摘要：隨著科技不斷發(fā)展， 測(cè)繪技術(shù)不斷更新，傳統(tǒng)的地形測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足地形測(cè)量的需求。在地形測(cè)量過(guò)程中，要綜合性的、靈活地將新技術(shù)新設(shè)備與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)中的設(shè)備相互結(jié)合，組織并協(xié)調(diào)人員的分工與環(huán)境的利用，保證地形測(cè)量的精度， 共同努力，提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)地質(zhì)行業(yè)的更好發(fā)展。 三維激光掃描技術(shù)革新了測(cè)繪技術(shù)，在很大程度上促進(jìn)了測(cè)繪數(shù)據(jù)獲取方法、處理方法以及服務(wù)能力和水平的發(fā)展。三維激光掃描具有較好的實(shí)時(shí)性、主動(dòng)性和適應(yīng)性，本文會(huì)介紹該技術(shù)在地形測(cè)量中如何發(fā)揮它的作用。

　　摘要：中華建筑科技雜志,三維,激光,測(cè)量

　　一、引言

　　地形測(cè)量的方法來(lái)由傳統(tǒng)的平板白紙測(cè)圖、經(jīng)緯儀測(cè)圖等發(fā)展到現(xiàn)在的全站儀配合繪草圖、全站儀配合測(cè)圖精靈或筆記本電腦進(jìn)行野外數(shù)字化成圖的方法，使地形測(cè)量由原始手工繪圖測(cè)量向一體化發(fā)展，在技術(shù)和精度上都有很大的提高。

　　三維激光掃描技術(shù)是一項(xiàng)迅速發(fā)展的高新技術(shù)，它的出現(xiàn)為空間三維信息的獲取提供了全新的技術(shù)手段。三維激光掃描技術(shù)主要采用激光測(cè)距原理，瞬時(shí)測(cè)得空間三維坐標(biāo)值。其巨大優(yōu)勢(shì)就在于可以快速掃描被測(cè)物體，不需反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)，這樣一來(lái)可以高效地對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行三維建模和虛擬重現(xiàn)。目前此項(xiàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于變形監(jiān)測(cè)、工程測(cè)量、地形測(cè)量、城市規(guī)劃、智能交通、防震減災(zāi)等領(lǐng)域。

　　二、三維激光掃描系統(tǒng)

　　1.三維激光掃描儀按照掃描平臺(tái)的不同可以分為： (1) 機(jī)載型激光掃描系統(tǒng);(2)地面型激光掃描系統(tǒng)，還可根據(jù)測(cè)量方式細(xì)分為移動(dòng)式激光掃描系統(tǒng)和固定式激光掃描系統(tǒng);(3) 手持型激光掃描系統(tǒng)。地面型三維激光掃描系統(tǒng)一般由三維激光掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、軟件控制平臺(tái)、電源及其他附件組成。

　　1.1地面三維激光掃描技術(shù)是以三維激光掃描儀的誕生為代表，是繼GPS (Global Position System)技術(shù)以來(lái)測(cè)繪領(lǐng)域的又一次技術(shù)革命，該技術(shù)是一種先進(jìn)的全自動(dòng)高精度立體掃描技術(shù)，又稱為“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，是繼GPS空間定位技術(shù)后的又一項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)革新。將使測(cè)繪數(shù)據(jù)的獲取方法、服務(wù)能力與水平、數(shù)據(jù)處理方法等進(jìn)入新的發(fā)展階段岡。

　　地面型三維激光掃描技術(shù)是伴隨空間點(diǎn)陣掃描技術(shù)和激光無(wú)反射棱鏡長(zhǎng)距離快速測(cè)距技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的一項(xiàng)新的測(cè)繪技術(shù)。它是一種非接觸式主動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，可進(jìn)行大面積高密度空間三維數(shù)據(jù)的采集。

　　1.2地面型三維激光掃描系統(tǒng)工作原理： 三維激光掃描儀發(fā)射器發(fā)出一個(gè)激光脈沖信號(hào)， 經(jīng)物體表面漫反射后， 沿幾乎相同的路徑反向傳回到接收器， 可以計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)P 與掃描儀中心的距離 。精密時(shí)鐘控制編碼器同步測(cè)量每個(gè)激光脈沖橫向掃描角度觀測(cè)值和縱向掃描角度觀測(cè)值。

　　x = S? c o sθc o sα

　　y = S ?c o sθs i nα

　　z = S?s i nθ

　　從定位原理來(lái)講，地面三維激光掃描技術(shù)和傳統(tǒng)的全站儀測(cè)量技術(shù)是相同的，采用激光三角法，以儀器自身中心為坐標(biāo)原點(diǎn)(O)，通過(guò)測(cè)距(S)和測(cè)角(θ，α)解算目標(biāo)相對(duì)于原點(diǎn)的三維坐標(biāo)P(x，y，z)，然后再通過(guò)坐標(biāo)系的平移和旋轉(zhuǎn)來(lái)得到不同坐標(biāo)系統(tǒng)下的地理坐標(biāo)。所不同的是，地面三維激光掃描技術(shù)具有全自動(dòng)高密度的面數(shù)據(jù)獲取能力，數(shù)據(jù)量極大且數(shù)據(jù)信息極為豐富。

　　三維激光掃描儀的測(cè)量原理 ：三維激光掃描儀是在激光的相干性、方向性、單色性和高亮度等特性的基礎(chǔ)上，在同時(shí)注重操作簡(jiǎn)便和測(cè)量速度上，從而保證了測(cè)量的綜合精度，而其測(cè)量的原理是主要分為有測(cè)距、掃描、測(cè)角、定向這四個(gè)方面。

　　三維激光掃描儀的測(cè)距原理：由于激光測(cè)距是激光掃描技術(shù)十分重要的組成部分，對(duì)于激光掃描的定位以及獲取空間三維信息是具有十分重要的作用。現(xiàn)階段的測(cè)距方法主要是有：相位法、三角法、脈沖法。測(cè)距方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，而主要是集中在測(cè)程和精度的關(guān)系上，脈沖測(cè)量的距離最長(zhǎng)，可是精度會(huì)隨距離的增加而降低。相位法用于中程測(cè)量，具有比較高的測(cè)量精度，可它是通過(guò)兩個(gè)間接測(cè)量才能夠得到距離值，三角測(cè)量測(cè)程最短，可是精度最高，適用于近距離、室內(nèi)的測(cè)量。

　　三維激光掃描儀的測(cè)角原理：區(qū)別于常規(guī)儀器的度盤測(cè)角方式，激光掃描儀是通過(guò)改變激光光路而獲得掃描角度。把兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)與掃描棱鏡安裝在一起，進(jìn)而分別實(shí)現(xiàn)水平和垂直方向掃描。步進(jìn)電機(jī)也是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的控制微電機(jī)，它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)激光掃描儀的精確定位。

　　三維激光掃描儀的掃描原理對(duì)于三維激光掃描儀是透過(guò)內(nèi)置的伺服驅(qū)動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)的精密控制的多面掃描棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，決定著激光束的出射方向，能夠讓脈沖激光束能夠沿著橫軸方向與縱軸方向進(jìn)行快速的掃描。掃描的控制裝置為：擺動(dòng)掃描鏡和旋轉(zhuǎn)正多面體掃描鏡。對(duì)于擺動(dòng)掃描鏡是一個(gè)平面反射鏡，是由電機(jī)的驅(qū)動(dòng)來(lái)進(jìn)行往返振蕩，這種測(cè)距方式就是一種間接測(cè)距的方式，通過(guò)檢測(cè)發(fā)射和接收信號(hào)之間的相位差，從而獲得被測(cè)目標(biāo)的距離。測(cè)距精度較高，主要應(yīng)用在精密測(cè)量和醫(yī)學(xué)研究，精度可達(dá)到毫米級(jí)。

　　三維激光掃描儀的定向原理：三維激光掃描儀掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)都在其自定義的掃描坐標(biāo)系中，但是數(shù)據(jù)的后處理要求是大地坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)，這就需要將掃描坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系下，這個(gè)過(guò)程就稱為三維激光掃描儀的定向。

　　三、在地形測(cè)量中注意事項(xiàng)

　　進(jìn)行三維激光掃描測(cè)站的選擇，應(yīng)注意該選在視野相對(duì)開闊的地方，四周遮擋物較少，這樣掃描范圍廣，減少測(cè)站的設(shè)置，提高工作效率，加快工作進(jìn)程。 其次測(cè)站的選擇離觀測(cè)對(duì)象不宜過(guò)近，以免仰角太大，影響成像的效果。 在掃描過(guò)程中，人員盡量減少在儀器前的走動(dòng)，以免影響掃描結(jié)果，增加數(shù)據(jù)的采集。 各測(cè)站間一定要有3個(gè)以上重合點(diǎn)，且要有相應(yīng)的編號(hào)，便于數(shù)據(jù)的拼接建模。 　　.三維激光掃描測(cè)量技術(shù)克服了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的局限性，采用非接觸主動(dòng)測(cè)量方式直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)，能夠全天候的對(duì)任意物體進(jìn)行掃描，快速將現(xiàn)實(shí)世界的信息轉(zhuǎn)換成可以處理的數(shù)據(jù)。該技術(shù)具有掃描速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精度高、主動(dòng)性強(qiáng)、全數(shù)字特征等特點(diǎn)，作業(yè)時(shí)間短，使用成本低，且使用方便，其輸出格式可直接與CAD、三維動(dòng)畫等工具軟件接口。目前在工程、環(huán)境檢測(cè)和城市建設(shè)方面如斷面三維測(cè)繪、繪制大比例尺地形圖、災(zāi)害評(píng)估、3D城市模型的建立、復(fù)雜建筑物施工、大型建筑的變形監(jiān)測(cè)等均有成功的應(yīng)用實(shí)例。隨著三維激光掃描測(cè)量技術(shù)、三維建模的研究以及計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，如制造業(yè)、文物保護(hù)、逆向工程、電腦游戲業(yè)、電影特技等，逐步從科學(xué)研究發(fā)展到進(jìn)入了人們?nèi)粘Ｉ�活的領(lǐng)域。

　　四、地形測(cè)量的過(guò)程控制和質(zhì)量檢查

　　在對(duì)勘察區(qū)進(jìn)行測(cè)量以前，要對(duì)所有的資料進(jìn)行正確地分析和驗(yàn)證，并確保儀器設(shè)備的可靠性和有效性。測(cè)量過(guò)程中的各作業(yè)環(huán)節(jié)和工期的質(zhì)量控制，要嚴(yán)格按照測(cè)量規(guī)范的要求執(zhí)行，生產(chǎn)計(jì)劃部門要保障本測(cè)區(qū)技術(shù)方案的執(zhí)行和有效性。同時(shí)，質(zhì)量檢驗(yàn)部門要認(rèn)真檢查、監(jiān)督本測(cè)區(qū)的測(cè)量過(guò)程和最終結(jié)果。

　　在進(jìn)行選點(diǎn)并埋設(shè)標(biāo)石過(guò)程中，要檢查控制網(wǎng)分布的合理性、點(diǎn)位選址的通視情況，確定埋石滿足技術(shù)要求，并保證埋石可以長(zhǎng)久保存;觀測(cè)數(shù)據(jù)和起算數(shù)據(jù)要確保正確并有效，平差的過(guò)程和結(jié)果要滿足技術(shù)要求的規(guī)定;成形后的圖件，其圖面要整潔，記錄數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確。

　　結(jié)束語(yǔ)：

　　目前在我國(guó)建設(shè)和土地規(guī)劃的過(guò)程中大多情況下都使用的是地形測(cè)量技術(shù)，目前地形的測(cè)量技術(shù)運(yùn)用了大量的高科技的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，這有效的提升了對(duì)地形測(cè)量的精準(zhǔn)性，為后期工作提供了科學(xué)的參考依據(jù)，雖然目前地形測(cè)量工作中還存在著一些問題，但隨著現(xiàn)代化數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用及各種相關(guān)的技術(shù)規(guī)范的不斷完善、測(cè)量人員專業(yè)水平和工作態(tài)度的提高，測(cè)量技術(shù)和測(cè)量水平將不斷的提高，有效的保證了地形測(cè)量工作的優(yōu)質(zhì)、高效。

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