基于地面三维激光扫描的精细地形测绘

张明娟

【摘  要】本文首先介绍了地面三维激光扫描仪工作原理，分析了在地面三维激光扫描的精细地形测绘中存在的问题，并结合相关实践经验，分别从外业数据采集等多个角度与方面，探讨了基于地面三维激光扫描的精细地形测绘相关方法。

【关键词】地形测绘;地面三维激光扫描;方法应用;控制应用

引言

随着经济社会的持续快速发展，地面三维激光扫描技术迎来了前所未有的重大发展机遇，如何采取有效方法与策略，全面提升地面三维激光扫描技术的应用成效，促进精细地形测绘质量提升，备受测绘行业关注。本文就此展开了探讨。

1.地面三维激光扫描仪工作原理

地面三维激光扫描技术是现代测绘行业的常用技术方法之一，是全面优化提升地形测绘实际效能，改进地形测绘综合评价方法的重要技术手段，在当今测绘领域扮演着不可替代的关键角色。地面三维激光扫描技术主要有赖于特定扫描仪的主要作用，在处理器、分析软件、电源等设备要素的协同作用下，对地形数据信息进行扫描、搜集、分析、处理与存储，形成系统化、全面化、立体化的地形测绘数据模型，为相关行业的推进与实施提供基础性依据与参考。地面三维激光扫描仪包括了扫描系统、校准系统以及激光测距系统等，上述不同系统构成要素，在扫描仪中发挥着不同作用，在测绘数据信息分析与处理中的效用差异显著，共同构建形成了高效稳定、精细准确的测绘技术系统方法（如图1所示）。随着现代地形测绘实践工作要求的不断提高，三维激光扫描技术的应用优势愈发突出，测绘效率更高，可在更短的时间跨度范围内，完成更多数量的地形扫描任务，既适用于相对陡峭的山脉，也适用于开阔平坦的平原[1]。

2.在地面三维激光扫描的精细地形测绘中存在的问题

2.1测绘数据处理相关软件匹配性不足

在地面三维激光扫描中，需要运用相关数据处理软件对测绘数据进行统筹分析与整理，以获取最为可靠与全面的测绘数据信息，形成地形测绘数据模型。纵观当前测绘数据处理相关软件系统，普遍存在着匹配性不足，分析处理实际应用价值相对缺失等共性问题，阻碍着测绘数据处理效率的优化提升，不利于获得最为客观的精细地形测绘数据信息。由于测绘数据处理软件匹配性不足，无法在特定范围内实现测绘数据信息的互联互通互享，难以实现测绘数据的纵向与横向对比。

2.2三维激光扫描的智能性不足，采集数据不完整

随着现代智能控制技术的快速发展，地面三维激光扫描技术的智能化趋势开始凸现出来。基于智能化特征与优势，三维激光扫描技术的综合价值大大提升，使精细地形测绘的现实意义更加重要。实践表明，部分三维激光扫描技术的智能化水平不足，在数据采集等方面的完整性远远不够，时常造成測绘数据信息缺失等问题，甚至部分关键核心测绘数据不完整，与当前高强度、快节奏、高要求的精细地形测绘需求不相适应。

2.3三维激光扫描技术人员综合技能不足

基于地面三维激光扫描技术的精细地形测绘工作对相关技术人员的综合技能提出了更高要求，使测绘技术人员的专业理论知识与实操技能面临着严峻挑战。从当前三维激光扫描技术的应用实际来看，部分技术人员对地形测绘技术的基础理论掌握不牢固，对地面三维激光扫描仪的操作不甚熟练，质量意识与责任意识淡化，在地形测绘中的事前分析、事中控制与事后反馈方面存在短板，难以对测绘数据不准确问题做出科学规范处理，必须给予高度重视。

3.基于地面三维激光扫描的精细地形测绘研究

3.1外业数据采集

外业数据采集是精细地形测绘的关键步骤之一，在三维激光扫描技术应用中始终处于基础性地位。在此环节，应首先对目标测绘地形进行观察，获知周边环境的相关数据，为后续各项步骤的顺利有序推进提供基础性依据。可适当压缩测站数量以及原始的数据量，提高各个数据模块之间的衔接性与逻辑性，并对相对特殊的地形区域进行特殊处理。其次，对每个不同测站进行全面扫描，通过精细化扫描方式提高地形扫描质量，将相应的标靶中心点位置进行严格控制，最大限度上缩减数据误差，优化处理标靶分布。合理控制标靶和地面三维激光扫描仪之间的跨度数据，防止跨度过大或过小而导致的数据失真失准。

3.2点云数据配准

在当前技术条件下，地面三维激光扫描获取相应地形数据信息通常需要将整个过程细化分解为多个不同阶段，通过控制各个测绘阶段与扫描过程之间的衔接性，来实现对整个测绘过程的质量控制。由于不同测绘阶段与扫描过程之间会存在匹配误差，数据信息的逻辑与衔接存在特定不足，因此应通过点云数据配准，对缺失数据信息进行补充完整，对失真信息进行校准，保持地形测绘数据接受过程的连续性与稳定性。应建立基于地形测绘体系的三维激光扫描坐标体系，在扫描区域控制相关坐标点，实现对点云数据的高效配准。随着现代地形测绘理论的日趋细化，点云数据配准的实施形式被逐渐细分为相对方式和绝对方式等两种类型。前者将某扫描站坐标作为基础，将其他坐标系统进行转换，确保不同坐标之间的匹配性效果，优化控制连续传递站点的数量，具有高效稳定、数据来源可靠等现实优点;后者则实现了地面三维激光扫描仪与普通测绘技术的有机融合，将所有标靶坐标均作为目标测量对象，通过其他测绘仪器的使用，确保地形测绘数据的准确性，可在特定坐标系范围内缩小地形测绘误差。

3.3地物提取及绘制

在地物提取及绘制环节，应根据地面三维激光扫描仪器的实际操作要求，对地形地貌区域与测绘数据信息进行匹配，形成相应的地物提取对象。在此过程中，应积极运用现代智能化的地物提取及绘制手段，搭建基于计算机技术的地物提取平台，灵活运用自动方式和手工方式对地物信息进行综合处理，明确不同类型地物的外在特征，将其整理成固定格式发送到文本当中。

3.4获取地貌数据

获取地貌数据的过程即是形成精细地形测绘成果的过程。在此过程中，应强化测绘技术人员的专业技能，从系统性的专业理论知识出发，强化地貌数据获取与处理的具体实操技能，生成地形等高线，对不可靠的伪数据进行精准剔除，包括Cyclone等软件在内多种软件系统均可高质高效地完成地貌数据获取任务。

4.结语

综上所述，受三维激光扫描技术模式等方面要素的影响，当前精细地形测绘中依旧存在诸多薄弱环节，阻碍着测绘事业的持续健康稳定发展，有关人员应紧跟当前地面三维激光扫描技术的关键应用优势，创新精细地形扫描实施模式。

参考文献：

[1]张发攀，李向阳，胡悦，等.三维激光扫描技术在地质灾害调查、形变监测和早期识别方面的研究[J].测绘与空间地理信息（下旬刊），2019（01）：115.

（作者单位：青海省基础测绘院）