三维激光扫描技术在地形地质测量中的运用分析

2021-11-24

商品与质量 2021年6期

山东省第一地质矿产勘查院山东济南 250014

三维激光扫描技术的引入是在原有GPS 空间定位系统基础上的技术突破。它直接打破了传统的测量方法，直接解决了激光扫描的形式，可以进行大范围高分辨率的扫描，形成物标的三维坐标数据[1]。近年来，三维激光扫描技术在工程、地质地貌调查、建筑文化遗产保护、断面体积测量等领域得到了广泛的应用。过去常用的topographic 和USGS 制图方法主要是CPS-RTK 制图和数字摄影，但这些方法通常需要相当大的努力，而且往往位于陡峭、往往非常脆弱的地形。

1 三维激光扫描技术的特点及原理分析

三维激光扫描仪的种类很多，可分为机载激光扫描系统、便携式激光扫描系统和地面激光扫描系统。以在日常测量中广泛应用的地面三维激光扫描系统为例，实际工作如下:三维激光扫描系统以脉冲发射器为基础，将脉冲信号传输到物体表面。此时，物体表面经过脉冲信号的漫反射，脉冲信号以同一路径返回到信号接收器，从而完成了目标点到扫描器距离的精确计算。此外，利用精密时钟编码器可以测量和计算每个激光脉冲的横向和纵向扫描角。三维激光扫描的过程包括数据采集、数据预处理、几何模型重构、模型可视化和输出。数据采集的功能是为模型重建提供准确的点云数据，从而降低模型重建的复杂性，提高模型数据预处理的精度和速度，而点云数据滤波是一个重要的过程[1]。

1.1 三维激光扫描技术的特点

三维激光扫描技术的应用有效地打破了传统的单点测量方法，与传统方法相比，具有精度高、效率高的明显优势。该技术的应用可以充分提供被扫描物体表面的三维点数据，甚至可以通过三维激光扫描技术直接采集高精度、高分辨率的数字地形模型。三维激光扫描技术的特点主要总结为三维扫描和快速扫描的实现:

（1）三维扫描。在过去传统的地形测量概念中，最终输出的数据通常表示为二维结果。在测量、全站仪和GPS 测量方面，测量数据都是二维的。随着三维激光扫描技术的应用，测量数据范围非常大，如RGB 颜色信息、XYZ 点信息，甚至物体的反色比信息都可以测量，这是传统测量无法做到的。

（2）快速扫描是扫描仪引入后形成的概念。一般来说，快速扫描的测量速度可以直接达到每秒1000 点，但是如果使用传统的测量方法，会浪费2-5 秒。三维激光扫描技术的引入有效地改善了这一状况，大大提高了工作质量和效率。

1.2 三维激光扫描技术的原理分析

在使用三维激光扫描技术进行测量时，可以通过光直接测量物体表面的三维坐标，从而提取和重构三维场景[2]。综合集成的三维激光扫描系统必须具备激光测距系统、高精度动态差动定位系统和高精度动态载波测量系统。最好是传输激光脉冲管的脉冲信号，然后传送脉冲信号通过旋转棱镜，相应的目标，然后与探测器接收反射的激光信号，生成详细的信号通过记录仪记录，最后转换成数据信息的形式。需要测绘人员通过数据信息进行识别，最后通过软件处理实现建模输出。

2 应用问题

三维激光扫描技术在应用中还存在许多问题。如果用于数据处理的计算机不能满足三维激光扫描技术的要求，势必会影响数据测量和计算的效率。因此，为了有效提高三维激光扫描技术的应用效率，必须采取积极有效的措施，改进数据处理计算机的硬件配置，避免最终的数据处理和计算，使测量工作顺利进行。此外，在三维激光扫描技术的实际应用中，地表植被的存在会影响测量数据的准确性。如果在实际测量过程中不能及时解决这一问题，不仅会严重影响测量数据的精度，也会影响图像测量的精度。在测量过程中，测量技术人员所采用的操作方法也是影响测量数据完整性的关键因素。如果操作者的操作能力不能满足三维激光扫描仪的技术要求，低质量地形数据的测量精度和精度都会受到影响[3]。

3 三维激光扫描技术在地形地质测量中的应用

3.1 数据的采集

测量地形和地质条件使用3d 激光扫描技术，首先，我们需要收集现场数据，首先，我们需要进行严格的测试区域调查的环境，这样我们就可以确定扫描仪的位置，目标和站点的数量。同时，它是必要的，以确保最终的数据获得的每个扫描站才能真正反映整个区域的测量范围，和相应的电台数量应该尽量减少在测量过程中，以减少原始数据。另外，纹理数据和点云数据需要同步获取，便于未来数据的匹配，需要根据不同的尺度要求选择合适的采样精度，需要逐站扫描。