地面三维激光雷达在坝区地形测量中的应用

　　摘要：三维激光雷达是一种集多种高新技术于一体的新型测绘技术，目前该技术在多个领域都有所应用，数字城市、气象监测、环境监测等方面都有所涉及。在本文的研究中，主要是以叶巴滩水电站坝区为例，对地面三维激光雷达在坝区地形测量中应用进行了分析，并根据其结果看出，地面三维激光雷达采集精度相对较高，应用相对灵活，能够实现一些细节特征自动化的提取，在一些地形复杂场景应用有着明显优势。

　　关键词：地面三维激光雷达;地形测量;倒悬崖

　　一、项目概况

　　叶巴滩水电站地处金沙江上游河段上，系金沙江上游13个梯级水电站的第7级，波罗水电站位于其上游，拉哇水电站位于其下游。测区两岸山体庄严肃穆，意识十分陡峭，根据山顶高程来看，总体上超过了4千米，最大相对高差达到了1千米以上，从本质上来看属于高山地貌，全年的气候较为干燥，整个通行条件与通讯条件十分有限，在作业的过程中面临极大的障碍。坝址所在位置，地势险峻，属于倒悬崖地貌。地理环境较为复杂，测量工作较为艰巨，在工作的过程中面临极大的障碍。

　　二、现场数据采集

　　(一)准备工作

　　拿到整个项目测量的任务之后，需要对其地处的自然环境、气候条件以及交通等方面展开系统的测量，与业主单位展开深入交流，相关的资料数据展开系统的收集，制定明确的施工方案。

　　(二)测站布置

　　通过系统的勘察，将测站架设位置充分明確，分析整个扫描的效果，实现侧区全覆盖，使测区数据可以完整，使相邻的测站之间拥有一定的重叠范围，这样在后期数据处理过程中更加方便。本次在测量的过程中考虑到了测区大落差与到悬崖等方面内容，希望能够实现对侧区的全覆盖，使相邻测区的重叠范围有所保障。

　　(三)参数设置

　　在应用的过程中，需要将测量精度要求与实际需求充分有效的结合起来，对扫描密度等参数进行详细的设置。

　　(四)目标物预扫描

　　将测站位置充分明确后，必须对侧区展开预扫描，西侧张位置是否合理呀?对测量效果进行预判，分析有没有达到预期的相关要求。

　　(五)逐区域扫描

　　全面扫描每一个测站，单个测站扫描完成之后，需要检查测量的相关数据，使该站数据能够完全获取。

　　(六)影像数据采集

　　在测量的过程中需要掌握相关的影像数据，进而为点云数据解译与点云数据物体辨识提供系统的参考依据，使点云数据的编辑效率有所保障，提高其配准精度，制作相关的纹理模型，为真彩色三维模型的建立提供丰富的数据支持。

　　(七)特征点数据获取

　　对侧区附近的异物特征点、高程数据等内容展开系统的采集，为后期的数据处理提供极大方便。

　　(八)数据完整性检查

　　在完成数据采集工作前，需要对所有的测量数据展开系统的检查，是数据能够保持高度的完整性，倘若数据不够完整的话，必须及时补测。

　　三、数据处理

　　(一)数据预处理

　　由于受到大气折光与水面折射等方面因素的影响，利用地面激光雷达扫描，得到点云数据存在一定的误差，因此必须根据数据预处理，剔除这部分数据，这样才能保证数据的整体效率是建模的复杂度可以降到最低，保证模型重构的精确度。根据数据预处理的基本方法来看，包含人工选取与删除、数据平滑、数据分割等，伴随着数据预处理算法的健全化，数据预处理以实现高度自动化，本项目的数据预处理工作主要通过软件自动化来完成。

　　(二)点云数据拼接

　　点云数据拼接主要指的是对工程坐标系的每个测站SOP矩阵的过程展开明确的定义，利用坐标变换、平移等手段，把扫描仪坐标系下的点云变换成工程坐标系下，与重叠区、特征区、特征线等信息充分有效的结合起来，对不同扫描面与不同测站获得的相关数据展开科学合理的分配。最普遍的拼接方法主要包含自动拼接与手动拼接两种。峡谷两岸架设测量站点之间的距离比较远，对标靶点进行布置存在极大的障碍，识别率有限，定位精度得不到保障，所以本项目主要通过后视定向和MSA多站平差相融合的方式进行拼接。

　　(三)点云数据分类

　　通过数据分类软件对细节特征自动化进行提取，对相关的数据展开明确的分类，利用人机交互的方式实现自动化分类，对点云数据展开详细的修正，从而获取相应的纯地表三维激光点云数据。

　　(四)生成数字高程模型(DEM)

　　通过相关分类获得高精度点云数据，为了保证精度的提升，在地形突变却将特征点数据对外提取，设置不规则三角网，将倒悬崖实体曲面模型充分体现出来，在三角网内插生成相应的数字高程模型(DEM)。

　　(五)生成数字线划图(DLG)

　　通过影像数据、激光点云、数字高程模型为依托，根据国家图示规范与工程应用对精度方面的相关要求完成相关的数字线划图(DLG)。

　　四、应用效果

　　(一)精度校验

　　测量仪器从本质上来看，具有一定程度的误差，在测量的过程中也会出现人为误差，总而言之，想要满足精度要求存在极大的难度，必须通过精度校验的方式将测量的情况有效确认。

　　选择28个检查点和激光点的云模型展开高效高程校验，根据高程中的误差来看，总体上为±0.155m，能够使《水利水电工程工程测量规范》对1∶500地形测量成果的要求充分满足。

　　(二)倒悬崖地形测量成果

　　倒悬崖地形存在通达性差、容易发生测量死角等状况，想要通过传统测量的方式进行测量的话，存在极大的难度，项目主要通过地面三维激光雷达展开测量，可以充分解决这些问题，能够保证获取数据的效率，根据数据处理软件得到相关的测量结果。

　　结论：从总体上来看，叶巴滩水电站测区的范围相对较大，地形相对复杂，一般都会采用地面三维激光雷达技术对地形进行一定的测量，最终才能够生成合格的符合规范的1：1000、1：500的大比例尺地图和数字高程模型，这样能够为项目提供质量相对较高的实验基础数据。在这其中可以知道，地面三维激光雷达测量的精度相对较高，且测量速度也相对较快，能够有效降低野外作业的工作强度，提高野外作业的安全性，而且此次测量结果能够满足不同用户的不同需求，是特殊复杂地形测量的一种比较理想的选择。

　　参考文献

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文章名称： 地面三维激光雷达在坝区地形测量中的应用

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