當代地形測繪的新技術

發布日期：2021-09-17 來源：點擊：

1.現有傳統方式存在的問題
常規的大比例尺地形測繪主要是運用全球衛星實時動態差分定位（GNSS、RTK）、全站儀等地面技術進行。
（1）這些技術方法需要在被測對象特征點（碎部點）上豎立觀測目標（流動站或棱鏡等），逐點單獨觀測，得到的信息有限，不足以細致地表達測區的實際地形；
（2）測得的數據最終輸出都是二維結果（cad圖形），無法直觀表達數據的全面特征；
（3）外業數據獲取的時間較長、工作強度較大，工期難以得到保證，由于數據更新緩慢，越來越難以滿足大數據時代對地理信息的更新速率要求；
（4）在某些特殊、危險環境下難以保證數據采集技術人員和設備的安全。

2.三維激光掃描技術的優勢
采用三維激光掃描技術進行地形測繪是對傳統地面測繪技術的重大變革。
（1）三維激光掃描技術結合了RTK技術（或全站儀技術），在測定掃描儀測站點和后視定向點坐標后，獲得360°范圍內可見面域空間點云數據和影像，在視線不可及的地方再行設站掃描，以致整個測區有重疊無漏洞。
（2）三維激光掃描儀的掃描半徑根據儀器和目標介質的不同而存在區別，當前一般在1.5-1200m。在地形復雜、有不明危險點分布的區域，采用三維激光掃描技術進行大比例尺地形測繪，是科學優化的選擇。
（3）經過內業數據拼接、去噪、過濾和建模，生成等高線，繪制地物符號等后處理過程，完成地形圖成果。
（4）三維激光掃描技術突破了傳統的逐點單獨測量，實現了面域掃描數據采集。通過高速激光掃描測量，可快速獲取被測對象表面的三維坐標數據，具有采集速度快、獲取數據豐富等特點，且測量距離長、數據準確，不受大地水準面的精度制約。
（5）三維激光掃描技術測量的數據不僅包含目標的空間位置信息，且記錄了目標的反射強度信息和色彩灰度信息，整體呈現更真實。

3.作業流程
（1）外業數據采集
首先對測區周圍環境進行踏勘, 確定掃描儀和標靶的位置。一要保證各掃描站最終獲取的數據能代表完整的測量區域；二要選擇盡量少的測站,以減少原始數據量。掃描同時還必須對測區的地物及特殊地形拍照, 以便于后期的數據處理、地形圖的編輯修改。
每一測站掃描完后, 還必須對N個標靶進行精細掃描。在掃描過程中通過選取控制標靶區域內的點, 提取每個標靶的中心點。同時還需用無反射全站儀或RTK精確測出標靶中心在當地坐標系下的三維坐標, 用于后續多站數據的配準。標靶的分布應以能獲得較好的測站整體坐標配準精度為標準, 應盡量避免布設為狹長形狀, 如布設3個測站時布設為近似正三角形較好, 此外標靶離掃描儀的距離也要適中, 太近會帶來較大的坐標轉換誤差, 太遠會降低標靶中心位置的識別精度。
（2）點云數據配準
由于每次掃描只能得到測區局部的數據, 為了得到測區完整的三維數據, 所以需要從不同的位置進行多次掃描, 每次掃描得到的數據都處在以當前測站為原點定義的一個局部坐標系中。因此, 需要在掃描區域中設置一些控制標靶, 從而使得相鄰的掃描點云圖有3個及以上的同名控制標靶, 通過同名控制標靶將掃描點云數據統一到同一個坐標系下。
（3）地物的提取與繪制
地物特征點的提取是在配準好的點云數據中手工提取的, 如房屋角點、電線桿中心點等。可以利用地面三維激光掃描的后處理軟件來提取, 如HD SCENE軟件, 可以在點云視圖中手工提取地物特征點, 并以一定的格式輸出到文本文件中。
（4）地貌數據獲取（噪聲去除）
由于三維激光掃描技術是對整個測區空間信息的掃描, 包含了地表的所有信息。地形表面的樹木植被及地物的存在會影響等高線的自動生成，所以在生成等高線前需要將非地貌部分的點云數據剔除, 此部分目前還沒有相應的軟件能做到完全百分之百自動化的剔除。
（5）等高線生成（抽稀處理）
地面三維激光掃描時一般掃描密度較大, 相對地形測繪來講其點位太密, 且分布不均勻。如果直接利用掃描點來構三角網追蹤等值線,其細節信息過多, 會導致等高線紊亂。因此, 一般將剔除非地貌因素后的點云數據按地形測繪要求的密度進行抽稀。最后將數據導入到大比例尺數字測圖軟件中, 自動生成等高線。
（6）地形圖編輯
將地物圖形與等高線圖形進行疊加、編輯, 同時由于切除了地物部分的數據造成生成的等高線局部缺失、扭曲、不光滑等，這時需要對照照片及點云數據, 手動進行修改。最后加上高程注記, 生成圖視圖例圖廓, 進行局部的修飾。

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