1、三维激光扫描系统在地形测量中的应用分析摘 要：三维激光扫描技术也被人称为实景复制技术，它作为立体扫描技术，可以全自动来获得数据，并且精度也比较的高，因此十分的先进，但是在地形测量中应用三维激光扫描系统还存在着一些问题，比如存在死角或者数据破损等等，这样就会影响到下一步工作的进行，因此就需要引起人们足够的重视。本文对三维激光扫描的基本理论做了简单的介绍，然后具体分析了三维激光扫描系统在地形测量中的应用分析，希望可以提供一些有价值的参考意见。 关键词：三维激光扫描系统；地形测量；应用分析 三维激光扫描技术革新了测绘技术，它在很大程度上促进了测绘数据获取方法、处理方法以及服务能力和水平的发展。点云数
2、据指的是采用三维激光扫描得来的一些数据。点云数据主要是结合了大量的扫描离散点。三维激光扫描具有较好的实时性、主动性和适应性，因此就可以在简单的处理之后，直接使用三维激光扫描数据，这样就可以省去很多的时间和精力；采用三维激光扫描不需要接触到被测物体，可以直接应用在很多的复杂环境中；如果想要发挥出更多和更强的效能，就可以有机的结合 GPS 等先进的技术。三维激光扫描技术正在突飞猛进的发展，在此基础上，必将会应用到更多更广泛的领域之内。本文为了能够将三维激光扫描系统在地形测量中的应用更加便捷的显现出来，采用了点云数据处理软件，并且讨论了可能出现在测量中一些问题。 1 三维激光扫描系统 在通常情况下，
3、可以将三维激光扫描仪分为这几种：机载激光扫描系统、便携式激光扫描系统以及地面型激光扫描系统等等，这种划分的依据是扫面平台的不同。本次选用的是地面型三维激光扫描系统来进行地形测量，地面型三维激光扫描系统包括着很多个方面的部分，比如三维激光扫描仪、数码相机、软件控制平台、电源、扫描仪旋转平台等等。地面型三维激光扫描系统的工作原理如下：三维激光扫描系统发射器可以将一个激光脉冲信号发射出去，然后物体的表面会对这个激光脉冲信号进行一个漫反射作用，然后这些脉冲信号会沿着同样的路径返回到接收器中，那么就可以对目标点和扫描仪之间的距离进行准确的计算。同时，每个激光脉冲横向扫描角度观测值和纵向扫描角度观测值由精
4、密时钟控制编码器来进行测量；三维激光扫描测量采用的坐标系往往是仪器自定义的，横向扫描面内有 X 和 Y 轴，两者是互相垂直的关系，z 轴垂直于横向扫描面，如下图所以，依据这个图例，就可以将目标点的坐标求出来。 那么对激光脉冲从发出到接收之间的时间延迟进行检查，就可以得出公式 1 中的距离。得出了发射脉冲往返的时间间隔，就可以有效的计算出目标点和扫描仪之间的距离：S=1/2CtL。C 指的是光速。 2 电云数据处理 从上文我们已将了解到，点云数据指的就是三维激光扫描系统所采集来的数据，在对点云数据进行处理时，一般分为这几个方面的内容：去除噪声、多视对齐、精简数据以及重构画面等。 去除噪声指的是将
5、点云数据中可能存在的错误的数据进行消除；比如，在对地形进行扫描的时候，扫描仪会采集到一些不需要的数据，比如飞速前进的车辆、行人以及高大的树木等等；这些没有用处的数据是需要被删除的。 点云的精简数据指的是因为点云往往十分的庞大，这样就需要对数据进行必要的精简工作，需要特别注意的时候，精简的时候不能够影响到画面的重构，并且还不能影响到基本的精度要求；一般可以采取两种方法来进行精简数据，一种是平均精简，指的是将原来的点云设置为 n个小组，然后每一个小组中留下一个；另一种方法是按距离精简，指的是对一些点进行删除，删除的目的是为了让点云中点与点之间的距离不小于某值。 曲面重构的目的是为了将扫描目标的本来
6、面目给真实的还原出来，要想实现这个目的，在还原扫描目标的本来面目时，可以有效的采用扫描数据。通常可以将曲面分为几个种类，三角形网格、细分画面、明确的函数表示、参数曲面、暗含的函数表示、曲化的面片等等。 采用了扫描出来的数据来重构曲面之后，就可以进行三维建模的规则，从而将扫描目标的本来面目给还原出来。基本完成了点云数据处理步骤之后，在解决问题的时候就可以充分的利用点云数据来进行。 3 相关问题讨论 提高精度的一种方法：在通常情况下，多视对齐的精度在很大程度上决定着三维扫描的精度；在扫描的时候可以采用不同的位置来进行，并且站在多个视角上进行考虑，并且要按照大于等于百分之十的标准来设置相连区域的重叠
7、度；如果采用的是 POLY WORKS 软件，那么要按照 10毫米的标准来设置直接对齐的精度。要想实现精度提高的目的，在本项目中采用了设置控制点法，然后将扫描议可以识别的带有三维坐标数据控制点设置在重叠区域就可以实现，通过实践研究证明，如果将控制点信息加入到使用 POLY WORKS 软件来进行对齐时，那么就可以有效的提高精度，从而保证对齐精度能够满足相关的要求和标准。 坐标系一致：因为三维激光扫描采用的坐标系都是独立坐标系，并且是围绕着扫描仪建立起来的，那么就需要在一个统一的坐标系中融合这些独立的坐标系；只需要将公共控制点设置在相应的位置，那么点云的一致性就可以通过 POLY WORKS 软
8、件来实现。设置控制点主要包括两个方面的内容，一是控制点的密度，二是位置的布设；这两个方面都十分的重要，因为后期数据处理的精度将会受到布设位置合理性与布设点的密度等方面的直接影响。 三维激光扫描的成果输出：如果在处理点云数据方面，采用的是POLY WORKS 软件，那么就会有很多的成果输出来，比如一些三维坐标数据、扫描对象的三维模型等。POLY WORKS 软件在某些方面还存在着局限性，会影响到很多方面的应用，但是这个软件的接口功能十分的丰富，用户可以依据自己的要求来编码满足自己需要和爱好的特殊应用，这也是软件发展的一个趋势。 4 结语 本文简单分析了三维激光扫描系统在地形测量中的应用，通过实践研究证明，在地形测量中应用三维激光扫描系统是十分可行的，但是还存在着一些问题。本次选用的是比较平缓的区域作为试验的场地，但是还是会出现一些扫描的死角，从而出现数据的不完整等情况，这样就会对下一步的工作产生不利的影响。所以，未来研究的重点就是对这些缺损的数据进行必要的修复。 参考文献 1史友峰，高西峰.三维激光扫描系统在地形测量中的应用J.山西建筑，2007，33（12）：347-349. 2孙德鸿，王占超.三维激光扫描技术在地形地质测量中的应用J.水利水电施工，2011，2（1）：76-80. 3许捷.地面型三维激光扫描系统在矿山地形测量中的应用J.科学时代，2012，2（7）：34-36.
