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

　　摘要：中華建筑科技雜志,三維,激光,測量

　　一、引言

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

　　三維激光掃描技術是一項迅速發(fā)展的高新技術，它的出現(xiàn)為空間三維信息的獲取提供了全新的技術手段。三維激光掃描技術主要采用激光測距原理，瞬時測得空間三維坐標值。其巨大優(yōu)勢就在于可以快速掃描被測物體，不需反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點云數(shù)據(jù)，這樣一來可以高效地對真實世界進行三維建模和虛擬重現(xiàn)。目前此項技術已廣泛應用于變形監(jiān)測、工程測量、地形測量、城市規(guī)劃、智能交通、防震減災等領域。

　　二、三維激光掃描系統(tǒng)

　　1.三維激光掃描儀按照掃描平臺的不同可以分為： (1) 機載型激光掃描系統(tǒng);(2)地面型激光掃描系統(tǒng)，還可根據(jù)測量方式細分為移動式激光掃描系統(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、掃描儀旋轉(zhuǎn)平臺、軟件控制平臺、電源及其他附件組成。

　　1.1地面三維激光掃描技術是以三維激光掃描儀的誕生為代表，是繼GPS (Global Position System)技術以來測繪領域的又一次技術革命，該技術是一種先進的全自動高精度立體掃描技術，又稱為“實景復制技術”，是繼GPS空間定位技術后的又一項測繪技術革新。將使測繪數(shù)據(jù)的獲取方法、服務能力與水平、數(shù)據(jù)處理方法等進入新的發(fā)展階段岡。

　　地面型三維激光掃描技術是伴隨空間點陣掃描技術和激光無反射棱鏡長距離快速測距技術發(fā)展而產(chǎn)生的一項新的測繪技術。它是一種非接觸式主動測量系統(tǒng)，可進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)出一個激光脈沖信號， 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， 可以計算目標點P 與掃描儀中心的距離 。精密時鐘控制編碼器同步測量每個激光脈沖橫向掃描角度觀測值和縱向掃描角度觀測值。

　　x = S? c o sθc o sα

　　y = S ?c o sθs i nα

　　z = S?s i nθ

　　從定位原理來講，地面三維激光掃描技術和傳統(tǒng)的全站儀測量技術是相同的，采用激光三角法，以儀器自身中心為坐標原點(O)，通過測距(S)和測角(θ，α)解算目標相對于原點的三維坐標P(x，y，z)，然后再通過坐標系的平移和旋轉(zhuǎn)來得到不同坐標系統(tǒng)下的地理坐標。所不同的是，地面三維激光掃描技術具有全自動高密度的面數(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上，在同時注重操作簡便和測量速度上，從而保證了測量的綜合精度，而其測量的原理是主要分為有測距、掃描、測角、定向這四個方面。

　　三維激光掃描儀的測距原理：由于激光測距是激光掃描技術十分重要的組成部分，對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)階段的測距方法主要是有：相位法、三角法、脈沖法。測距方法都有其優(yōu)缺點，而主要是集中在測程和精度的關系上，脈沖測量的距離最長，可是精度會隨距離的增加而降低。相位法用于中程測量，具有比較高的測量精度，可它是通過兩個間接測量才能夠得到距離值，三角測量測程最短，可是精度最高，適用于近距離、室內(nèi)的測量。

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

　　三維激光掃描儀的掃描原理對于三維激光掃描儀是透過內(nèi)置的伺服驅(qū)動馬達系統(tǒng)的精密控制的多面掃描棱鏡的轉(zhuǎn)動，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行快速的掃描。掃描的控制裝置為：擺動掃描鏡和旋轉(zhuǎn)正多面體掃描鏡。對于擺動掃描鏡是一個平面反射鏡，是由電機的驅(qū)動來進行往返振蕩，這種測距方式就是一種間接測距的方式，通過檢測發(fā)射和接收信號之間的相位差，從而獲得被測目標的距離。測距精度較高，主要應用在精密測量和醫(yī)學研究，精度可達到毫米級。

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

　　三、在地形測量中注意事項

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

　　四、地形測量的過程控制和質(zhì)量檢查

　　在對勘察區(qū)進行測量以前，要對所有的資料進行正確地分析和驗證，并確保儀器設備的可靠性和有效性。測量過程中的各作業(yè)環(huán)節(jié)和工期的質(zhì)量控制，要嚴格按照測量規(guī)范的要求執(zhí)行，生產(chǎn)計劃部門要保障本測區(qū)技術方案的執(zhí)行和有效性。同時，質(zhì)量檢驗部門要認真檢查、監(jiān)督本測區(qū)的測量過程和最終結(jié)果。

　　在進行選點并埋設標石過程中，要檢查控制網(wǎng)分布的合理性、點位選址的通視情況，確定埋石滿足技術要求，并保證埋石可以長久保存;觀測數(shù)據(jù)和起算數(shù)據(jù)要確保正確并有效，平差的過程和結(jié)果要滿足技術要求的規(guī)定;成形后的圖件，其圖面要整潔，記錄數(shù)據(jù)要準確。

　　結(jié)束語：

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

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