文/田瑋、吳姝君 包頭市測(cè)繪院 內(nèi)蒙古包頭 014030

淺談地形測(cè)量中3D掃描儀的有效應(yīng)用

文/田瑋、吳姝君 包頭市測(cè)繪院 內(nèi)蒙古包頭 014030

目前我國的經(jīng)濟(jì)科技正在不斷的進(jìn)步發(fā)展中，在工程建筑方面的技術(shù)也得到了很好的完善，其中主要的建筑技術(shù)就是對(duì)工程地形的測(cè)量。地形的測(cè)量工作在工程建造中占據(jù)著非常大的作用，地形測(cè)量的結(jié)果很大程度上決定著工程的質(zhì)量與效率?，F(xiàn)在我國測(cè)量地形時(shí)主要使用3D掃描儀來進(jìn)行勘測(cè)，3D掃描儀能夠精準(zhǔn)快速的測(cè)量出地形的具體情況，大大提高測(cè)量工作的效率。文章主要分析3D掃描儀的工作原理、數(shù)據(jù)處理方法以及步驟等。

地形測(cè)量；3D掃描儀；工作原理；方法

對(duì)地形的勘測(cè)工作是在工程建造前就必須要進(jìn)行的，測(cè)量的結(jié)果影響著工程的建造計(jì)劃，由此可見，地形測(cè)量工作在工程建造中非常重要。如今，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們?cè)诘匦蔚臏y(cè)量工作中加入了更加高科技的3D掃描儀設(shè)備，這樣就使得地形的測(cè)量工作更加高效的完成，所以如何正確的在地形測(cè)量中運(yùn)用3D技術(shù)對(duì)工程的建造是非常重要的，直接影響著測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量。

1、3D激光掃描儀的工作原理

3D激光掃描儀具有很多的掃描棱鏡，這些棱鏡起到了精準(zhǔn)掃描的作用，在進(jìn)行地形勘測(cè)時(shí)，3D掃描儀能夠在最快的速度獲得所需要的地形信息，并且信息的準(zhǔn)確性很高。相比較于其他的地形測(cè)量?jī)x器來說，3D掃描儀在與被測(cè)物體有著一定距離時(shí)仍可以進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，其他的儀器很難做到這一點(diǎn)。另外3D掃描儀在測(cè)量地形時(shí)對(duì)外界的條件要求很低，有些地形測(cè)量?jī)x器必須在有光源的情況下進(jìn)行測(cè)量，而3D掃描儀無論在黑暗還是光明的情況下都能對(duì)地形進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，甚至還能獲得一些被測(cè)物體的特殊情況數(shù)據(jù)，給工程帶來更好的效果。

1.1結(jié)構(gòu)解析

為了滿足地形測(cè)量工作中的需要，3D掃描儀中安裝了高科技的探測(cè)器以及掃描棱鏡，掃描結(jié)果通過棱鏡的不斷反射獲得，而且在掃描過程中可以調(diào)節(jié)棱鏡來控制掃描的速度。另外根據(jù)反射原理可以改變棱鏡的位置來對(duì)物體進(jìn)行不同方向的測(cè)量，以此來獲得物體全面的信息數(shù)據(jù)，提高測(cè)量的質(zhì)量。

1.2工作原理

3D掃描儀的工作原理是在確定的距離下，獲得物體信息所需要的時(shí)間來進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。即掃描線經(jīng)過棱鏡的不斷反射到達(dá)被測(cè)物體，將獲取的物體信息在反射回來的過程。

2、3D數(shù)據(jù)處理的步驟以及方法

在使用3D掃描儀測(cè)量物體時(shí)，主要測(cè)量獲取的是被測(cè)物體的部分情況信息，無法一次性將物體的信息全部獲取，所以我們需要不斷的調(diào)節(jié)掃描棱鏡的位置角度來對(duì)物體進(jìn)行全方位的掃描測(cè)量，再將每次的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行收集整理，以此來獲得所測(cè)物體的性質(zhì)。

2.1點(diǎn)云連接

每次使用3D掃描儀對(duì)物體進(jìn)行測(cè)量時(shí)獲得的數(shù)據(jù)都是在不同的坐標(biāo)空間中，這樣的數(shù)據(jù)我們無法進(jìn)行比較整理，所以我們需要將不同的數(shù)據(jù)整理變換到同一坐標(biāo)空間中，以便分析獲取所測(cè)物體的全面信息。目前主要使用的變換數(shù)據(jù)的方法有共軛面轉(zhuǎn)換法、測(cè)站后視棱鏡法、曲面匹配法以及磁性覘標(biāo)控制點(diǎn)法。

（1） 共軛面轉(zhuǎn)換法：工作人員使用計(jì)算機(jī)將獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)移到平面坐標(biāo)上，再找出不少于三個(gè)共軛面，將共軛面上的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行整理變換，這種變換方法的適用條件是存在三個(gè)不平行的共軛面，優(yōu)點(diǎn)是在測(cè)量過程中不需要使用其他步標(biāo)，降低了測(cè)量工作的難度。

（2） 磁性覘標(biāo)控制點(diǎn)法：在被測(cè)物體重復(fù)掃描測(cè)量的物質(zhì)安置覘標(biāo)，使用3D掃描儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)能夠根據(jù)覘標(biāo)的性質(zhì)準(zhǔn)確的找到控制點(diǎn)，在找到足夠多的控制點(diǎn)后，就能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換獲得。

（3） 測(cè)站后視棱鏡法：在對(duì)物體進(jìn)行掃描測(cè)量時(shí)，掃描線經(jīng)過棱鏡時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射情況，這種反射能夠被識(shí)別，所以我們可以將獲取到的棱鏡、測(cè)站以及所測(cè)物體的坐標(biāo)數(shù)據(jù)與地面坐標(biāo)進(jìn)行合理的變換。這種方法在地形測(cè)量時(shí)一般使用全球儀來輔助進(jìn)行。

（4） 曲面匹配法：曲面匹配法一般適用于測(cè)量結(jié)果有較大起伏變化的情況。這種方法所涉及的知識(shí)理論太廣，目前無法進(jìn)行自動(dòng)化，所以在使用這種方法時(shí)必須進(jìn)行人工操作，獲取最好的數(shù)據(jù)結(jié)果。

2.2 3D數(shù)據(jù)處理的步驟

使用3D掃描儀測(cè)量獲取物體的數(shù)據(jù)信息后，我們需要從這些數(shù)據(jù)中分析尋找出一些準(zhǔn)確有用的信息性質(zhì)等，通常使用的方法有線性回歸。在對(duì)工程建筑進(jìn)行信息分析時(shí)，主要的步驟如下：首先我們需要對(duì)測(cè)量獲得的建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算，并畫出數(shù)學(xué)分析圖，根據(jù)圖形以及相關(guān)的知識(shí)來分析判斷數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及可靠性。第二步，根據(jù)上一步的分析結(jié)果對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行調(diào)整，使測(cè)量的結(jié)果更加全面準(zhǔn)確，獲得能夠反映所測(cè)物體所有性質(zhì)的數(shù)據(jù)；第三步，將第二步獲得的數(shù)據(jù)重復(fù)第一步的計(jì)算過程，進(jìn)行分析整理。最后，根據(jù)以上的數(shù)據(jù)分析整理過程，將工程中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行解決，并分析探討所測(cè)物體的特征性質(zhì)，據(jù)此來完善工程的建設(shè)。

2.3三維數(shù)據(jù)的獲取

使用3D掃描儀對(duì)物體的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量獲取后，需要對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，再重新對(duì)物體進(jìn)行二次測(cè)量，這樣獲得的數(shù)據(jù)就是三維數(shù)據(jù)。三維數(shù)據(jù)能夠更好的反映出所測(cè)物體的性質(zhì)，減小測(cè)量結(jié)果的誤差，提高測(cè)量的質(zhì)量。

2.4點(diǎn)云模型化

在根據(jù)上面步驟獲取到所測(cè)物體的三維數(shù)據(jù)后，我們可以建立一個(gè)三維的坐標(biāo)空間，將所得數(shù)據(jù)放置坐標(biāo)空間中，這樣就便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，找出所測(cè)物體的特性。另外我們?cè)诮⒆鴺?biāo)空間時(shí)一般基于點(diǎn)、三角形以及格網(wǎng)等建模方法，也可以將其中的任意兩種方法結(jié)合起來建立。

結(jié)語：

根據(jù)以上的分析探討可知，3D掃描激光技術(shù)是一項(xiàng)高科技的高效的地形勘測(cè)技術(shù)，3D掃描儀的運(yùn)用大大提高了地形測(cè)量的質(zhì)量與效率，能夠更好的獲得被測(cè)物體的相關(guān)性質(zhì)。同時(shí)從3D激光測(cè)量到3D數(shù)據(jù)的獲取分析，這是一個(gè)非常復(fù)雜并且重要的過程，我們必須很好地掌握3D掃描儀的工作原理、數(shù)據(jù)獲取的方法以及處理數(shù)據(jù)的步驟，正確的使用3D掃描技術(shù)，這樣才能高質(zhì)量的完成地形測(cè)量工作。

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