地面三维激光扫描技术

地面三维激光扫描技术（精选9篇）

地面三维激光扫描技术 第1篇

在一些地物密集复杂、高压高温等危险区域采用传统测量方法时测量人员难以到达,容易形成盲区;使用地面三维激光扫描技术能够利用多处摆站很好地解决细节部分的测量,提高测量的精度和直观性。由于三维激光扫描技术的精度受多方面因素的影响,因此,发现并控制这些影响精度的要素对于提高测量结果的准确性和直观性就显得十分重要。

1 地面三维激光扫描技术简介

地面三维激光扫描则是近年来三维激光扫描技术在测绘应用中的具体表现。地面三维激光扫描是利用激光进行高速、自动获取给定区域目标表面三维坐标的测量技术。激光测量单元对扫描目标进行全自动步进扫描测量,在激光测量斜距的同时,记录激光光束的水平角和垂直角,从而计算目标相对于仪器中心的三维坐标,同时由扫描点的反射强度来给反射点匹配颜色。

地面三维激光扫描技术具有全自动高密度的全面数据获取能力,数据量极大且数据信息相当丰富,能够更完美直观地反映测区的地物分布细节状况。地面三维激光扫描的这一技术,为利用其帮助还原复杂密集的设备、建筑等的细节信息提供依据和保障。

2 地面三维激光扫描常见误差来源

①仪器误差:包括激光测距和扫描角度等因素引起的误差。激光测距误差包括扫描仪脉冲计时系统引起的误差。扫描角的影响主要包括水平方向扫描角度和竖直方向扫描角度测量的影响。扫描角度引起的误差是扫描镜的镜面平面角误差、扫描镜转动的微小振动、扫描电机的非均匀转动控制误差等因素的综合影响。

②被扫描物体的反射面引起的误差:由于被扫描物体表面的粗糙程度和颜色不同,以及扫描角度的不同,造成回波信号强度的多值性,会对扫描结果的精度造成一定的影响,同时由于不同的扫描系统对这种情况的处理方式不同,也会对得到的结果造成一定的差异。

③现场环境与测量人员的操作过程造成的误差:外界环境条件主要包括外界气象环境条件引起的误差,如大气折光等因素的影响。当外界环境比较恶劣时,对三维激光扫描仪数据采集的精度影响较大。另外,根据地物的分布情况、通视情况、扫描盲区的存在等,也会对最终的扫描成果质量造成一定的影响。

④使用外置相机引起的影像与点云的匹配误差:当扫描仪通过外置相机获取影像数据时,由于外置相机在扫描仪上的固定方式不稳定,校准结果不精确等原因,会引起最终获得的影像数据与点云之间在空间关系的匹配上存在一定的误差。

⑤地面控制点的布设及测量引起的误差:地面三维激光扫描测量系统对物体进行扫描后采集到的物体表面各部分的空间位置信息是以扫描坐标系为基准的。为了将得到的点云赋予工程所需要的坐标系,往往需要用GPS等手段进行控制点的布设,通过将测站和标靶摆在已知点上,使扫描得到的点云具有需要的坐标。此时控制点布设是否合理以及控制点坐标的采集精度将会对最后的点云拼接误差造成影响。

3 控制扫描误差的主要手段及最终效果

针对上述扫描误差的主要来源,经过实际实验与分析,得到以下减小扫描成果误差的手段:

①对于扫描仪本身的仪器误差,凸角误差相类似,测距技术中不确定间隔更可能造成数据突变,目前,可运用一些较好的技术(如频率倍乘、微调作用)处理这种突变的误差。激光测距误差综合体现为测距中的固定误差和比例误差,可以通过仪器检定确定测距误差的大小。同时,在实际生产项目中,可以通过对扫描所得点云,与当地测量所得地形图中的明显公共特征点进行平面位置和高程的比对,及时发现并降低这些由仪器精度造成的误差。

②研究发现,当距离一定时,随着竖直角增加,点位误差有所减小,但幅度不大,可以认为位于同一个扫描球内表面的点云精度基本相当。

随着距离增加,点位误差及各分量均不断增加,在实际应用时,应根据用途、现场实际情况,合理选择测站,不能盲目根据扫描范围单方面拉大距离,在保证精度满足要求的情况下,尽可能地选择最大扫描范围的距离,一般来说选取相邻两测站间的距离为经验值50 m左右。

尽管水平角度的变化对点位误差和坐标竖直分量的误差没有影响,但对两水平分量mx、my均有所影响,由模拟计算结果可见,当扫描仪正对扫描面时,随着扫描角度的倾斜,在x方向精度降低,而y方向精度则提高,综合考虑对两分量的影响,扫描角度为45°时是比较好的选择。

③在设计扫描方案时,应当根据现场地物的分布情况,合理布设测站及标靶位置,保证测站与标靶间双向通视,标靶与测站均应固定在稳定且易识别的区域,尽可能地将测站固定在易识别的已知点上,以便该站数据出现异常时能够及时进行复测和补测。在测量仪器高和标靶高时,由两人在不同位置测量两次取平均值,以减少由于测量不精确造成的高程误差。对于一些站场设备摆放较为密集的地区,应支点进行细扫,以减小或填补扫描点云中产生的盲区。不同测站间尽量扫描较多的公共标靶,增加多余观测量,可提高点云匹配时的平差精度。

④当使用外置相机时,首先应当对相机进行充分的校准,保证影像与点云中的同名点最大程度的匹配。将外置相机固定在扫描仪上时,需保证相机在作业过程中稳固且与扫描仪不会发生相对错动。扫描完成后通过生成单站TRUEVIEW数据等方法可以检查点云与影响匹配效果,如果匹配不好,需要手动选取同名点再次进行纠正。

⑤一般认为点云的最佳间隔应满足下列所示关系:

式中:m—相邻点间距;λ—目标表面最小特征尺寸;Q—点云质量,为保证Q大于66.67%(合格要求),则要求点云间隔不应大于目标最小特征尺寸的1/3。所以在扫描前需要对站场中地物进行大体的全面了解,估算出地物的最小特征尺寸,在保证质量的情况下,根据特征尺寸选择合适的点云间隔,进而确定合理的点云密度。

⑥在需要同其他手段布设地面控制点时,需要构建合理稳固的控制网,以保证控制点平差计算精度,在高程精度要求较高时,需要进行水准测量。

4 结语

本文讨论了地面三维激光扫描技术如何提高获取产品的精度,经过尝试获得较为理想的结果。今后随着生产需求的增多和该项技术的不断发展,该技术所运用的领域将不断拓宽,对于产品质量的要求也将不断提升,这也是在今后的工作和学习中需要继续探索,继续解决的问题。

参考文献

[1]丁巍.浅述地面三维激光扫描技术及其点云误差分析[J].工程勘察,2009(2).

地面三维激光扫描技术 第2篇

使用三维激光扫描仪整合雷达系统、GPS系统可使地形高程测量作业迅速而准确.本文旨在探讨三维激光扫描仪与GPS坐标转换的方法及地形测量作业流程.实践证明,三维激光扫描技术在“5*12”汶川大地震造成的安县肖家桥、罐滩堰塞湖测量中的`应用是高效的,它具有测量速度快、精度高、人力使用少、适应复杂现场环境等优点,能为突发地质灾害抢险决策迅速地提供地形资料,具有较大的应用潜力.

作 者：何秉顺 赵进勇 王力 魏建军 李自繁 丁留谦 HE Bing-shun ZHAO Jin-yong WANG Li WEI Jian-jun LI Zi-fan Ding Liu-qian  作者单位：何秉顺,赵进勇,王力,丁留谦,HE Bing-shun,ZHAO Jin-yong,WANG Li,Ding Liu-qian(中国水利水电科学研究院,北京,100044)

魏建军,李自繁,WEI Jian-jun,LI Zi-fan(四川省水利水电勘察设计研究院,成都,610072)

刊 名：防灾减灾工程学报  ISTIC英文刊名：JOURNAL OF DISASTER PREVENTION AND MITIGATION ENGINEERING 年，卷(期)：2008 28(3) 分类号：P228 关键词：三维激光扫描技术   堰塞湖   地形测量  

★ 三维激光扫描技术在边坡灾害治理工程中的应用

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三维激光扫描技术在沙丘监测的应用 第3篇

三维空间信息获取，其实质是空间定位数据的采集。三维空间信息获取对于我国沙漠迁移，沙尘暴等自然灾害有着非常重要的作用。多年来沙漠迁移，沙尘暴等自然灾害给国家造成重大的经济损失，土地荒漠化作为全球十大环境问题之首，已成为当今社会普遍关注的热点，对沙漠的监测变得刻不容缓。对于沙丘检测传统的变形监测方法有：GPS高进度定位、三维坐标测量、全站仪制图等。单点采集三维坐标方法效果低，复杂场地工作时间长，对海量数据描述难以详尽；利用光学三维数据模型由于采集数据的硬件设备及后期处理等存在操作繁琐、误差较大及数据质量不稳定的问题。利用三维激光扫描技术对沙丘进行检测是目前国际上最先进的测量方法之一，三维激光扫描仪可以快速地以毫米级采样间隔获取实体表面点的三维坐标并以“点云”数据形式存储到计算机中。它可以快速建立目标的三维模型并提取线、面、体等制图数据，实现“实景复制”。传统的单点数据采集方式得以改变。此次实验就是将三维激光扫描技术与沙漠监测有机的结合在一起，大大提高了工作效率，三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，可以获取高精度高分辨率的数字地形模型，通过对比，实现对沙丘的移动监测。在环境保护的基础上，还可以合理开发和利用沙丘，改善沙区气候，防治荒漠化，促进周边地带农牧林业生产快速发展。

二、精度及其影响要素分析

地面激光三维扫描的精度主要受到来自仪器本身和外界环境的影响。包括：步进器的侧叫精度、仪器的测时精度，激光信号的信噪比、激光先好的反射率、回波信号的强度、背景辐射噪声的强度、激光脉冲接受器的灵敏度、仪器与北侧点间的距离、仪器与北侧目标面形成的角度等等。

地面激光三维扫描的采样数据的精度主要取决于激光光斑的尺寸和光斑的点间距。被测物的距离越近，光斑越小分辨率越高，相应的测量精度就越高，反之则月低；在设计方案时一定要予以考虑的会造成距离影像的盲点，这也是测绘时应予避免或采取适当方式予以补偿的。

三、外业数据采集

为了保证测量的基准统一，必须保证基准点的稳定性，定期进行测量、分析，工作基点与测量基准点间也必须进行测量，已得到工作基点的坐标值，同时可根据坐标值的差异，判断工作基点的稳定性。然后提取变形信息，进行变形数据分析。

1、数据采集

将选择一个比较典型的区域即沙漠中的河道，进行两次对比扫描。

第一次扫描时，需要考虑设置永久性控制标靶。控制标靶是拼合各次扫描点云的基准点，也是网格坐标与仪器内部坐标的转换媒介。考虑到沙漠气候干旱多风，将固定点（例如树木）作为控制点虽稳定不变，但对于扫描的整体控制并不合适，因此，选择在几个重点位置打深桩设置若干个标杆，以确保风吹、沙丘流动等可变因素干扰，再以其作为控制点对要监测的区域进行高精度扫描。相隔30天左右后，或者一次大风等大的气候变化后，用同样的仪器，设置同样的精度，对同样的位置根据第一次的控制点进行第二次扫描。将扫描后的点云数据存入计算机进行后期处理。

2、数据拼接及坐标转换

由于所获得的不同视角的扫描点云数据都是以扫描仪位置为参考点的独立坐标系统，因此必须对所获取的扫描点云数据进行拼接及坐标转换使扫描数据坐标与大地坐标一致。

利用处理软件Cyclone7.1中，对所获得的扫描点云数据进行拼接。利用Registration模块选取相邻两站扫描点云数据中的3处公共点（至少3个不在同一直线上的标杆），由处理软件自动计算，将两站数据以最小误差拼接起来，拼接误差结果可以在软件中查询。点云拼接误差结果见表1所示。

表1 点云拼接误差统计

点号 X（m）Y（m）Z（m）

A10.0050.0040.003

A20.006-0.0030.005

A3-0.0060.007-0.001

A40.002-0.003-0.006

A50.005-0.0040.006

A6-0.004-0.007-0.002

A70.0050.0040.003

A8-0.0030.005-0.004

A9-0.005-0.006-0.002

A100.007-0.0050.001

A11-0.0070.004-0.002

A120.0060.0030.005

Mx=0.052 Mx=0.049 Mxy=0.071 Mz=0.037

根据表1点云拼接的误差对沙丘监测符合变形监测的要求。整个拼接好的点云数据坐标是以第一站导入数据的局部坐标为基准的相对坐标系统，为使点数据坐标与大地坐标一致，GPS对控制点进行测量，得到其大地坐标，将得到的特征点的地理坐标，导入到Cyclone软件中，形成一个具有地理坐标系的ScanWorld，然后以此ScanWorld作为基站，将拼接好的点云数据与基站再次拼接，从而完成相对坐标系向大地坐标系的转换。

四、数据处理

对三维数据去噪。外业扫描时，点云图像中采集到了现场施工时的施工器械、标杆、工作人员、电线、植被等信息，这些都是后期处理的干扰信息，对于这些点云数据应尽可能的删除。

对去噪完成的点云数据进行模型化，将点云用三角面片生成模型。在Cyclone软件mesh模块中生成模型，在此过程中先通过Unify Clouds设定点云的平均间隔降低点云数量，在一定程度上减少数据量，提高运算速度，创建mesh，没有点云数据的部位也会自动拟合生成mesh，必须将这些信息删除，点云稀疏的部位将自动进行修补。

在Cyclone软件contours模块中生成DEM，等高线间距0.2m，将获得的地形等高线数据以.dxf格式导出以便在AutoCAD中打开再编辑。从最终的DEM成果中可以清晰地看出河道的偏移和沙丘的移动方向及河道的偏移距离。

两次扫描的点云数据用前期设定的基准点拼接，叠加整理对比，两次扫描的点云数据基于同一个参考面分别计算土方量，得到整个区域参考面以上沙子的总体积。经过对两次获取数据的叠合分析、对比、统计结果见表2所示

表2 两次扫描数据叠合分析对比结果

在Geomagic Qualify 11软件中对两次扫描结果进行对比，它们的偏差量（即从结果对象到参考对象上任一个点的最短距离）以不同颜色的色谱显示，即变形信息，负值为沙丘减少，正值为沙丘增多。

五、结论

本文通过激光三维扫描技术对沙丘监测以点云的拼接精度分析统计，两次获取数据的叠合分析、对比、统计整理是检测的重要目标进行了实践，这对于该技术在沙丘监测的应用具有实用性。应用激光三维扫描技术更为科学、高效、客观，它将为解决沙漠监测、防沙治沙领域的许多难题提供重要的技术支持。

地面三维激光扫描技术 第4篇

1 作业方法

地面三维激光技术对被测物体进行扫描时可采用的扫描方式有两种:第一方式是将扫描点、后视点布设在控制点上,即在控制点上架设扫描仪和标靶,将控制点坐标输入扫描仪中,以架设在控制点上的标靶作为定向进行扫描,这样做的优点是:不需要坐标数据的转换,直接获得统一的坐标;第二种方式是直接在控制点上布设标靶,在站场内部任意位置处架设扫描仪进行扫描,这种扫描方式要求在不同扫描点扫描时要确保有相同的标靶作为公共点,便于后期坐标系统的转换。

1.1 控制点及扫描站点的布设

测量人员在接到任务委托后,需要对站场进行实地勘察,根据站场面积的大小、设备及管道分布情况合理布设控制点及扫描站点。由于油气站场内设备及管道较多且分布复杂,往往无法在一个站点上通过扫描完整地获得整个站场内各设备的空间数据,这就需要在不同的位置和角度布设多个扫描站点,因此,在采用三维激光扫描仪时,扫描站点的布设就显得尤为重要,其布设原则是:每个站点扫描到的范围要尽量的大,但同时又要避免过多的重复扫描。

1.2 现场扫描

在扫面站点的布设完成后,即可进行扫面工作,首先,将扫描仪安置在扫描点上,通过仪器上的按钮将扫描仪对中、整平调整至水平位置;其次,进行扫描参数的设置,这些参数主要是:采样间隔和次数、扫描距离等;然后,启动扫描按钮进行扫描;最后,对扫面区域进行照片拍摄。在正式扫描开始之前,可以通过扫描仪自带的预览功能,查看本次扫描的范围。在确定各项参数设置无误的情况下,开始启动扫描。需要注意的是在每个站点扫描完成后,切记要在扫描数据已保存无误的情况下,方可关掉电源,搬移仪器,移至下一个扫描点进行扫描。

1.3 点云数据的处理

1.3.1 噪声点的剔除

在扫描过程中,由于各种原因比如扫描仪与被扫描物体之间可能存在一定的遮挡物、扫描周围的震动等都可能造成扫描采集到的原始数据中包含大量的噪声点,噪声点一般可分两类:第一类是不想被扫描的物体而被扫描仪获取的点集;第二类是被扫描目标物体上位置有偏差或位置不合理的点集。前者应剔除,后者则应调整噪声点的位置[2]。

1.3.2 点云数据的拼接

在实际工作中为了获取整个被扫描物体的全部信息,往往需要布设多个扫描点,而每个扫描点采集到的数据都是基于自身坐标系下的坐标,这就需要对这些点云数据进行拼接。点云数据的拼接实质就是求得各测站间参考坐标系统的转换关系,或以某一测站的坐标系统为公共参考坐标系统,把其他测站采集的数据进行坐标转换后统一起来[3]。点云数据的拼接有两种方法:基于测站的拼接和基于目标或点云的拼接[4],在实际工作中可根据具体情况选择上述方法进行拼接。

1.3.3 建模及现状地形图的绘制

通过上述作业步骤对获取的数据处理完成后,将该数据导入AutoCAD中即可进行建模及现状地形图的绘制,可根据站场面积的大小绘制1:200或1:500现状地形图。

2 油气站场三维激光扫描作业几点注意事项

在油气地面工程站场现状测量中主要通过地面三维激光扫描技术来获取站场内各设备及管道之间的相互位置关系,因此,可采用上述方法中的第一种方式即在控制点上架设扫描仪与标靶进行现状扫描,采用该种方式作业时需注意以下几点。

1)在现状扫描可将控制点作为扫描站点,利用全站仪或GPS RTK首先实现控制点坐标系统的统一,然后再控制点上架设扫描仪与标靶进行扫描,这样无论在多少个扫描站点获得的数据都是在同一坐标系下的坐标,无需进行拼接,减少了拼接误差的影响;

2)采用此种方式扫描时,在安置仪器时一定要对扫描仪进行对中、整平,不能逆太阳光线进行扫描,油气站场一般为长方形,因此,最好在站场的四周布设扫描站点,同时扫描站点应无遮挡物;

3)在扫描作业过程中,要尽量避免作业人员的随意走动,这样做可以减少数据采集过程出现异常点;

4)在扫描时可以先采用扫描仪自带的相机对被扫描物体拍照,然后在照片上利用手动的方式来确定扫描范围。

摘要：阐述了采用地面三维激光扫描技术对被测物体进行扫描的两种扫描方式及作业方法,根据油气地面工程改扩建的特殊性,在油气站场现状测量时采用第一种方式即在控制点上架设扫描仪和标靶的方式进行扫描,这样做的目的是减少了拼接误差对扫描结果的影响,同时提出了该种方式在作业时应注意的几点事项。

关键词：三维激光扫描,作业方法,注意事项

参考文献

[1]戴升山,李田凤.地面三维激光扫描技术的发展与应用前景[J].现代测绘,2009,32(4):11-12.

[2]王建文,杜春梅.三维激光扫描系统的关键性技术研究[J].计算机工程与设计,2010,31(4):1089-1091.

[3]徐祖舰,王滋政,阳锋.机载激光雷达测量技术及工程应用实践[M].武汉大学出版社,2009.

地面三维激光扫描技术 第5篇

一、地面三维激光扫描技术的原理与构成

地面三维激光扫描技术按照测绘方式可以分为固定式激光扫描和移动式激光扫描, 其中固定式激光扫描和全站仪的测绘原理相同, 主要利用电脑系统对扫描仪进行控制, 拍摄具体的测绘图像, 并对图像进行后期处理。固定式激光扫描并不是对道路工程中单个的点位进行扫描, 而是对测量区域进行范围扫描, 形成大量的点位数据。这种测量方式得出的结果精度比较高, 并且测绘范围比较广。移动式激光扫描是以固定式激光扫描为基础, 搭载在移动设备上, 可以对测绘位置进行GPS定位。

地面三维激光扫描技术的测绘原理就是利用激光测量道路工程各方面的距离, 整个测绘的过程就是对范围内的数据进行不断的采集与处理, 最终得出道路工程的具体测绘结果。对得出的激光测量结果进行强度匹配, 绘制出具体的三维模型。

应用地面三维激光扫描技术进行道路工程测绘时, 扫描设备的二极管会发射出激光信号, 并通过棱镜直接射向测绘目标, 并接收返还的激光信号。通过信号发射和返还的时间差, 测量出发射点与被测物体的具体距离, 然后不断的变换位置和角度, 得到被测工程的空间立体坐标, 以便对道路工程各项数据进行全面的分析。利用地面三维激光扫描技术对道路工程进行测绘不需要光源, 可以在黑暗中进行测绘, 使道路工程测绘更加方便。

二、道路工程测绘的具体要求

道路工程主要分为新建道路和道路修整, 在新建道路时要求测绘部门提供施工区域的大比例尺地形图, 并提供道路工程各个横断面以及纵断面数据。提供大比例尺地形图是为了让新建道路的选线更加安全、方便, 所以大比例尺地形图中要标明地形中的具体地貌和地物。在道路工程需要修整时, 需要对原有道路的各个公交站点、交通建筑物进行重新规划, 所以道路工程测绘部门不仅要提供大比例尺地形图以及横纵断面的测量数据, 还需要对原有道路工程中的各项交通设施进行测量, 保证各项测量数据高程、尺寸的准确性。利用传统技术对道路工程进行测绘, 测绘人员的工作量非常大, 并且容易出现漏测现象, 给道路工程的设计带来很多困难, 并且对道路修整工程进行测绘时, 测绘人员的安全性也很难得到保证。为了解决传统测绘技术的缺点, 地面三维激光扫描技术逐渐应用到道路工程的测绘中, 并取得了良好的效果。

三、地面三维激光扫描技术在道路工程中具体的测绘流程

(一) 道路工程外业数据的采集

在对道路工程外业数据进行采集时, 需要对整个测量区域进行观察和分析, 观察整体测量范围从而布置测绘点。在对道路工程进行平面测绘时, 利用GPS系统对测绘点进行定位, 得出具体的空间坐标, 然后对各个测绘点进行激光扫描, 得出测绘点高程。在外业数据的采集过程中, 需要在每个点位测量完成后, 将点位与地理坐标的关系进行标注。因为外业数据采集完成后需要进行内业数据处理, 为了保证数据处理精度, 需要合理设置测绘点位的距离。每个点位的距离不能过大, 以免出现测量真空区, 另外测量点位距离也不能过小, 避免点云数据过于庞大, 增加的内业数据处理的工作量。在进行点位设计时, 保证每个测量点位有微小的测量重叠即可。如果道路工程测绘区域的通视不佳, 可以适当增加扫描站数, 直到对道路工程测绘区域全部扫描完成。

(二) 道路工程内业数据的处理

a.外业采集点云数据的处理

外业采集的点云数据是大量分散的数据, 需要将这些点云数据进行统一处理, 规划到统一的坐标系之内, 绘制出整个测量区域的三维坐标点。将点云数据的重叠区域进行处理, 避免多个点位数据传递产生误差, 保证数据处理的整体精度。三维激光扫描仪还具有地理坐标准换功能, 可以将之前标注的地理坐标和测量的空间坐标全部放置在一起, 形成统一的点云数据坐标系。

b.数据滤波和抽隙

在进行外业数据采集时, 因为地形复杂以及各种外界因素的影响, 点云数据容易产生噪点, 噪点会影响坐标系的绘制精度。为了保证道路工程坐标系精度, 需要对噪点进行处理, 这个过程叫做数据滤波。将三维激光扫描仪连接到计算机中, 可以利用软件对点云数据的噪点进行手动剔除, 如果点云数据过于密集, 应该对数据进行抽隙处理, 保证各个点云之间的距离, 以便数据处理更加方便。

c.建立道路工程测绘数据的横纵线平面图

点云数据处理完成后, 是一种不规则的空间数据, 需要对空间数据进行优化, 根据测绘得出的等高线绘制出具体的横纵线平面图。横纵线平面图绘制完成后可以确定道路工程的中线位置, 以便对道路工程的土方量进行计算, 规划道路工程具体的施工方案。

四、地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用实例

某高速公路因为使用时间过久, 路面出现大范围开裂、破损现象, 需要进行大的修整, 为了使道路工程测绘能够具体反映出道路破损现状, 要求测绘部门每隔10 米提供一组横纵线断面图。该高速公路属于正常通车状态, 对其进行测绘不能影响正常的交通流量。传统的测绘方法需要在高速公路上进行测绘, 对测绘人员的安全造成极大威胁, 因为该段高速公路破损范围非常大, 传统测绘方法会增加测绘人员的工作量, 所以利用地面三维激光扫面技术对道路工程进行测绘。在高速公路护栏外侧设置测绘点, 对破损区域的高速公路进行激光扫描, 并利用三维软件对扫描数据进行拼接。点位拼接精度的误差控制在8mm以内, 整体点云的拼接误差控制在10mm之内, 数据处理完成后, 生成三维模型, 将高速公路中的隔离带、侧边紧急车道以及顶部天桥等地物全部绘制到三维模型中。对三维模型进行平面测量, 最终可以绘制出道路工程的平面地形图, 利用传统方法测量该高速公路高程, 将测得数据与三维激光扫描数据进行对比, 发现测量误差小于0.1mm, 证明该数据可用。将数据导入计算机中, 利用软件绘制出具体的横纵断面图, 以便为后期道路工程的大修提供数据基础。

结论:

地面三维激光扫描技术可以对地物进行无接触、高精度、高密度的测量, 并准确的绘制出测绘区域的三维模型, 有效的提高了测绘效率。通过对三维激光扫描技术的测绘原理进行阐述, 研究了应用在道路工程领域中具体的测绘流程, 并进行实例分析, 希望可以促进地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用和发展。

参考文献

[1]马利, 谢孔振, 白文斌, 白建军.地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用[J].北京测绘, 2011, 02:48-51.

[2]汪燕麟, 殷义程, 施昆.地震灾区中地面三维激光扫描测绘技术的应用方法分析[J].测绘通报, 2015, 06:65-68.

地面三维激光扫描技术 第6篇

目前断面测量技术中, 应用最多比较成熟的技术是利用全站仪断面测量和GPS-RTK断面测量。全站仪和GPS-RTK技术简单方便, 生产效率也较高, 在普通的工程测量中得到了广泛的应用, 但是它是单点测量, 测量的精度和密度都不是很高。显然应用这两种常规的成熟技术是无法满足汽车试验场路面高精度断面测量的要求, 但随着地面三维激光扫描仪的出现, 使得利用地面三维激光扫描技术解决上述问题成为可能。

1 地面三维激光扫描技术特点

地面三维激光扫描仪是一种非接触式主动测量系统, 可进行大面积高密度空间三维数据的采集, 具有点位测量精度高、采集空间点的密度大、速度快等特点, 且其融合了激光反射强度和物体色彩等信息的三维激光影像数据, 可对测量目标识别分析后, 对采集得到的点云数据按照实际需求做进一步加工处理, 生成满足客户需要的各种成果资料。地面三维激光扫描仪使测绘从传统的单点采集数据变为密集、连续的自动获取数据, 为我们获取丰富的局部地面空间信息提供了一种全新的技术手段。地面三维激光扫描仪的这些特点, 恰好可以使我们利用地面三维激光扫描技术比较轻松的解决典型路段路面任意方向间距为10 cm, 精度为2 mm级的高精度、高密度断面线测量问题。

2 实验情况

下面结合工程实例说明利用地面三维激光扫描技术获取路面任意方向间距为10 cm, 精度为2 mm级的高精度断面线的过程。

2.1 外业数据采集

2.1.1 设备选取

Trimble GS200三维激光扫描仪用于路面三维坐标数据的采集, 索佳SET4110无协作目标全站仪用于高精度测量特殊平面反射标志的三维坐标, 供点云拼接时使用。

2.1.2 扫描分辨率的确定

由于扫描方向与路面不成垂直关系在一个测站上的路面扫描必须分割成若干小块, 以保证每小块的路面分辨率大致相同。同时由于是斜面扫描, 分辨率不能直接设置为所要求的采样间隔, 需要对每块测量区域按照公式r*H/S (H为仪器高, S为测量斜距, r为要求的采样间隔) 计算结果设置仪器的采样间隔。

2.1.3 标靶与控制点布设

由于三维激光扫描仪的测程是有限的, 一条道路的测量通常需要通过多站来完成, 需要通过设置标靶, 使不同测站的测量数据拼接到一起, 因此需要在各个相邻站重合的位置布设3个以上不规则图形的标靶, 以供点云拼接需要。控制点的三维坐标采用免棱镜全站仪布设。

2.1.4 路面及控制点扫描

根据Trimble GS200三维激光扫描仪主要技术指标, 结合工程实际情况, 将仪器安置于待扫描车道旁, 仪器Y轴 (扫描方向) 尽量垂直于路面延伸方向。考虑到路面与扫描线之间垂直性很差, 经测算, 扫描仪每一测站左右方向路面扫描范围确定为30~40 m, 即每站扫描60~80 m长的路面。当路面扫描密度、精度要求较高的情况下, 适当进行重复扫描。在两个测站的扫描交接处路面两侧分别放置2个共4个特殊的球反射标志, 球反射标志的空间位置呈不规则三边形和四边形, 保证能有坚强的图形进行拼接, 并且做到本测站与下一测站都能与4个球反射标志通视。另外, 保证相邻测站间有一定的点云重叠区域, 用于实现和保证测站间的扫描数据的准确拼接。考虑到扫描仪垂直视角的受限, 仪器安置尽量与待扫描车道保持足够的距离, 避免扫描死角以减少工作量。当仪器只能安置在待扫描车道上的时候, 仪器正前方死角区域则通过其它测站进行补扫。

2.2 内业数据处理

从点云到测绘成果的实现包括数据滤波、点云抽稀、点云拼接、DEM建模、纵横断面图生成。

2.2.1 数据滤波、点云抽稀

在数据采集过程中, 由于行人和车辆经过时的遮挡, 周围物体干扰等原因, 产生了很多的错误数据, 因此在建立路面模型前首先要剔出这些错误数据, 使处理后的点云数据都是实际路面的测量数据和反射标志的数据。另外如果采集到的点云数据相对于工程本身过于密集, 还可利用软件对数据进行抽稀处理, 从而提高计算机的处理效率。

3.2.2点云拼接

经过路面扫描数据预处理和球反射标志处理后, 就可以将在多站测量的路面点云数据, 通过设置在测站重叠处不规则的靶标拟合拼接在一起。利用已经布设、测量过的控制点三维坐标, 将拼接后的点云纳入到我们所使用的坐标系中。

2.2.3 建立DEM模型, 生成断面线

在经过拼接后的完整三维路面数据基础上, 利用软件三维建模功能, 生成路面不规则三角网三维模型 (TIN) 。然后利用软件中的纵、横断面工具, 就可以在路面模型上根据需要 (10 cm间隔) 制作纵、横断面线。最后按行车方向设定桩号前进方向, 将三维断面线转换成设计人员习惯使用的桩号+高程的二维数据。

值得注意的是通过扫描得到的点云数据量非常庞大, 直接将整条路面生成路面模型在现阶段的个人计算机平台上并不现实, 因此将需要将路面模型分段生成, 再进行纵、横断面的制作, 降低对设备的要求提高作业的效率。

2.2.4 实验成果图

(如图1~4)

2.2.5 实验结论

本次共对上海, 重庆, 北京三地12条路, 3800 m长的路段设站58次, 采样约2亿个点, 成果中平均拼接精度仅为1.46 mm, 平均点距仅有0.85 cm, 在精度和密度上完全满足设计对测量工作的要求, 为该汽车公司复制中国典型道路的路面状况, 进行汽车试验场内特殊道路的设计提供了参考依据。

由上可见, 三维激光扫描技术, 通过与现代经典测量技术的相互融合, 已经成为一种全新的空间数据采集手段, 丰富了现有的测量作业手段, 并且作业速度快、数据信息量大、精度高、采集过程安全简单、节省人力且具有强大的数据处理能力的特点, 为测绘行业从传统的“低效率、低精度、全野外”向“高效率、高精度、数字化”的方向迈进提供了技术保证和设备支撑。

3 结语

尽管地面三维激光扫描技术被誉为“继GPS技术以后的又一次测绘技术的革命”, 但在我国工程测量领域刚刚起步, 其应用于常规性生产项目还缺少大量的实例支撑, 因此缺乏相应的规范和标准, 对数据规格、数据采集和后处理要求及成果精度评定办法等也没有相对统一的规定, 同时也由于其高昂的设备价格, 使许多的测绘生产单位望而却步, 限制了该技术在测绘领域的发展。但随着测绘科学技术的进步, 其相应的规范和标准会不断出台并完善, 设备的性价比也会越来越高, 相信该项技术和设备在常规测量生产中将具有广阔的发展空间。

参考文献

[1]马利, 谢孔振, 白文斌, 等.地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用[J].北京测绘, 2011, 2.

[2]辛培建, 韦宏鹄.三维激光扫描技术中点云拼接精度问题探讨[J].山西建筑, 2012, 3.

地面三维激光扫描技术 第7篇

关键词：三维激光扫描仪,地面形变监测,形变分析

自20世纪80年代三维激光扫描技术兴起之后, 三维激光扫描测量法逐渐应用于形变监测, 成了地质灾害地面形变监测的一种新方法、新技术。三维激光扫描仪通过获取灾体的三维信息、比对不同时间采集点云数据集, 高精度、高效、大面积的得到灾体形变趋势。

1 三维激光扫描技术

“三维激光扫描技术, 又称‘实景复制技术’, 被公认为继经纬仪、全站仪系统、摄影测量系统、GPS技术后测绘领域的又一项技术革命”[1]。目前该技术已作为一种快速获取空间点云数据的有效手段。

随着硬件技术的日趋成熟, 三维激光扫描仪的性价比不断提升, 其种类、功能和性能指标也不尽相同, 测程范围从1~1000m, 测距精度从0.4~20mm, 测量速度也从最初的1000点/s提升到50 000点/s, 120万点/s。市场上的三维激光扫描仪就有上百种, 包括常见的徕卡、Z+F、雷格、法如、天宝等。根据搭载平台不同三维激光扫描仪可分为机载三维激光扫描仪、地面三维激光扫描仪和手持三维激光扫描仪;根据测距原理不同又分为脉冲式三维激光扫描仪和相位式三维激光扫描仪。

2 三维激光扫描技术应用于地质灾害地面形变监测的优势

三维激光扫描技术从传统的单点测量发展到面测量。高精度、高密度、高速度获取被监测区域形变细节和整体形变趋势, 克服了单点式监测中监测点数少、难以发现无监测点区域的形变情况以及监测点一旦破坏将严重影响资料连续性等问题。

三维激光扫描技术有如下优势:

(1) 非接触性。传统的单点式监测中监测的有效性依赖于监测点的设置, 一旦监测点遭到破坏将影响到最终结果, 而三维激光扫描技术在不设置监测点的情况下, 可真实可靠的获得灾害体的三维坐标信息。

(2) 高速度、高精度、高密度。三维激光扫描技术采集数据速度非常快, 采样点的速度可达5万点/秒, 大大提高了大面积灾害体的空间信息获取速率。同时采用点阵和格网的数据采集方式可获取高密度、高精度、分布均匀的灾害体点云数据。

(3) 实时、动态、主动性。三维激光扫描技术可全天候实时作业, 不需要外部光源, 主动发射信号, 通过探测回波信号得到灾害体信息。这一特点使其在面对突发性地质灾害时可迅速响应, 高效作业, 及时获取测量灾害体的三维信息。

(4) 穿透性。由于三维激光扫描的采样间距比较小、采样密度比较大, 当灾害体表面存在不太浓密的植被覆盖时, 仍有一部分激光能够到达灾害体表面, 经过有效的点云去噪, 可获取灾害体表面信息。

(5) 数字化、自动化。三维激光扫描技术采集的数据是数字坐标信号, 它具有全数字化的特征, 可靠性好, 自动化程度高, 易于数据的后期处理、格式转换及数据输出。

(6) 能与GPS系统结合。通过GPS布设控制网将三维激光扫描获取的灾害体相对坐标转换为实用坐标, 得到高精度的实用坐标系下的三维模型。

3 三维激光扫描仪地质灾害地面形变监测作业流程

三维激光扫描仪通过对形变区域进行周期性扫描, 对比不同期次的三维信息进行形变监测。一般情况下可将基于三维激光扫描仪的地质灾害地面形变监测分为现场勘查;数据采集;成果输出与分析比对3个主要步骤。

根据监测区域概况、要求等进行现场勘查, 确定采集设备及作业方式。区域概况包括位置、大小、形态等, 同时排除可人为去除的干扰, 减少人为误差的引入。为了得到统一坐标系下的三维激光扫描数据成果, 还需要埋设用于设站和定向的控制点。控制点应选在各点之间能够相互通视且较稳固的地方。对于有条件布设监测点的区域在形变较为严重、突出的地方布设监测点。若采用基于标靶的点云拼接方式还需确定公共标靶个数和位置, 原则上每3个公共标靶按照空间锐角三角形布而且保证每两个需要拼接的点云数据中包含至少3个不在同一直线上的公共标靶。

数据采集方式可分为“一站式”扫描和“分站—分景”式扫描。扫描站位置应选择安全、稳定且通视情况良好的区域。选择“分站—分景”式扫描在保证获取数据完整的前提下, 选择较少的扫描站数以减少原始数据量和拼接误差。采用无标靶拼接方式的扫描区域, 应保证每两个需要拼接的扫描区域间至少有60%的重叠度以及尽可能多的特征点, 以满足拼接要求以及成果精度。在选定的测站上架设扫描仪, 调整好扫描仪方向和倾角, 严格对中整平, 并量取仪器高, 连接好扫描仪、计算机和电源。进行多次定向, 将自定义的扫描坐标系下的数据转换到大地坐标系下。

将采集的数据进行点云配准和拼接、数据处理、三维建模, 再将不同期次的数据模型进行分析比对, 得出形变结果。点云数据进行粗差剔除、旋转对齐、多视拼接等操作, 若采用基于标靶的拼接方式, 在重叠区域均匀地选取公共标靶, 根据约束条件, 计算整体拼接误差, 拼接误差过大时应仔细检查该点坐标的正确性, 删除误差过大的公共标靶。若采用无标靶拼接方式, 在重叠区域尽量选取特征点, 以减小拼接误差。数据处理时先要手工去除由灾害体及周围一些无关的杂草、树木、建筑物、电杆等造成的无关点云噪声点。去噪过程应遵循“少去除多视角”的去除方法, 避免删除真实的有效点云数据。再对手工去噪后的数据进行点云滤波, 过滤其他隐含噪声点且降低点云密度。点云滤波应选择保持原始数据形态, 地形改变量较小的方式, 以减少对有用点云的剔除保证点云数据的精度。选择合适的算法, 通过自动化软件平台进行三维建模, 用获取的点云强度信息和相机获取的影像信息对模型进行纹理细节的描述, 获得灾害体真实的三维立体影像。

4 形变分析方法

三维激光扫描仪常用的形变分析方法主要有基于曲面拟合的形变分析方法、基于ICP配准算法的形变分析算法和基于数字高程模型 (Digital Elevation Model, DEM) 的形变分析方法。

曲面拟合是指利用部分实际的试验数据, 求出一个解析式, 使所有的试验数据通过或分布在该解析式所表示的一个空间曲面内。实现曲面拟合的算法有很多, 其中最常用的是基于最小二乘法的曲面拟合算法, 该算法具有精度高, 拟合曲面平滑的特点, 但是运算较复杂, 运算量相对较大, 最小二乘法是一种逼近理论, 基于最小二乘法的曲面拟合通过不断迭代, 使拟合曲面的样点值与真实值之间差的平方和逼近最小, 得到最接近实际的拟合曲面。基于曲面拟合的形变分析方法通过计算相邻拟合平面法向量夹角的变化或不同期次两个面之间的夹角变化得出形变趋势和变化量。在地质灾害地表形变监测中, 三维激光扫描仪利用获取的点云数据通过比较拟合中误差和夹角变化作为衡量地表形变的指标。

ICP配准算法也叫迭代最近点算法, 其基本原理是将参考点集经过一系列坐标变换, 转换到与目标点集同一坐标系下, 找到参考点集中每一个点与目标点集中距离最近的点, 建立最近对应点对关系, 计算最近点对的距离的平方和, 利用最小二乘法, 迭代算出最优坐标转换。基于ICP配准算法的形变分析将第一期扫描数据作为参考点集, 与之后的多期数据分别进行配准, 配准残差作为形变指标, 通过与设定的残差阈值进行比较获得形变量, 衡量相对形变量。

基于DEM模型的形变分析方法通过比较DEM模型来衡量形变量。三维激光扫描仪获取的点云数据通过拼接、去噪等数据处理, 构建DEM模型, 在同一坐标系下, 以前期的DEM作为参考, 对后期的DEM做内差计算, 不同DEM模型相同水平坐标的高程差即为形变量。

5 三维激光扫描仪在地质灾害地面形变监测应用中的局限性

在地质灾害地面形变监测中三维激光扫描仪仍然存在一些局限。首先, 作为形变监测的数据获取手段三维激光扫描仪的精度就显得格外重要。事实上, 测距、大气、分辨率、目标材质、测量时间甚至温度等都会影响到成果精度, 根据目前的精度检较手段, 三维激光扫描仪自身和精度的检较存在一定困难。其次, 地质灾害多发区域普遍存在地形复杂、植被覆盖复杂等问题, 虽然相比传统的测量手段, 三维激光扫描仪非接触性、自动化等特点有效地解决了监测点稳定性、监测人员安全性等问题。但是三维激光扫描技术精度、测距与扫描速率存在明显矛盾关系, 在保证测量精度的情况下测距限制了架站位置。最后, 由于扫描角度的限制, 部分灾害体无法扫描完整, 尽管各类基于移动载体的三维激光扫描仪在一定程度上扩大了三维激光扫描仪的使用范围, 但是提高三维激光扫描仪的测距与扫描角度范围才是解决其应用瓶颈的根本办法。

参考文献

[1]雷利元, 张笑, 席小慧, 等.三维激光扫描技术在海洋领域中的应用现状与前景展望[J].气象水文海洋仪器, 2015 (2) :117-120.

探讨三维激光扫描技术的应用 第8篇

近些年来, 随着工程测量服务领域的不断拓宽以及三维设计制造对测量精度的要求, 传统的坐标测量仪器如全站仪、断面仪等已不能满足高精度的三维坐标采集和“逆向工程”的需要。相比这些传统的测量技术, 三维激光扫描技术具有极大的技术优势, 特别是在数据采集方面, 具有高效、快捷、精确、简便等特点, 被广泛的应用于各个领域。

2 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术, 采用非接触式高速激光测量方式, 来获取地形或复杂物体的几何图形数据和影像数据, 最终通过后处理软件对采集的云点数据和影像数据进行处理分析, 转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型, 以多种不同的数据格式输出, 来满足空间数据库的数据源和不同应用的需要。

2.1 系统组成

1) 三维激光扫描仪;2) 数码相机;3) 后处理软件;4) 电源以及附属设备。

2.2 工作原理

三维激光扫描技术, 通过内部的激光脉冲发射器向目标物发射激光脉冲, 反光镜旋转, 发射出的激光脉冲扫过被测目标, 信号接收器接收来自目标体反射回来的激光脉冲, 通过每个激光脉冲从发出到被测物表面返回仪器所经过的时间可以获得被目标体到扫描中心的距离, 同时扫描控制模块控制和测量每个激光脉冲的水平扫描角α和竖向扫描角β, 后处理软件自动解算得出被测点的相对三维坐标 (云点) , 进而转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。

2.3 三维激光扫描技术特点

三维激光扫描技术, 具有精度高、速度快、分辨率高、非接触式、兼容性好等优势, 被誉为“测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命”。通过与传统测量技术, 如全站仪、近景摄影测量、航空摄影测量等类比分析, 主要有以下特点:

1) 非接触式。三维激光扫描技术采用非接触式高速激光测量方式, 不需反射棱镜, 直接对目标体进行扫描, 采集目标体表面云点的三维坐标信息。在目标危险、环境恶劣、人员无法到达的情况下, 传统测量技术无法完成, 此时三维激光扫描技术优势明显。

2) 数字化程度高、扩展性强。三维激光扫描系统采集的数据为数字信号, 具有全数字的特征, 易于处理、分析、输出、显示。而且后处理软件用户界面友好, 能够与其它常用软件进行数据交换及共享, 可与外接数码相机、GPS配合使用, 拓宽其应用范围, 具有较好的扩展性。

3) 高分辨率。三维激光扫描技术可以进行快捷、高质量、高密度的三维数据采集, 从而达到高分辨率的目的。

4) 应用广泛、适应性强。由于其良好的技术特点, 在工程建设各领域, 应用广泛。对使用条件要求不高, 环境适应能力强, 适合野外测量。

3 三维激光扫描技术

由于三维激光扫描仪技术特别适合于对大面积的、表面复杂的物体进行精细测量, 所以其应用范围极广。

3.1 文物修复

对受损的文物进行修复时, 要求无接触测量, 传统测量无法胜任, 但现在可充分利用激光扫描仪的非接触测量特点以及高分辨率和高精度云点数据, 获取建筑物表面的精细结构, 提供修复数据, 进行精细测量, 对文物进行修复。

3.2 边坡变形监测

三维激光扫描技术可以获取高密度、高精度的三维云点数据, 因此, 对边坡的变形监测能反映坡体的总体变形趋势和量级。其操作过程是对边坡定期进行扫描, 将前、后两次扫描点云数据叠加在一起, 然后由处理软件分析前、后两次点云数据的差别, 从而得出边坡的变形趋势和量级。

3.3 开采沉陷监测

由于三维激光扫描技术具有快捷、高分辨率、高精度等特点, 在进行开采沉陷监测是, 可以对地表的移动进行观测, 可以快速获得整个目标区域的空间位置及垂直相对位置的变化, 从而确定整个地表移动区域的下沉情况。

3.4 城镇地籍测量

在以往的城镇地籍测量中, 调查结果多为图件和报表形式, 可用性差。而三维激光扫描仪能够生成形象的三维图像, 对获取的三维云点数据进行建模, 方便在电脑上进行量测, 精度也有了较大的提高。

当然, 以上只是其部分应用。由于其良好的技术优势, 在逆向工程、数字城市、工业测量、医学测量等不同领域均能得到很好的应用

4 总结

由于三维激光扫描技术具有良好的技术优势, 已成为目前测绘领域的一个新的热点。虽然针对三维激光扫描系统的应用研究还处于初级阶段, 但已在工程建设中得到了很好的应用。随着研究的深入及与其他测量技术的结合, 三维激光扫描技术的应用将更加广泛。

摘要：三维激光扫描技术是一种新型的测绘技术, 被称为“实景复制技术”。通过和传统的测量技术的比较, 介绍了三维激光扫描仪的基本原理、技术特点, 探讨了三维激光扫描技术的应用。结果表明:三维激光扫描技术, 拓宽了测绘技术的应用范围。随着对三维激光扫描技术的深入研究, 其应用领域将越来越广阔。

关键词：三维激光扫描仪,技术,应用

参考文献

[1]李秋, 秦永智, 李宏英.激光三维扫描技术在矿区地表沉陷监测中的应用研究[J].煤炭工程, 2006.

[2]赵威成, 裴亮.Cyrax2500三维激光扫描系统在建筑中的应用[J].矿山测量, 2006.

[3]刘正军, 钱建国, 张正鹏, 王坚.三维激光扫描数据获取高分辨率DTM试验研究[J].测绘科学, 2006.

地面三维激光扫描技术 第9篇

1 常用设备介绍

市场上销售的三维激光扫描仪按仪器原理分为三类, 基于三角测距的三维激光扫描仪、基于相位差 (连续波式) 的三维激光扫描仪和基于时间———飞行差 (脉冲式) 的三维激光扫描仪。下面从三维激光扫描仪的应用范围、仪器特点、主要生产厂商对仪器进行比较, 见表1。

2 应用领域

近几年, 随着三维激光扫描技术的不断发展成熟, 三维激光扫描技术也逐渐应用到军事、民生、制造业、建筑业、医学、交通、影视等众多领域, 三维激光扫描仪通过快速扫描被测物体获得高精度的点云数据, 为进一步精细操作服务。三维激光扫描技术在地质勘查方面的应用主要包括以下几个方面:1) 地形地质研究;2) 测绘;3) 地质矿产。

3 地形地质研究

在地质露头研究中, 通过扫描露头获取高精度的点云数据和影像数据, 经过后续数据处理, 构建地质露头的三维点云模型和M esh模型, 及提取岩石裂隙走向, 为地质基础调查研究、地质灾害防治等提供资料。同时, 通过在三维模型上直接提取三维空间的点、线、面等信息, 并以D X F格式导出到其他后续绘图软件作进一步分析和计算。

在地质裂缝研究中, 地质探槽反映了地层走向及地质裂缝的三维形状。通过三维激光扫描获取地质探槽高密度空间点云数据和高清晰的影像, 经后续数据处理, 获取高精度的地质探槽三维模型, 为进一步分析研究地震断裂服务。

4 测绘

三维激光扫描仪在测绘的应用非常广泛, 包括地形测绘、立体模型构建、洪水区域分析、形变监测、地理信息、树种覆盖调查、大气监测、沙化监测、洞穴考察等方面。通过三维激光扫描技术的使用, 完善和拓展了测绘信息获取手段, 为测绘领域的新的技术变革。1) 在地形测绘中, 通过三维激光扫描仪及后处理软件, 经过扫描、数据拼接转换到地理坐标系、构造TIN、构建等高线图, 可轻松获取高比例尺的地形图。2) 立体模型的建立:主要用于物体立体模型的建立 (房屋、桥梁、城堡、厂区设备等) 、考古与文物保护、工业设备计测、三维数字地面模型建立、三维城市漫游建立、数字城市建立, 满足未来3D数据采集等方面的需要。3) 洪水区域的分析:通过三维扫描仪扫描水域, 获取水域三维激光点云数据模型, 经三维映射计算, 对比分析洪灾发生前后三维形变情况, 得到洪水体积;并结合当地降雨量, 预测分析洪水将到达的区域, 为防灾减灾服务。4) 洪水区域的分析:利用扫描仪获取大面积数据, 通过洪灾发生前后三维地形对比分析, 一来可以根据降水量, 预测确定洪水达到的区域, 达到防灾的目的;二来可以通过洪水前后的扫描数据对比, 计算出淹没区域的洪水体积。5) 形变监测:利用三维激光扫描技术可获得高精度的三维激光点云数据, 通过对监测体一定周期内三维点云数据的对比分析, 预测评价监测体的形变状况。

在滑坡监测方面, 地表位移变形监测是决定滑坡体稳定与否的根本依据。通过比较不同时期的变形监测点, 根据每个监测点平面和高程位移量的变化来确定滑坡体三维空间上的变形规律, 从而进行分析和确定滑坡区域和对滑坡区域检测, 达到减灾防灾和对灾害造成范围的确定。

在边坡安全监测方面, 通过三维激光扫描获取边坡的地形数据, 经过数据处理, 构建D EM及TIN模型, 对边坡进行三维投影计算, 分析边坡的位移形变状况, 在此基础上, 可为加固边坡、边坡灾害防治提供技术支持。同时, 利用三维激光扫描技术对边坡灾害发生前后的地形三维点云数据进行对比, 预测边坡二次破坏的可能, 评估边坡所处的危险等级。

5 地质矿产应用

在地质应用中, 三维激光扫描仪通过对矿区的地形、地貌进行扫描, 经后续数据处理, 构建区域的三维模型, 提取矿区三维点、线、面信息, 构建相关数据库, 为进一步的地质编录服务, 提高了后期勘探设计的工作效率和精度。

在矿山方面, 能够利用三维激光扫描技术进行矿山三维点云数据采集, 然后经过后续的数字处理, 构建矿山三维数据模型, 并结合矿山安全管理的相关软件, 实现矿山高效经济的管理。在矿体巷道方面, 利用三维激光扫描仪进行高效精确的三维点云测量, 建立精确的巷道三维激光模型, 对修复变形监测具有重要的指导作用。在矿床勘探方面, 利用三维激光扫描技术获取矿区样本编录信息, 来指导矿体取样;通过三维激光扫描技术获取矿体地形、地貌信息, 对矿体结构进行勘探预测。另外, 利用三维激光扫描技术可完成采矿设计、空区充填等方面的工作, 对多个方面具有科学的指导意义。

摘要：三维激光技术作为一种新的测绘技术, 在众多领域应用广泛。本文从地形地质研究、测绘、地质矿产三个方面综述三维激光技术在地质勘查方面的应用现状。

关键词：三维激光扫描技术,地质勘查,应用

参考文献

[1]徐晓熊, 刘松林, 李白.三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用[J].中国测绘, 2009.

[2]孙德鸿, 王占超.三维激光扫描技术在地形地质研究中的应用[J].测绘通报, 2011.