碰触测量物体的情况下对物体进行高精度、高密度的三维立体数据的呈现，再通过仪器中所含有的数据处理系统，即刻便可以形成三维图形化的空间资料，这对于整个自然的研究都是非常有意义的。

不同于传统扫描仪对于光的依赖，以激光为主要工具的扫描仪，在测量的过程中是不用光源辅助的，所以激光扫描仪是可以在黑暗环境中实现精准测量的。如果是在光源充足的情况下进行测量，三维激光扫描仪甚至可以同时获得对应点的色彩光谱，进而形成更加详细且生动的三维影像。因此，从某种程度上来说，光对于地质是有着非常深刻的影响的。目前三维激光扫描仪对于地形的测量一般会呈现出初始的三维点云数据分布，这对于我们初步了解被测物体是非常重要的。如果我们不能够一次性完成被测物体的扫描，那么就要对多点探测的数据进行整合与分析，特别是要将点数据进行模型化的处理，之后我们才能够得到更完整的数据。

当前已经就点云联结问题提出四种相应的方法：第一是共轭面转换法，这种方法能够在重叠的两个群点云中，通过使用者以人机互动的方式来将3个共面形成1个平面，进而完成对数据的统计和分析。不过这种方法相对而言比较复杂，而且工作量特别大，所以使用并不十分广泛。第二是磁性觇标控制点法，在重叠观测区域内设置磁性觇标，通过激光对觇标的特殊反射效果来自动寻找控制点，再通过3个以上的控制点，就能够得到观测物体的三维坐标换算参数。这对于我们来说是行之有效的，特别值得一提的就是这个方法能够实现自动化，这在三维激光扫描仪的应用中是相当具有代表性的。第三是测站后视棱镜法，这种方法是利用激光扫描仪在扫视到棱镜时产生的反射作用，可以让我们得到测站与棱镜之间的一个相当具体的三维立体关系，通过这个三维立体关系我们就能够对测站的数据进行分析和研究，并且还可以通过GSP系统对棱镜和测站进行更加深入的定位测量。这种方法对于地形测量来讲是相当实用的，同时也是最有效、快捷的一种方法，同时也是具有自动化能力的一种内业工作方法。第四是曲面匹配法，这种方法一般针对表面起伏不定的地形，它可以通过曲面匹配的方式来实现重叠观测区域的点云数据接收，进而通过仪器内部的数据分析系统给出结果。不过目前的曲面匹配法在仪器设备上还不能实现完全自动化，还要人为操作，才能够使整个匹配过程完整有效。

3　结语

三维激光扫描仪对于整个地形测绘领域来说是一种非常重要的仪器，我们也有理由相信在未来发展中，这种仪器将会拥有更广阔的发展空间。

［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，（03）：367-368.

［2］ 张启福，孙现申.三维激光扫描仪测量方法与前景展望［J］.北京测绘，2011，（01）：183-184.

On the Application of Three-dimensional Laser Scanner in Topographic Survey

LIUKe-fei
（Changsha Mingde Middle School ofHunan,Changsha 430100,China）

Three-dimensional laser scanningtechnologyis a veryeffective technique under the conditions ofmodern technology,it not onlybreak the traditional single-point measurement method,but alsohas characteristics ofhigh efficiencyand high precision.The current three-dimensional laser scanning technology generally adopts conjugate surface switching method,magnetic ship standard control point method,survey station back vision prismmethod and hook face matchingmethod in solvingthe point cloud joint.

Three-dimensional laser scanner；Topographic survey；Application

TN95

A

1674-8646（2015）12-0132-02

2015-08-27