激光扫描仪在地形测量上的应用

赵 明，关 鑫，常春超（松辽水利委员会水文局黑龙江上游水文水资源中心，黑龙江黑河6400）

激光扫描仪在地形测量上的应用

赵 明1，关 鑫2，常春超3
（松辽水利委员会水文局黑龙江上游水文水资源中心，黑龙江黑河164300）

三维激光扫描仪代替传统RTK碎步测量地形，具有测量精度高、测量范围广、测量时间短等特点，已成为地形测量方面的有效手段。文中以某地区实地地形测量为例，介绍三维激光扫描仪的操作、性能以及后期处理，同时体现其在地形测量方面的应用价值。

三维激光扫描仪；地形测量；操作；拼接；坐标转换

1 仪器简介

三维激光扫描仪可安在三脚架上，进行地形测量；也可安装于测船或者飞行器上，但是，测量后的数据必须经过横摇纵摇校准后方可使用。

1.1 仪器操作

三维激光扫描仪通过自带触屏控制面板即可设置参数，控制扫描范围，亦可用iphone或PDA进行远距离的遥控操作，将全部的数据存储在设备自带的存储卡内。

当外业测量结束后，需要对数据进行整理、分析计算。使用仪器自带的Riscan Pro软件，即可对数据进行拼接、精拼接、坐标转换、植被剔除和数据输出等处理。

1.2 仪器性能

以Rigel VZ-6000三维激光扫描仪为例，它拥有独一无二的全波形回波技术、实时全波形数字化处理技术和在线波形分析技术，数据获取速度高达30万点/秒，提供高达0.000 5度的角分辨率，这种高精度超高速激光测距拥有可同时探测到多重乃至无穷多重目标的细节信息技术优势，是传统单次回波反应单一物体技术所无法比拟的。

三维激光扫描仪自带的电池可持续供电10 h，亦可自带电瓶保持供电；机身自带温度传感器，当温度超出-5℃至50℃范围时，仪器会发出警告；机身镜面不能有划痕，否则会影响激光发射，从而产生误差。

2 实际应用

2.1 测区测量

1）测量人员三名，使用Rigel VZ-6000三维激光扫描仪（测量半径6 km），从早晨8点至中午10点进行测量（因测区内树木较多，所以加密测量），用时2 h，沿河右岸顺势设立6站，测量沿岸以及对岸地势，测量范围3.24 km×1.25 km。

2）测站分布图。沿河道两岸高山设立站点，测区内地形较为复杂，对扫描盲区需要进行加密测量。

2.2 测站拼接

1）粗拼。拼接主要以标靶片拼接为主，用RTK对标靶片位置进行打点，获得标靶片高程及坐标，每站共计四个标靶片，拼接时匹配上三个标靶片后，扫描该站的点云坐标系，即变为与RTK的坐标系相同。每站重复操作，当全部匹配结束后，每站的点云已基本重合，这时粗拼已经完成，为了更进一步的消除误差，接下来要进行精拼。

2）精拼。粗拼结束后，有些测站两站复合的程度不符合要求，有明显分层，所以必须进行精拼。精拼的原理是在一定范围内寻找各站的共同平面，所以在精拼时，尽量选择相邻的测站，这样能够保证两站的共同平面足够多，以确保拼接精度。

2.3 坐标转换

坐标转换属于数据处理的重要部分，这关系到数据的精度，同时也是对野外测量设站、标靶片布置和RTK精度的检验。

2.4 植被剔除

全部点云经过精拼接后，可将各站数据进行合并，生成Polydata，然后根据需要，选取测区范围，再利用软件内植被剔除键对非真实地面点进行处理，可以将非真实地面点单独生成Polydata，来检验数据内点云是否处理干净。植被剔除只是根据软件的算法对非真实地面点进行处理，所以难免会留下残余，因此在植被剔除时，必须人工来辅助选取非真实地面点。

2.5 数据输出

植被剔除过后，对剩余点云通过设置选取地表最低点，从而保证点云尽可能的是地表点，对模型进行平滑、噪点删除、删除尖状物等操作，使得模型圆滑无突出点。

3 地形图绘制

三维点云数据绘制的地形图要比RTK点绘制的详细得多，会把测区内地势稍高一些山体全部绘制出来，所以在生成地形图后，可以将不必要的山体去掉，来保证地形图的可观性。

4 结语

综上所述，三维激光扫描仪较适用于地表植被密度不高的区域，测量范围内暗角的区域要进行加密测量，来保证地形图的准确性。在数据后处理中需注意坐标准确性和植被的手动剔除。三维激光扫描仪较适用于地形测量，为我们提供了可靠的三维点云数据，开启了对地形测量方面的新思路。

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2016-06-20