三维激光扫描技术在地形地质测量中的运用
林宇宽
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林宇宽,. 三维激光扫描技术在地形地质测量中的运用[J]. 光电子进展,20236. DOI:10.12721/ccn.2023.160436.
摘要: 新时期,三维激光扫描技术的优势就是可以测量出指定物体的三维信息。而且,借助激光完成扫描任务的速度快、准确度高。为了能够在地形地质测量工作中全面推广使用三维激光扫描技术,本文简要介绍了这项技术的基本原理,并对点云数据的基本特点以及现代化地形地质测量工作的具体操作流程展开分析和研究,希望能够找到简化测量过程,降低工作难度,并提高技术应用价值的方法。为管理土地资源、合理开发利用土地资源奠定坚实的基础。
关键词: 三维激光扫描技术;点云数据;地形测量;地质测量
DOI:10.12721/ccn.2023.160436
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在使用土地资源之前,应先完成地形地质的测量工作,确定土地的面积、种类,根据实际使用需求和土地的空间分布情况,合理开发利用土地。基于传统人工测绘工作存在工作效率低、容易产生测量误差等方面的问题,应尝试积极引进现代化技术与设备,找到解决地形地质测量工作难题的方法。比如,目前使用频率较高的就是三维激光扫描技术。

1.三维激光扫描技术的基本原理及点云数据特点

1.1三维激光扫描技术原理

推广应用这项技术时,应先了解技术的原理,明确配套设施的组成结构,规范技术的操作行为。这项技术是在科学技术水平不断提升的当下,诞生的一种新型扫描技术。是在GPS定位的基础上,进行精准测绘工作的专业技术方法。与其他测绘方式相比,使用这项技术要完成定位系统的建设工作,要使用GPS差分定位系统、高精度动态载体姿态测量系统以及激光测距系统。在利用光源的基础上对测量对象进行探测,获取目标的三维坐标、地表信息并且构建三维场景。除此之外,还可以通过系统内的GPS和测量区内的GPS基站进行差分,获得传感器具体空间位置。

1.2点云数据的基本特点

决定依靠三维激光扫描技术进行地形地质的测量工作时,工作人员应总结出点云数据的基本特征。通常在测量土地资源的三维信息时,需要选择合适的测量点,而由这些点组成的数据集合就可以统称为点云数据。关键要获取离散的三维点云数据,这种离散数据在同一平面内可接触到几个高程值,可以很好地得知一些细节信息以及有巨大变动的目标,如电线杆、峭壁等。但与此同时也相对增加了种种地形信息获取的难度。与以往的数据收集整理方式相比,应用专业设备获取点云数据,不仅可以获取目标的三维坐标,还可以得知地表物在激光作用下显示出来的图像、数据差异性。这在很大程度上为后续处理滤波、数据分类工作奠定了宝贵的基础。不过,这也导致点云数据信息量庞大,对存储空间的要求比较高,需要先解决信息永久存储和分类存储的问题。

2.在地形地质测量中使用三维激光扫描技术的具体流程

2.1合理收集数据

先根据三维激光扫描技术的运作原理,完成对基础设施的采购和试运行操作,再有序展开现场的数据收集工作。应根据测量区域内的环境情况,找到标靶的位置、扫描仪以及测站数,为了保障所获取的数据具有精准性,通常会选择较少的测站,这样就可以省去原始数据量过于繁杂的问题。为了后面数据匹配工作能顺利完成,可以将点云数据的获取和纹理数据的获取进行同步操作。另外,应结合地形地质测量工作的基本要求,规范数据的收集行为。一般要提前设置好比例尺的规格,还要采用依次逐站扫描的方式,完成基础工作任务。

2.2整合处理数据

收集数据的工作结束后,应将数据传递给内业作业人员,这涉及到使用互联网技术的环节,要确保信息的实时传递,这样才能保证内外业工作的同步开展,可以提高地形地质测量工作的效率。在具体整数据时,可以构建网络工作平台,使用大数据技术。这项技术的优势就是可以自动化、智能化的收集和整理信息数据,能减轻人才的日常作业压力。在这项工作中,难度最高的一个环节就是数据的匹配问题,常见方法如下:

(1)在GPS的帮助下,获得各个扫描站点的具体坐标位置,将获取的点云数据置于其中,以此就可以得出较为准确的点云地理位置,并且可进一步与其它遥感数据进行同步分析处理。基于配准的基础,利用地形的重采样和手动点云对植被、电线杆、房屋、空气等产生的噪音进行消除。分割点石构建目标模型,截取清晰的纹理图像与点石匹配,作为该地区的地理样貌特征信息资料。

(2)在扫描的时候多次扫到相同的目标,可作为匹配的公共点坐标系,将不同站扫获的点云置于其中。完成数据的匹配任务后,将工作信息真实、完整的记录在平台上,建立专用的数据库,可以从根本上为土地资源的开发利用工作提供基础支持和必要保障。

2.3提取现场实物信息

使用三维激光扫描技术后,很多工作人员都会选择绘制地理信息系统,这项工作需要以提取现场的实物信息为基础,了解在土地资源上存在哪些建筑物,完成点云数据的收集和匹配。一般要以长期固定不动的建筑物为参考,常见的有:电线杆、房屋等。应先确定建筑物的基本特征,选择合适的计算机软件完成信息提取操作。比如,利用Leica的Cyclone软件,在点石视图中手工提取地物特征点,并以一定的格式输出到文本文件中。包括PointNum-ber,FeatureCode,E,N,H0格式的文件,可直接导入大比例尺数字测图软件中绘制地物。

2.4制作等高线

在地形地质测量环节中,使用三维激光扫描技术获取数字、图像信息后,还要在计算机系统当中制作等高线。常规做法是先按照一定的比例尺将真实的土地面积、自然资源和建筑物参数信息记录在计算机系统中,依靠专业数字测图软件,可以自动生成等高线。实际上,会影响等高线绘制结果准确性的因素有很多,包括地形地貌等自然因素以及人为工作行为的因素等方面。应建立严格的管理机制,规范人才的工作行为,并积极总结以往的工作经验,提前编制风险防范计划,规避误差。还要积极提高三维激光扫描技术的应用优势,为新时期的地形测量工作提供技术支持。

2.5绘制专用地形图

进行地形地质测量,主要任务是完成平面图和立体图形的绘制工作。这项工作应由具备专业知识技能的内业人员来完成,关键技术方法是以数据重叠处理的方式,将地物信息与等高线信息整合在一起,获得完整的三维坐标信息。应考虑到地物信息发生变化时,是否会造成等高线数据变动的情况。比如,建筑物拆迁、树木被砍伐后,周围数据信息点需要删减。基于此,应手动修整点石数据,对照照片信息,添加高程注记,形成图廓。这项操作要具有动态化的特征,不断结合土地资源的使用情况来更新相关数据信息,解决地形地质测量难题。

结语:地形地质测量工作开始之前,要先采购基础工作设施,检查设备的运行状态,完成对数据的收集和整理工作。这涉及到内业人员和外业人员的协调配合问题,要求人才之间有畅通的信息沟通渠道,还要完善计算机系统平台的构建工作。关键要依靠现代化信息技术手段,科学提取现场的实物信息,有序绘制等高线、地形图,以此来集中展示地形地质信息,最终高效、便捷的达成测量测绘目标。

参考文献:

[1]苟鑫.三维激光扫描技术在地形地质测量中的运用分析[J].石化技术,2020,27(11):50-51.

[2]郑贤泽,朱艳军,陶旭.三维激光扫描技术在地形测量中的应用分析[J].城市勘测,2021(1):106-109.