影像全站扫描仪Trimble SX10在山区等高线测图中的应用——以肃北大敖包沟矿区为例

汪永红，张阳阳,门林杰，陈亚伟，张治国，郝　伟

(1. 甘肃省国土资源规划研究院，甘肃 兰州 730000； 2. 甘肃农业大学资源环境学院，甘肃 兰州 730000)

Trimble SX10影像扫描仪是集测量、影像和高速三维扫描于一体的革命性解决方案，具有3大技术优势，分别为：Trimble Lightning 3DM线扫描技术，保证了每秒26 600个点的测量速度及1.5 mm的测量精度；Trimble VISION多镜头提供了影像获取技术，改变了传统全站仪目镜瞄准等方式，SX10完全以影像方式进行瞄准再测量；Trimble Advanced Autolock高级锁定跟踪技术，保证锁定目标并持续全站仪测量工作。目前，虽然三维激光扫描仪在测量领域有所应用,但是对于地形复杂的山区，单纯的三维激光扫描仪不能直接获取带地理坐标的测绘数据，需要内业软件的数据拼接和地理配准，这样的工作流程反而增加了作业的难度。但是Trimble SX10这种具备测量流程功能的扫描仪非常适用于地形变化较大的区域，外业和内业简单高效，能够很好地解决地形复杂山区测绘的一系列问题。

1　测区概况

肃北大敖包沟铜镍矿普查项目为甘肃省矿产资源勘查重点项目之一，肃北大敖包沟矿区海拔高、地形起伏大，大部分为悬崖、深沟等测绘人员无法到达的危险地形，与外界交通不便，人员进出较为困难，项目区内出现意外情况难以及时处理。由于时间紧、任务重，常规的全站仪、GPS RTK测绘方法很难完成。三维激光扫描仪采集数据均匀，无需人工操作，效率高，在三维立体建模、模型准确度及数据处理等方面均具有较大的优势。三维激光扫描技术最基本的应用之一就是地形图绘制。基于扫描的精细点云可直接生成三维地形模型，并可以自动提取等高线，实现一次测量，同时可获取三维及二维数据资料。与传统测绘手段相比，三维激光扫描具有效率高、细节丰富、成果形式多样、智能化、兼容性强等优点。

2　项目测量流程

2.1　整理流程

先根据项目大小、位置，规划扫描测站数和需要测量的特征点。外业使用SX10 进行数据的扫描， 采集点云数据和全站仪特征点数据。内业利用 Trimble TBC 软件处理点云数据，自动生成等高线，并提交所需要的成果。

2.2　外业测量流程

利用已知点(控制点或已测量点)，使用SX10设立测站，扫描所需要的点云。再利用SX10全站仪功能测量一些特征点。这些特征点可以用来检核点云的精度，如图1所示。

图1　扫描测站的三维视图

2.3　内业处理流程

数据导入TBC，可得到点云数据。利用TBC软件自动分类地面、建筑物、电线杆和标志、高植被。软件自动分类有问题的，可手动调整。并且剔除周围的杂点，根据效果抽稀点云。在剔除植被、地物等非地貌部分的点云数据的基础上，利用TBC基于点云数据生成表面模型，并可对有问题的部分进行修改编辑，如图2所示。

图2　点云处理后 TBC 生成表面

2.4　精度的检核和成果输出

可根据现场已有控制点，或利用SX10全站仪功能测量的地形点进行等高线误差的检核。TBC数据处理软件可以将等高线数据导出为各种格式的数据成果，包括CAD(DXF/DWG)、GIS(SHP)等格式，如图3所示。

图3　生成的等高线

3　遇到的问题及处理方式

由于项目区位于山区，测量时间为冬季，山区有很多干枯的杂草等植被。SX10外业扫描时也会把这些植被扫描到，这就需要内业处理时剔除这些杂草数据，否则会影响等高线生成的精度。SX10后处理软件采用天宝TBC软件，该软件具有点云自动分类功能，可以在剔除植被、杂点、刺点之后再进行等高线成图。

4　对比分析

传统作业与Trimble SX10作业对比见表1。

表1

5　结　语

经过对比分析，在山区等高线测图应用中，在满足传统测量工作需求的前提下，Trimble SX10影像扫描仪能够大幅提高外业作业效率，改变了传统外业工作方式，提供优质的可交付成果，为测量工作人员提供了一套完整的解决方案。

参考文献：

[1] Trimble.Full Total Station Technology Plus a High-precision Scanner in One Revolutionary Machine[EB/OL].[2018-01-05].https:∥geospatial.trimble.com/products-and-solutions/sx10.

[2] 李静静. 含断层的复杂地质体三维建模与等高线生成[D].青岛：山东科技大学,2005.

[3] 张志强. 地面三维激光扫描仪在大比例尺测图中的应用[D].北京：中国地质大学(北京),2013.

[4] 杨忞婧. 地面三维激光扫描仪的测量误差分析[J].东华理工大学学报(自然科学版),2013,36(2):228-232.

[5] 胡奎,王丽英. 三维激光扫描技术在精细地形图绘制中的应用[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2013,32(7):953-956.

[6] 罗书明,张高平,王光勇,等. CASS大比例尺地形图绘制关键技术研究[J]. 科技创新导报,2010(7):1.

[7] 周夷. 数字地形图绘制与应用的程序设计和开发[D].西安：西安科技大学,2009.

[8] 李保平,鲁春阳.《地形图绘制》课程教学改革实践与探讨[J]. 中国西部科技,2004(10):40-26.

[9] BLALOCK S J,CASTEEL C,ROTH M T,et al.Impact of Enhanced Pharmacologic Care on the Prevention of Falls：A Randomized Controlled Trial[J]. American Journal of Geriatric Pharmacotherapy,2010,8(5):428-440.

[10]KUZMINSKY S C,GARDINER M S.Three-dimensional Laser Scanning：Potential Uses for Museum Conservation and Scientific Research[J]. Journal of Archaeological Science,2012,39(8):2744-2751.