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三維激光掃描技術(shù)在地形測繪成圖中的應(yīng)用

發(fā)布時間:2016-08-03 08:15

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三維激光掃描技術(shù)在地形測繪成圖中的應(yīng)用

發(fā)布日期: 2014-07-18 發(fā)布:  

  2014年2期目錄       本期共收錄文章20篇

2014年2期

  摘要:隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高,測繪技術(shù)也有很大的改變,尤其三維激光掃描技術(shù)作為在測繪領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,它快速、細致和高精度的特點減少了測繪人員的作業(yè)時間和強度,使測繪效率大幅度得以提高,具有傳統(tǒng)測量手段無可比擬的優(yōu)勢。本文詳細分析三維激光掃描技術(shù),以及它在地形測繪成圖中的應(yīng)用,以供參考。
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  關(guān)鍵詞:地形測繪 三維激光掃描技術(shù) 應(yīng)用
  中圖分類號:P234.4 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2014)02-0089-01
  以往的地形測繪成圖是利用GPS設(shè)備、人工攜帶全站儀等儀器,采集野外有限個測點信息,經(jīng)專業(yè)軟件處理后再生成圖的形式。傳統(tǒng)方法雖然較為穩(wěn)定,但測繪人員要面對一些危險性較大的區(qū)域和難以達到的高難度邊坡位置,數(shù)據(jù)采集時間也較長,測繪人員工作強度大,稍不留神,容易導(dǎo)致意外事故。三維激光掃描技術(shù)改變了傳統(tǒng)測繪的作業(yè)流程,縮短了外業(yè)工作時間,降低了測繪人員勞動強度和難度,提高了測繪成果的質(zhì)量。
  1 三維激光掃描技術(shù)相關(guān)概述
  1.1 三維激光掃描技術(shù)
  三維激光掃描技術(shù)是測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命,突破了傳統(tǒng)的單點測量方法,它和傳統(tǒng)的GPS測量方式比起來具有高效率、高精度的獨特優(yōu)勢,能夠提供掃描物體表面的三維點云數(shù)據(jù),所以,一些高精度高分辨率的數(shù)字地形模型也可通過三維激光掃描技術(shù)來獲取。按照測量方式可劃分為基于三角測距原理、基于脈沖式和基于相位差三種,按用途可分為室內(nèi)和室外,概括來說就是長短距離不同的原理。通;诿}沖式的三維激光掃描技術(shù)測程都較長,最遠可達到6公里。而基于相位差原理的三維激光掃描技術(shù)測程就不如脈沖式,它的測程較短,只有百米左右。
  1.2 特點
  三維激光掃描具有三維掃描和快速掃描的特點。
  傳統(tǒng)測量概念里,幾乎最終輸出的數(shù)據(jù)都是二維結(jié)果(如CAD出圖),在目前測量所使用的儀器當中全站儀、GPS占據(jù)大量的比例,然而測量出的數(shù)據(jù)都是二維形式的。但三維激光掃描技術(shù)每次測量出的數(shù)據(jù)都涵蓋大量的測量信息,如R,G,B顏色信息,X,Y,Z點的信息,甚至物體反色率的信息也能同時反應(yīng)出來,是傳統(tǒng)測量手段無法企及的。
  快速掃描是掃描儀誕生產(chǎn)生的概念,快速掃描的測量速度能達到每秒1000點,而常規(guī)的測量手段,每一點的測量都會浪費2~5秒不等,三維激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)正好改變了此現(xiàn)象,提高了工作效率和質(zhì)量。
  1.3 工作原理
  三維激光掃描技術(shù)在進行探測和測距時利用了光來獲取對象表面點的三維坐標,達到三維場景重建和提取地表信息的目的。完整的三維激光掃描系統(tǒng)需要有以下幾個方面共同組成:激光測距系統(tǒng)、高精度動態(tài)GPS差分定位系統(tǒng)(DGPS)和高精度動態(tài)載體姿態(tài)測量系統(tǒng)(INS)。它首先由激光脈沖二極管發(fā)射出激光脈沖信號并經(jīng)過旋轉(zhuǎn)棱鏡射向目標,之后運用探測器接收反射回來的激光脈沖信號,記錄器將過程所產(chǎn)生的信號給詳細的記錄下來,最后轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息,測繪人員通過數(shù)據(jù)信息進行識別,將信息經(jīng)軟件處理后實現(xiàn)實體建模輸出。
  1.4 數(shù)據(jù)采集與處理
  點云數(shù)據(jù)是指通過3D掃描儀獲取的海量點數(shù)據(jù),完整的三維激光掃描技術(shù)脫離不開INS數(shù)據(jù),GPS數(shù)據(jù)和點云數(shù)據(jù),三維激光掃描主要獲取的是離散三維點云數(shù)據(jù),有利于將細節(jié)信息和劇烈變化的地物和地形給展現(xiàn)出來。點云數(shù)據(jù)反射強度信息和地表物體對激光的作用信息,為進一步點云數(shù)據(jù)處理提供參考。數(shù)據(jù)采集中很重要的一個環(huán)節(jié)就是利用點云數(shù)據(jù)進行三維建模,最后創(chuàng)建出的三維模型質(zhì)量也受其影響。數(shù)據(jù)采集工作流程為:現(xiàn)場勘查――相掃――精掃反射體――對目標區(qū)域的精掃――拍攝場景照片。數(shù)據(jù)處理流程也分為三個步驟,(1)校準;為了統(tǒng)一相機坐標系和掃描儀坐標系,只有統(tǒng)一好這個坐標系后,地貼紋理才能準確。(2)消除噪點;由于一些不可抗拒的因素或測量儀器等原因,不可避免會出現(xiàn)噪點,會影響數(shù)據(jù)質(zhì)量,所以在操作點云數(shù)據(jù)之前,先清楚噪點。(3)點云的拼接;確定統(tǒng)一坐標系是點云拼接的前提,可以用項目坐標系PRGS作為統(tǒng)一的坐標系,及時不使用全站儀也可以。
  2 三維激光掃描技術(shù)在地形測繪成圖中的應(yīng)用
  (1)采集野外數(shù)據(jù);考察測區(qū)周圍環(huán)境,判斷掃描儀、測站數(shù)和標靶的位置,盡量選擇少的測站,使原始的數(shù)據(jù)量有所減少,保證完整的測量區(qū)域能用各掃描占最終獲取的數(shù)據(jù)。同步獲取紋理數(shù)據(jù)和點云數(shù)據(jù),方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理匹配。選擇相應(yīng)的采樣進度要根據(jù)不同的比列尺寸要求,掃描采用逐站的方式。
 。2)數(shù)據(jù)預(yù)處理;通常激光雷達點云數(shù)據(jù)的預(yù)處理步驟包括如圖1所示:
  掃描的點云數(shù)據(jù)較為復(fù)雜,其獲取都來自不同站點,統(tǒng)一至一個坐標系需要對掃描后的點云數(shù)據(jù)進行正確匹配,便于建模和定量化分析目標,正確的匹配方法也有所不同,①精確地理坐標可通過GPS提供各個掃描站點,使固定的地理坐標系中涵蓋所有的點云數(shù)據(jù),此類方法能使所有點云的真實地理位置可以準確獲得,,為后期數(shù)據(jù)分析提供依據(jù)。消除地形重采樣和手工點云數(shù)據(jù)的噪聲,通常這些噪聲中包含空氣懸浮物,電線桿等。分割處理的點云,利于建模處理感興趣的目標物。
 。3)地物的繪制和提取。
  提取點云數(shù)據(jù)還可利用三維激光掃描技術(shù)后期處理軟件,如Gyclone軟件,地物特征點可以在點云視圖中手工提取,之后在文本文件中輸出相應(yīng)的格式,如E,H,F(xiàn)eature等,可以直接導(dǎo)入測繪圖軟件來繪制地物。
  3 結(jié)語
  總之,三維激光掃描技術(shù)來可以彌補傳統(tǒng)地形測繪工作的許多不足之處,它快速、細致和高精度的特點減少了測繪人員的作業(yè)時間和強度,使測繪效率大幅度得以提高。地形測繪中,一些難以開展數(shù)據(jù)采集的高難度區(qū)域通過三維激光掃描技術(shù)可以快速順利完成數(shù)據(jù)采集工作。三維激光掃描技術(shù)的深入研究對國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實意義,但是三維激光掃描技術(shù)也有外界環(huán)境條件、點云數(shù)據(jù)與目標物體反射面等不足之處,所以在使用過程中應(yīng)盡可能客服上述不足之處,以便獲取高精度的測繪成果。
  參考文獻
  [1]孫德鴻,王占超.三維激光掃描技術(shù)在地形地質(zhì)研究中的應(yīng)用(二)[J].測繪通報,2011,(4):85-86.
  [2]曹璽,梁俊,王延洪等.三維激光掃描技術(shù)在地形測繪成圖中的應(yīng)用[J].人民長江,2011,42(21):22-24.
  [3]于廣婷,劉嘉,白立飛,等.基于三維激光掃描技術(shù)的大比例尺地形圖繪制方法[C].第十四屆華東六省一市測繪學會學術(shù)交流會論文集.2012:97-99.

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本文編號:82050

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