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關(guān)鍵詞：光學(xué)三維測量；三維激光掃描；面結(jié)構(gòu)光

光學(xué)三維測量是指運用光學(xué)方法獲取物體表面的三維立體坐標(biāo)的技術(shù)。光學(xué)三維測量利用現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)成就，結(jié)合光電子學(xué)、計算機圖像處理等學(xué)科成就發(fā)展起來的一種先進(jìn)測量技術(shù)。

1 光學(xué)三維測量的分類

圖1 光學(xué)三維測量技術(shù)分類圖

光學(xué)三維測量技術(shù)按測量原理可以分為攝影測量方法、結(jié)構(gòu)光技術(shù)和光學(xué)干涉方法。攝影測量法是基于多視角的非主動式測量方法。在普通照明（陽光、日光燈）情況下，由攝像頭獲取多視角物體圖像，利用計算機查找多幅圖像的同態(tài)標(biāo)記點，進(jìn)而獲得物體的表面形貌。結(jié)構(gòu)光技術(shù)通過不同寬度且明暗相間的結(jié)構(gòu)光照射被測物體表面，獲取到的經(jīng)物體調(diào)制的圖像，再經(jīng)過計算獲取物體的立體形貌信息。光學(xué)干涉法是利用干涉原理進(jìn)行測量，具有高精度、高分辨率等優(yōu)點。以下介紹幾種常見的光學(xué)三維測量方法。

圖2 三維激光掃描工作原理圖

三維激光掃描技術(shù)根據(jù)光學(xué)三角形測量原理，以激光作為光源，光電探測器接收反射光，通過對采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行計算得到物體的深度信息。三維激光掃描儀包括發(fā)射器和接收器。發(fā)射器射出一束脈沖激光，激光經(jīng)過物體表面漫反射，沿相同路線射入接收器。由脈沖激光發(fā)射到反射被接收的時間tL可計算出掃描點到掃描儀的距離值S。掃描儀內(nèi)精密測量系統(tǒng)獲取每個激光脈沖的水平方向角α和垂直方向角度β。依據(jù)上述數(shù)據(jù)計算出掃描點的三維空間坐標(biāo)（XP、YP、ZP）[1]。

雙目視覺技術(shù)屬于攝影測量方法，是通過視差原理被動測量三維數(shù)據(jù)的技術(shù)。雙目視覺技術(shù)測量物體三維形貌的原理是，從兩個或以上的視角去觀察一個物體，獲得多張不同視角下物體的二維圖片，根據(jù)三角測量原理得出同一個像素點的坐標(biāo)偏差，以此獲得測量物體的三維形態(tài)。此過程與人眼的立體視覺原理相類似[2]。

面結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)由投影儀和數(shù)碼相機組成。投影儀將明暗相間光柵條紋投影到待測物體上。物體高度的變化引起光柵條紋的形變。條紋形變可認(rèn)為是載波信號相位和振幅被空間物體調(diào)制。數(shù)碼相機拍攝調(diào)制后的圖像，對其進(jìn)行解調(diào)制，獲得物體的整個高度信息值，依照三角法原理，形成物體的三維立體影像[3]。

2 光學(xué)三維測量的應(yīng)用

光學(xué)三維測量技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，如非接觸式測量、高精確度、快速獲得結(jié)果等。光學(xué)三維測量技術(shù)主要應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實、逆向工程、醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。

2.1 虛擬現(xiàn)實

利用光學(xué)三維測量技術(shù)對實物外形進(jìn)行三維形貌掃描，經(jīng)過三維建模軟件處理，在計算機內(nèi)生成人物、場景的三維模型。由三維模型生成人物動作，實現(xiàn)動畫制作，滿足電腦游戲、CG特效等場合需要。

2.2 逆向工程

逆向工程是利用光學(xué)三維測量設(shè)備獲取物體表面上所有點的三維立體坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)點信息利用三維設(shè)計軟件進(jìn)行實物模型重建的過程。逆向工程獲得的模型被用于改進(jìn)、完善原有的產(chǎn)品，被廣泛地應(yīng)用到磨具開發(fā)、汽車制造等領(lǐng)域，是現(xiàn)代產(chǎn)品快速開發(fā)的重要技術(shù)手段。

2.3 生物、醫(yī)學(xué)工程

運用光學(xué)三維測量技術(shù)獲得人體骨骼、肌肉的數(shù)據(jù)用于人體工程學(xué)研究。例如根據(jù)人體相關(guān)三維數(shù)據(jù)，制作出符合人體生理結(jié)構(gòu)的防護(hù)頭盔、防護(hù)服等。三維光學(xué)測量技術(shù)還可以測量傷口的尺寸、分析人的面部結(jié)構(gòu)、設(shè)計牙齒矯形手術(shù)等。

參考文獻(xiàn)

[1]潘建剛.基于激光掃描數(shù)據(jù)的三維重建關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：首都師范大學(xué)，2005.

[2]隋婧，金偉其.雙目立體視覺技術(shù)的實現(xiàn)及其進(jìn)展[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2004，30（10）：4-7.

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關(guān)鍵詞：三維數(shù)據(jù)采集；近景攝影；測量

1 近景攝影測量系統(tǒng)構(gòu)成

（1）檢查過的兩個碳纖維尺兩個，碳纖維尺兩端的白色編碼點有嚴(yán)格的尺寸要求。（2）非測量相機尼康D300S24mm定焦鏡頭，1200萬像素。（3）用于攝影位置編碼點和幾個定位十字。（4）TRITOP軟件。之所以無法跟測量相機一樣進(jìn)行內(nèi)、外方位定位、對象（即非代碼點）的定位必須依靠人工定義的特殊圖形即編碼的識別點才能完成，因為測量相機的使用。

下面以德國GOM公司的TRITOP光學(xué)測量系統(tǒng)進(jìn)行說明，如圖1所示。

2 近景攝影成像原理

通過攝影手段以確定目標(biāo)外形的測量方法稱為近景攝影測量。相機的姿態(tài)定位及數(shù)字照片的定位是近景攝影的關(guān)鍵技術(shù)，其定位方式直接關(guān)系到相機的成像精度。目前市場上技術(shù)成熟的非量測攝影系統(tǒng)有AICON公司的德通社-pro系統(tǒng)、德國GOM公司的TRITOP系統(tǒng)等。使用非量測攝影系統(tǒng)進(jìn)行三維定位點構(gòu)建時，經(jīng)常使用形如圖2所示的非編碼點和編碼點的人工標(biāo)識，方便于軟件在定位解算時識別，是因為非量測攝影系統(tǒng)不具備專業(yè)量測攝影系統(tǒng)的定位框標(biāo)，無法進(jìn)行相片的內(nèi)方位元素和外方位元素的定位，二維圖像重建廣場空間是近景攝影測量的主要任務(wù)，這是圖像形成的反過程。

近景攝影測量中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)有三種，對物體進(jìn)行三維測量可以利用坐標(biāo)變換和內(nèi)、外方位定位及共線方程，能夠解算出物方點坐標(biāo)。由于對攝影精度要求較為苛刻，為了確保攝影精度，在近景攝影測量中，常常使用多重交向攝影技術(shù)對被測物體進(jìn)行測量。通過一點多角度多次攝影，就能達(dá)到較高測量精度。多攝站式交向攝影。超過兩次對同一點的攝影，有利于被測物體精度的提高和軟件解算的穩(wěn)定性。但是一般兩次不同角度的重復(fù)攝影即可完成物方點的定位。對于TRITOP攝影系統(tǒng)按德國VDI/VDE2634標(biāo)準(zhǔn)方法檢測精度可達(dá)0.0125mm/m。

3 近景測量的主要應(yīng)用

3.1 古代建筑物或者遺址的精密測繪

古代建筑一般都經(jīng)歷了成千上萬年的歷史，由于自然和人為的破壞，保護(hù)和修復(fù)工作顯得尤為重要。無論是國內(nèi)還是國外，越來越多的古建筑古遺址修復(fù)工作正在展開。目前傳統(tǒng)的建筑古老的歷史記錄測量的方法主要有：直接測量法、免棱鏡全站儀測量法、三維影像掃描法。每種測量方法都或多或少存在缺點。直接量測法的缺點是要直接接觸，容易造成建筑物損壞，而且該方法效率低下，容易出現(xiàn)人為的誤差精度不高。免棱鏡全站儀測量雖然不用直接接觸，避免對建筑物的破壞但是在結(jié)構(gòu)復(fù)雜時精度不高。傳統(tǒng)的測量方法很難準(zhǔn)確地衡量古建筑的整體結(jié)構(gòu)條件下，如列和光束傾斜，彎曲梁和方舟子，框架的傾斜和沉降等。使用傳統(tǒng)建筑測量只能測量記錄一個接一個，只要有輕微的疏漏就很難完整的表達(dá)，不能依照整個測量過程。使用現(xiàn)代的近景攝影測量手段可以更好地解決問題。

3.2 建筑物變形的測量

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的建筑物和橋梁在各地陸續(xù)建起，在建設(shè)的過程中以及建成后我們都需要對建筑物的變形進(jìn)行觀測。與其他測量工作相比，變形監(jiān)測要求的精度比較高，并且要求一定頻率的重復(fù)觀測建筑物上布置的變形監(jiān)測點。獲得監(jiān)測點的三維（X，Y，Z）位移變化。建筑物變形監(jiān)測的主要方法有三種：地面監(jiān)測技術(shù)、GPS監(jiān)測方法、近景攝影測量法。[5]

3.3 現(xiàn)場視覺及工業(yè)制造的精密測量

這幾年來，伴隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，也對精密測量技術(shù)提出了新要求。先進(jìn)制造必備的關(guān)鍵技術(shù)之一就是在工業(yè)現(xiàn)場使用精密三維坐標(biāo)測量技術(shù)。在工業(yè)上，為了得到被測物體準(zhǔn)確的表面尺寸（監(jiān)測項目的三維數(shù)據(jù)），通常使用投影光柵掃描設(shè)備。提高三維測量精度最有效的方式是使用近景攝影測量方法建立具有非編碼點群的三維測量?；跍y量汽車外表面為例，表達(dá)的近景攝影測量原理和使用方法，提出了以實現(xiàn)大尺寸物體的精確測量而使用近景攝影測量投影和光柵掃描方法的組合。結(jié)果表明，三維數(shù)據(jù)采集使用近景攝影測量方法不僅在很大程度上提高大尺寸物體的掃描精度，而且提高掃描效率。近景數(shù)字?jǐn)z影視覺測量技術(shù)是一個專注于精密測量技術(shù)的研究和應(yīng)用，用于精密測量，基于數(shù)字成像和攝影、圖像處理和精密測量原理的基礎(chǔ)上，一種新型的精密測量技術(shù)。傳統(tǒng)的通用三維精密測量儀器（CMM）一般不能應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域，只能用于特殊的測量環(huán)境，因為測量儀將受到線性導(dǎo)軌運動的條件。最近開發(fā)了各種不同類型的三維精密測量技術(shù)和設(shè)備，以適應(yīng)制造技術(shù)的進(jìn)步，如：近景數(shù)字?jǐn)z影、激光跟蹤干涉測量系統(tǒng)，視覺測量系統(tǒng)基于機器人柔性坐標(biāo)測量系統(tǒng)，等等。

4 近景攝影測量一般流程

在工業(yè)三維數(shù)據(jù)采集的過程中，只要遵守一定的操作流程就能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。但是不當(dāng)?shù)牟僮髁鞒虝o數(shù)據(jù)采集帶來不可預(yù)知的測量誤差。近景攝影測量的一般流程如下：第一，規(guī)劃測量意圖：確定測量方案，比例尺放置在恰當(dāng)?shù)奈恢?。第二，選擇適宜的工作環(huán)境：盡量不在強光和振動的環(huán)境下進(jìn)行測量，溫度20°為宜。第三，被測物體預(yù)處理：此過程一般涉及三個方面：（1）被測物體表面要貼上白色非編碼定位點；（2）將白色顯影劑噴涂在被測物體表面；（3）放置編碼點。第四，近景攝影的測量：初始攝站位置需正對一根比例尺用來拍攝4副兩兩相互成90°夾角的相片，使用相機在距離被測物2m左右的地方進(jìn)行多攝站拍片，完成相機標(biāo)定。第五，照片處理：與TRITOP軟件對整個拍的全部相片綁定，得出三維框架。第六，數(shù)據(jù)收集：定位的三維框架進(jìn)行基于3d的掃描對象，得出符合測量精度的三維點云。

5 結(jié)束語

我們提出利用多重交向攝影的近景攝影測量方法，就是使用特殊人工標(biāo)識，為提高大尺寸物體光柵投影掃描的精度，通過編碼點即普通非量測攝像機，將解算結(jié)果利用于光柵投影掃描設(shè)備，并對非編碼點建構(gòu)三維空間尺寸，得到符合測量精度的密集點云。事實證明，此方法不僅實現(xiàn)了物體的高精度測量，而且又提高了掃描效率。關(guān)于近景攝影測量的現(xiàn)行趨勢是：能不斷滿足低、中、高以及超高精度的工作要求，發(fā)展模塊完整數(shù)據(jù)歸算系統(tǒng)?？傊?，根據(jù)現(xiàn)行活動的情況和暗中隱現(xiàn)的趨勢來看，近景攝影測量將會應(yīng)用到越來越多的行業(yè)和地方，為我們的生活和工作帶來便捷。

參考文獻(xiàn)

[1]張德海.大型復(fù)雜曲面產(chǎn)品近景工業(yè)攝影測量系統(tǒng)開發(fā)[J].光電工程，2009，36（5）：122-128.

[2]馮文灝.近景攝影量測[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2002.

[3]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T12979-2008.近景攝影測量規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

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【關(guān)鍵詞】三維激光 掃描儀 測繪 應(yīng)用

RIEGL VZ-4000三維激光掃描技術(shù)是現(xiàn)在國際獲取空間多目標(biāo)三維數(shù)據(jù)最先進(jìn)的長距離影像測量測量技術(shù)，由于它是將傳統(tǒng)測繪系統(tǒng)的測量擴(kuò)展于到了面測量，能夠深入到復(fù)雜的空間和現(xiàn)場環(huán)境中進(jìn)行掃描測量，直接將各種復(fù)雜的、大型的目標(biāo)物體所掃描的點云數(shù)據(jù)完整地輸入到計算機中，然后構(gòu)出目標(biāo)物體。

1 RIEGL VZ-4000掃描系統(tǒng)組成

RIEGL VZ-4000是地面型激光掃描系統(tǒng)的固定式三維激光掃描儀，其掃描系統(tǒng)組成包括以下：

（1）超長測程。高速、高分辨率提供高達(dá)4公里的超長測程以及豎直60°，水平360°的廣闊視場角范圍。采用不可見的對人眼安全的一級激光。

高精度以及可信賴的超遠(yuǎn)測程是基于RIEGL VZ系列掃描儀獨一無二的數(shù)字化回波和在線波處理功能，即使在沙塵、霧天、雨雪等能見度非常差的天氣作業(yè)時，也能按需獲取高精度測量及多重目標(biāo)回波的識別。

（2）波形數(shù)據(jù)輸出（可選的）。數(shù)字化回波信號，也被稱為波形數(shù)據(jù)，通過VZ-4000獲取用于進(jìn)行波形分析。

表1操作模式

Laser PRR 30 kHz 50 kHz 150 kHz 300kHz

有效測量速度

目標(biāo)反射率：p≥90%

目標(biāo)反射率：p≥20% 23000點/秒

4000m

2300m 37000點/秒

3100m

1700m 113000點/秒

2400m

1200m 222000點/秒

2400m

1200m

目標(biāo)回波接受的最大數(shù)量 無限次回波m

（3）內(nèi)置數(shù)碼相機。內(nèi)置分辨率為2060×1920 pixels（5M）像素的數(shù)碼相機，自動曝光控制。數(shù)碼相機視場范圍為7.2°×5.5°（垂直×水平）可通過棱鏡旋轉(zhuǎn)獲取覆蓋整個視場一定數(shù)量的高分辨率的全景照片，與掃描測量成果相結(jié)合，創(chuàng)建三維數(shù)字模型，為地質(zhì)、巖土、公路設(shè)計的調(diào)查提供相應(yīng)的服務(wù)保障。

（4）內(nèi)置雙軸傾斜補償和GPS。利用集成的GPS接收機（L1）或者外接GPS接收機，內(nèi)置雙軸傾斜傳感器（補償范圍±10°，精度±0.008°）。

（5）內(nèi)置數(shù)字磁羅盤。

（6）內(nèi)置大容量數(shù)據(jù)存儲。

（7）內(nèi)置激光鉛錘。

（8）外接電源。

（9）反射片。

（10）RIEGL軟件包。

2 RIEGL VZ-4000掃描儀的基本原理

三維激光掃描儀發(fā)射器發(fā)出一個激光脈沖信號，經(jīng)目標(biāo)表面漫反射后，沿幾乎相近的路徑反向傳回到接收器，計算目標(biāo)點與掃描儀距離S，控制編碼器同步測量每個激光脈沖橫向掃描角度觀測值α和縱向掃描角度觀測值β。三維激光掃描測量是儀器自定義坐標(biāo)系。X軸在橫向掃描面內(nèi)，Y軸在橫向掃描面內(nèi)與X軸垂直，Z軸與橫向掃描面垂直，得P的坐標(biāo)。

圖1掃描儀三維計算示意圖與公式。

3 RIEGL VZ-4000掃描儀外業(yè)數(shù)據(jù)采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集采用自由架站的方法進(jìn)行，即不輸入掃描站的坐標(biāo)和定向坐標(biāo)，使用RTK或全站儀采集反射片的坐標(biāo)。

外業(yè)數(shù)據(jù)采集包括反射片及控制點布設(shè)與測量、數(shù)據(jù)全景掃描和外業(yè)掃描精的控制三部分工作。

3.1反射片布設(shè)及測量

在外業(yè)數(shù)據(jù)采集時，需要在測站位置周圍3米外7米內(nèi)布設(shè)3個以上不在同一條線上反射片。由于掃描儀與被掃描目標(biāo)所形成的夾角不同、分辨率不一樣，夾角越小，分辨率越低；對于不同的掃描距離，點的精度也不同；另外還存在有障礙物不能通視的情況，因此有很多測站掃描的數(shù)據(jù)拼接到一起完成。為了拼接和數(shù)據(jù)管理方便，把反射片的點名與掃描站的站數(shù)命名一致，如掃描站默認(rèn)第一站站名為ScanPos001，那么反射片點名為K001-1、K001-2、K001-3。默認(rèn)第二站為ScanPos002， 那么反射片點名為K002-1、K002-2、K002-3， 以此類推。使用RTK或全站儀測量反射片坐標(biāo)。

3.2確定采樣間隔和數(shù)字化回波信號頻率

采樣間隔和數(shù)字化回波信號頻率設(shè)置很重要，采樣間隔大，給數(shù)據(jù)處理精度造成影響；采樣間隔小，則采集到的點云數(shù)據(jù)量龐大，給數(shù)據(jù)的傳輸、保存以及后期的數(shù)據(jù)處理帶來很大的麻煩。掃描儀內(nèi)設(shè)有掃描脈沖時間60和80。

數(shù)字化回波信號頻率有 30 kHz 、50 kHz、150 kHz、300 kHz四種模式。通視條件好的情況下，保證相鄰測站間有一定的點云重疊區(qū)域，通視條件不好，則應(yīng)選擇適當(dāng)位置增加掃描站數(shù)，直至需要測量的目標(biāo)全部掃描完成經(jīng)驗值配對表。

表2經(jīng)驗值配對表

距離 脈沖時間 數(shù)字化回波信號頻率

500米以內(nèi) 80/60 300 kHz

距離 脈沖時間 數(shù)字化回波信號頻率

1000米以內(nèi) 60/80 150 kHz

1000-2000米以內(nèi) 60 50 kHz

2000米以上 60 30 kHz

3.3外業(yè)掃描精度的控制

選擇晴朗、大氣環(huán)境穩(wěn)定、能見度高、0℃-40℃氣溫的環(huán)境中掃描作業(yè)，減少大氣中水汽、雜質(zhì)等對于激光傳輸路徑以及傳輸時間的影響；對于目標(biāo)對象的透射或者鏡面反射表面要做處理，防止丟失信號、弱激光信號對精度的影響；避免非靜態(tài)因素的影響。例如：人、下雪、下雨、等等。

4 RIEGL VZ-4000掃描儀內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

RisCAN PRO是奧地利Riegl公司為RIEGL儀系三維掃描儀開發(fā)的軟件，它具有強大的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)功能，能夠?qū)⒛Ｐ蛯?dǎo)出多種比較通用的數(shù)據(jù)格式。

外業(yè)掃描到的點云數(shù)據(jù)量非常大，既包含有用的數(shù)據(jù)，也包含車輛、行人、雪、雨等無用的數(shù)據(jù)，這些無用的數(shù)據(jù)，我們稱之為噪點數(shù)據(jù)。這些點云數(shù)據(jù)必須要經(jīng)過處理。從點云到測繪成果的實現(xiàn)包括掃描數(shù)據(jù)分區(qū)、反射片的選取、建立掃描站點云數(shù)據(jù)模型、點云拼接、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)抽隙、去噪點、格式轉(zhuǎn)換、生成南方CASS坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件。

4.1 掃描站數(shù)據(jù)分區(qū)

根據(jù)地形和精度的限制，本工程把測區(qū)掃描站分了18個區(qū)塊。

4.2反射片的選取

一般在2D視圖下，灰度模式中的點云數(shù)據(jù)中選取反射片，灰度值軟件根據(jù)爆光度計算。在3D視圖中拖入標(biāo)記的反射片來檢查標(biāo)記的反射片位置是否正確-，若發(fā)現(xiàn)反射片選取偏離，可在掃描站中的TPL中刪除改點，在3D視圖中重新選擇。為了拼接和數(shù)據(jù)管理方便，把點云數(shù)據(jù)反射片的點名與掃描站的站數(shù)命名一致，如掃描站默認(rèn)第一站站名為ScanPos001，那么反射片點名為TP001-1、TP001-2、TP001-3。默認(rèn)第二站為ScanPos002， 那么反射片點名為TP002-1、TP002-2、TP002-3以此類推。

4.3建立掃描站點云數(shù)據(jù)模型

建模設(shè)定參數(shù)主要有三個：

（1）max plane error=0.02m、（設(shè)置最大平面的誤差）；

（2）max edge lenth=2m、 （設(shè)置最大三角形邊長）；

（3）reference range=150m。（設(shè)置最站與站重疊長度或測程的一半）。

4.4點云數(shù)據(jù)拼接

把從各個掃描站上掃描得到的點云數(shù)據(jù)，找出正確的排列關(guān)系，使它們能夠擬合成一個整體的點云數(shù)據(jù)，即把不同基準(zhǔn)下的點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一基準(zhǔn)下的點云數(shù)據(jù)，這個過程叫做點云數(shù)據(jù)拼接。其實質(zhì)是把不同的坐標(biāo)系下的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換。點云數(shù)據(jù)拼接技術(shù)按過程分為，粗略拼接和精確拼接。

4.4.1粗略拼接

將不同坐標(biāo)系下的點云數(shù)據(jù)大致轉(zhuǎn)換到同坐標(biāo)系下，為精確拼接提供出始值。通過點云數(shù)據(jù)反射片坐標(biāo)TPL（socs）與RTK所測的直角坐標(biāo)TPL（GLCS）進(jìn)行點與點匹配。設(shè)置的容差和匹配點個數(shù)，如果無法匹配的時候首先檢查容差設(shè)置和匹配點數(shù)量的設(shè)置，如果還不行，打開3D點云看選取的位置是否在所要選取的位置上，這個過程叫粗略拼

4.4.2精確拼接

通過迭代優(yōu)化一組坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，實現(xiàn)拼接誤差最小。設(shè)置的參數(shù)（設(shè)置搜索半徑，半徑大小根據(jù)粗略拼的結(jié)果來定；設(shè)置誤差遞減，幅度不要太大。打開多站點拼接命令，選取一個掃描站作為這個區(qū)塊的基準(zhǔn)后鎖定，在拼接過程中一定要一站一站拼接。根據(jù)計算的結(jié)果，重復(fù)設(shè)置更小參數(shù)直至達(dá)到最優(yōu)結(jié)果；檢查點云數(shù)據(jù)，看無明顯分層即可。

4.4.3點云數(shù)據(jù)拼接精度控制

點云數(shù)據(jù)的擬合處理，是不同坐標(biāo)系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換誤差主要是反射片的選取、控制網(wǎng)的精度、測量儀器的精度。

測量控制網(wǎng)精度控制在cm級，掃描站之間可通視的情況下，可以選擇點擬合特征點的方式拼接，選取高精度的測量儀器和測量方法，可提高成果精度。

4.5坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

首先需要刪除TPL（prcs）里的所有點，之后將每一站TPL（socs）中的點計算后復(fù)制到TPL（prcs），打開TPL（prcs）進(jìn)行點對點匹配（坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）。以下是各個區(qū)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度表；

（1）Correspong tiepingts（精拼坐標(biāo)與RTK實測量坐標(biāo)配對、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的總點數(shù)）

（2）Standard deviation（掃描點拼接后區(qū)塊的中誤差）

用RTK對18個區(qū)塊進(jìn)行高程內(nèi)插檢測，最小差±0.10cm，最大差±100cm，因為是高寒區(qū)允許誤差為±120cm。滿足地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范要求。

4.6數(shù)據(jù)抽隙

在OBJECTS里面的POLYDATA中新建一個POLYDATA文件，然后再出現(xiàn)的對話框中選擇所要合并的文件，并在設(shè)置中點擊octree命令在increment欄中確定抽希的間隔距離，勾選Conbine命令合并選擇的數(shù)據(jù)。如果認(rèn)為所采集到的點云數(shù)據(jù)或者局部數(shù)據(jù)相對于工程本身過于密集，還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行抽隙處理。

4.7去噪點

在點云數(shù)據(jù)采集過程中，由于車輛、行人、樹木等因素的影響，我們采集到了很多無用的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)稱作噪聲數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)的剔除過程叫做數(shù)據(jù)濾波。噪聲數(shù)據(jù)與有用數(shù)據(jù)點云的區(qū)別在于噪聲數(shù)據(jù)是不連續(xù)的、無規(guī)律的、比較稀疏而雜亂。利用這一特點可以將噪聲數(shù)據(jù)剔除。打開精確拼接后的點云數(shù)據(jù)，通過正視圖、側(cè)視圖等刪除躁點；部分選取數(shù)據(jù)，點擊terrian filter 按鈕，設(shè)置vegetation 剔除植被、mining-object剔除礦上上的物體、mining-points below terrain為剔除低于地面的點。在運行剔除植被之后，所有被軟件認(rèn)為是植被的點將處于選擇狀態(tài)，在這當(dāng)中通常會有一些坡、坎上的點，手動選擇需要保留的點。對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查把不參與生成等高線的點手動框選刪除。

4.8 MTA空間

理想狀態(tài)下，激光將一束束發(fā)射，每一束激光發(fā)射和接受全部信號后，下一束激光才發(fā)射，但是由于激光發(fā)射頻率和掃描距離之間的相互影響，常常當(dāng)發(fā)射的第一束激光時，部分距離較遠(yuǎn)的回波還沒返回到掃描儀后，第二束激光已經(jīng)發(fā)射出去了，這時在第二束激光發(fā)射后，第一束激光才返回來和第二束激光返回來的回波將產(chǎn)生影響，需要手動區(qū)分二者。

在長距離掃描儀過程中，通?？吹皆趻呙鑳x周圍產(chǎn)生很多飛點，這些飛點并不全是噪點，有些點是由于MTA效應(yīng)的影響產(chǎn)生的，需要手動的將這些點選擇，然后點擊工具欄上的“MTA Tool”工具，設(shè)置MTA ZONE值為2，將這些點劃分到MTA ZONE 2中去，現(xiàn)這些點在遠(yuǎn)處顯示成了真實的地物或者地表點。有時受到能見度的影響，掃描儀測程不能達(dá)到預(yù)期效果，這時選取后的點將在遠(yuǎn)處形成球面形狀，這些點意為噪點可直接刪除。不使用這些點，在數(shù)據(jù)處理時可當(dāng)植被點或者噪點剔除。

4.9 數(shù)據(jù)處理

拼接后點云數(shù)據(jù)在去噪處理時采用自動化和手工相結(jié)合的方式對誤差影響不大。后續(xù)數(shù)據(jù)處理盡可能減少格式轉(zhuǎn)化，基于點云數(shù)據(jù)的三維模型制作采用“測量――建?！蹦Ｊ?。二維圖件制作必須在測量對象的邏輯結(jié)構(gòu)上進(jìn)行制圖。

4.10動畫展示

RiSCAN PRO 軟件畫面中開啟所欲制作動畫的數(shù)據(jù)，于主要工作窗口按下右鍵，選擇 Create NewAnimation，即可進(jìn)入產(chǎn)生動畫設(shè)定畫面。將主畫面數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)至欲制做動畫的角度，按下 Add Pose 鍵后即可設(shè)定為第一視角，以此類推設(shè)定后續(xù)視角，軟件可計算出各點飛行距離，并可設(shè)定飛行時間、速度等參數(shù)，并可預(yù)視其飛行路徑；參數(shù)設(shè)定完畢后設(shè)定影片大小及壓縮格式即可產(chǎn)生動畫檔案。輸出檔案無需專業(yè)點云處理軟件亦可于其他計算機上播放（使用Windows 系統(tǒng)軟件內(nèi)建的 Media player 即可），此動畫檔的傳輸將有利于了解現(xiàn)場測繪的完整情形。

5 結(jié)語

三維激光掃描技術(shù)能獲取目標(biāo)的空間信息，具有大面積、高自動化、高速率、高精度的測量的特點，采集過程安全簡單、節(jié)省人力并且具有強大的數(shù)據(jù)理能力，幾乎可以提供任何位置、任何細(xì)節(jié)的信息，作業(yè)成果完全能滿足高寒地區(qū)地形測量。

通過實踐，發(fā)現(xiàn)地面三維激光掃描技術(shù)的普及也存在以下不足：

（1）數(shù)據(jù)采集過程當(dāng)中受現(xiàn)場條件限制較多，如視場角、植被、地物，數(shù)據(jù)后處理較復(fù)雜，外業(yè)完成后需要較長時間的數(shù)據(jù)處理，耽誤后續(xù)工程的人員投入；

（2）儀器設(shè)備價格昂貴，進(jìn)口的基本都在200萬元左右，現(xiàn)階段一個生產(chǎn)單位完全由傳統(tǒng)測量方式向三維激光掃描測量方式轉(zhuǎn)型不太現(xiàn)實。

（3）儀器自身和精度檢校困難，基準(zhǔn)值求取復(fù)雜，精度不好評定。

（4）精度、測距與掃描速率存在矛盾關(guān)系。

基于這些不足，提出三維激光掃描儀的發(fā)展趨勢有以下幾個方面：

（1）三維激光掃描儀國產(chǎn)化，生產(chǎn)單位能用普遍使用。

（2）點云數(shù)據(jù)軟件處理公用化、多功能化。

（3）進(jìn)一步擴(kuò)大掃描范圍，實現(xiàn)全圓掃描，獲得空間目標(biāo)點云數(shù)據(jù)。

相信隨著技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)成本的降低，三維激光掃描技術(shù)這種“所見即所得”的測量方式必將在道路工程測量、文物、模具、軍事、航天、石化、醫(yī)學(xué)、交通等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張正祿 [等]編著.工程測量學(xué)[M].武漢大學(xué)出版社，2005.

篇4

關(guān)鍵詞：三維激光掃描系統(tǒng)；地形測量；應(yīng)用分析

三維激光掃描技術(shù)革新了測繪技術(shù)，它在很大程度上促進(jìn)了測繪數(shù)據(jù)獲取方法、處理方法以及服務(wù)能力和水平的發(fā)展。點云數(shù)據(jù)指的是采用三維激光掃描得來的一些數(shù)據(jù)。點云數(shù)據(jù)主要是結(jié)合了大量的掃描離散點。三維激光掃描具有較好的實時性、主動性和適應(yīng)性，因此就可以在簡單的處理之后，直接使用三維激光掃描數(shù)據(jù)，這樣就可以省去很多的時間和精力；采用三維激光掃描不需要接觸到被測物體，可以直接應(yīng)用在很多的復(fù)雜環(huán)境中；如果想要發(fā)揮出更多和更強的效能，就可以有機的結(jié)合GPS等先進(jìn)的技術(shù)。三維激光掃描技術(shù)正在突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在此基礎(chǔ)上，必將會應(yīng)用到更多更廣泛的領(lǐng)域之內(nèi)。本文為了能夠?qū)⑷S激光掃描系統(tǒng)在地形測量中的應(yīng)用更加便捷的顯現(xiàn)出來，采用了點云數(shù)據(jù)處理軟件，并且討論了可能出現(xiàn)在測量中一些問題。

1 三維激光掃描系統(tǒng)

在通常情況下，可以將三維激光掃描儀分為這幾種：機載激光掃描系統(tǒng)、便攜式激光掃描系統(tǒng)以及地面型激光掃描系統(tǒng)等等，這種劃分的依據(jù)是掃面平臺的不同。本次選用的是地面型三維激光掃描系統(tǒng)來進(jìn)行地形測量，地面型三維激光掃描系統(tǒng)包括著很多個方面的部分，比如三維激光掃描儀、數(shù)碼相機、軟件控制平臺、電源、掃描儀旋轉(zhuǎn)平臺等等。

地面型三維激光掃描系統(tǒng)的工作原理如下：三維激光掃描系統(tǒng)發(fā)射器可以將一個激光脈沖信號發(fā)射出去，然后物體的表面會對這個激光脈沖信號進(jìn)行一個漫反射作用，然后這些脈沖信號會沿著同樣的路徑返回到接收器中，那么就可以對目標(biāo)點和掃描儀之間的距離進(jìn)行準(zhǔn)確的計算。同時，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由精密時鐘控制編碼器來進(jìn)行測量；三維激光掃描測量采用的坐標(biāo)系往往是儀器自定義的，橫向掃描面內(nèi)有X和Y軸，兩者是互相垂直的關(guān)系，z軸垂直于橫向掃描面，如下圖所以，依據(jù)這個圖例，就可以將目標(biāo)點的坐標(biāo)求出來。

那么對激光脈沖從發(fā)出到接收之間的時間延遲進(jìn)行檢查，就可以得出公式1中的距離。得出了發(fā)射脈沖往返的時間間隔，就可以有效的計算出目標(biāo)點和掃描儀之間的距離：S=1/2CtL。C指的是光速。

2 電云數(shù)據(jù)處理

從上文我們已將了解到，點云數(shù)據(jù)指的就是三維激光掃描系統(tǒng)所采集來的數(shù)據(jù)，在對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時，一般分為這幾個方面的內(nèi)容：去除噪聲、多視對齊、精簡數(shù)據(jù)以及重構(gòu)畫面等。

去除噪聲指的是將點云數(shù)據(jù)中可能存在的錯誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行消除；比如，在對地形進(jìn)行掃描的時候，掃描儀會采集到一些不需要的數(shù)據(jù)，比如飛速前進(jìn)的車輛、行人以及高大的樹木等等；這些沒有用處的數(shù)據(jù)是需要被刪除的。

點云的精簡數(shù)據(jù)指的是因為點云往往十分的龐大，這樣就需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的精簡工作，需要特別注意的時候，精簡的時候不能夠影響到畫面的重構(gòu)，并且還不能影響到基本的精度要求；一般可以采取兩種方法來進(jìn)行精簡數(shù)據(jù)，一種是平均精簡，指的是將原來的點云設(shè)置為n個小組，然后每一個小組中留下一個；另一種方法是按距離精簡，指的是對一些點進(jìn)行刪除，刪除的目的是為了讓點云中點與點之間的距離不小于某值。

曲面重構(gòu)的目的是為了將掃描目標(biāo)的本來面目給真實的還原出來，要想實現(xiàn)這個目的，在還原掃描目標(biāo)的本來面目時，可以有效的采用掃描數(shù)據(jù)。通常可以將曲面分為幾個種類，三角形網(wǎng)格、細(xì)分畫面、明確的函數(shù)表示、參數(shù)曲面、暗含的函數(shù)表示、曲化的面片等等。

采用了掃描出來的數(shù)據(jù)來重構(gòu)曲面之后，就可以進(jìn)行三維建模的規(guī)則，從而將掃描目標(biāo)的本來面目給還原出來?；就瓿闪它c云數(shù)據(jù)處理步驟之后，在解決問題的時候就可以充分的利用點云數(shù)據(jù)來進(jìn)行。

3 相關(guān)問題討論

提高精度的一種方法：在通常情況下，多視對齊的精度在很大程度上決定著三維掃描的精度；在掃描的時候可以采用不同的位置來進(jìn)行，并且站在多個視角上進(jìn)行考慮，并且要按照大于等于百分之十的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置相連區(qū)域的重疊度；如果采用的是POLY WORKS軟件，那么要按照10毫米的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置直接對齊的精度。要想實現(xiàn)精度提高的目的，在本項目中采用了設(shè)置控制點法，然后將掃描議可以識別的帶有三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)控制點設(shè)置在重疊區(qū)域就可以實現(xiàn)，通過實踐研究證明，如果將控制點信息加入到使用POLY WORKS軟件來進(jìn)行對齊時，那么就可以有效的提高精度，從而保證對齊精度能夠滿足相關(guān)的要求和標(biāo)準(zhǔn)。

坐標(biāo)系一致：因為三維激光掃描采用的坐標(biāo)系都是獨立坐標(biāo)系，并且是圍繞著掃描儀建立起來的，那么就需要在一個統(tǒng)一的坐標(biāo)系中融合這些獨立的坐標(biāo)系；只需要將公共控制點設(shè)置在相應(yīng)的位置，那么點云的一致性就可以通過POLY WORKS軟件來實現(xiàn)。設(shè)置控制點主要包括兩個方面的內(nèi)容，一是控制點的密度，二是位置的布設(shè)；這兩個方面都十分的重要，因為后期數(shù)據(jù)處理的精度將會受到布設(shè)位置合理性與布設(shè)點的密度等方面的直接影響。

三維激光掃描的成果輸出：如果在處理點云數(shù)據(jù)方面，采用的是POLY WORKS軟件，那么就會有很多的成果輸出來，比如一些三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)、掃描對象的三維模型等。POLY WORKS軟件在某些方面還存在著局限性，會影響到很多方面的應(yīng)用，但是這個軟件的接口功能十分的豐富，用戶可以依據(jù)自己的要求來編碼滿足自己需要和愛好的特殊應(yīng)用，這也是軟件發(fā)展的一個趨勢。

4 結(jié)語

本文簡單分析了三維激光掃描系統(tǒng)在地形測量中的應(yīng)用，通過實踐研究證明，在地形測量中應(yīng)用三維激光掃描系統(tǒng)是十分可行的，但是還存在著一些問題。本次選用的是比較平緩的區(qū)域作為試驗的場地，但是還是會出現(xiàn)一些掃描的死角，從而出現(xiàn)數(shù)據(jù)的不完整等情況，這樣就會對下一步的工作產(chǎn)生不利的影響。所以，未來研究的重點就是對這些缺損的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的修復(fù)。

參考文獻(xiàn)

[1]史友峰，高西峰.三維激光掃描系統(tǒng)在地形測量中的應(yīng)用[J].山西建筑，2007，33（12）：347-349.

篇5

關(guān)鍵詞：GPS RTK 網(wǎng)絡(luò)RTK VRS

中圖分類號：TD611.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0087-02

當(dāng)今科技發(fā)展非常迅速，GPS技術(shù)也隨之發(fā)展，全天候、高精度、自動化、高效益等都是GPS技術(shù)的顯著特色，也被測繪工作者廣泛的應(yīng)用，逐漸影響著我們的生活工作。GPS靜態(tài)相對測量已廣泛應(yīng)用于控制測量。但GPS靜態(tài)測量固有的缺點是外業(yè)測量在測站上需要較長的測量時間，測量成果、測量精度無法及時獲取，難免要造成外業(yè)返工現(xiàn)象。GPS實時動態(tài)測量RTK模式，則能夠克服以上缺點，以實時、高精度特點為控制測量帶來業(yè)務(wù)模式突破，在工程放樣、碎部采集、水域測量、地籍測量、房產(chǎn)測繪等廣泛領(lǐng)域帶來深刻影響，極大促進(jìn)電力管線測量工作發(fā)展。

1 RTK技術(shù)

RTK技術(shù)是一種GPS經(jīng)常使用到的測量方法，比如靜態(tài)和動態(tài)的測量只能在利用事后進(jìn)行解算才能得到厘米級的精度，然而RTK技術(shù)是一種能夠?qū)崟r得到厘米級定位精度的測量方法，它采用的是載波相位動態(tài)實差分（Real time kinematic）方法，是具有里程碑意義的應(yīng)有，為地形測圖、工程放樣，在很大程度上提高了外業(yè)作業(yè)效率，還給各種控制測量帶來了新的發(fā)展曙光。

GPS測量，特別是高精度的通常采用載波相位觀測值，而RTK定位技術(shù)是基于載波相位觀測值基礎(chǔ)上的實時動態(tài)定位技術(shù)，能夠?qū)崟r地提供測點在指定坐標(biāo)系中的三維地位結(jié)果，而且精度很高。RTK作業(yè)模式下，流動站是基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息傳送給的。而且它不僅接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要適時采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并要實時處理系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值，給出精準(zhǔn)度在厘米級定位結(jié)果。流動站的狀態(tài)，可靜止也可運動；可以先在固定點上先進(jìn)行初始化然后再進(jìn)入到動態(tài)作業(yè)，也可以在動態(tài)條件下直接開機，動態(tài)環(huán)境下完成求解運算。在整周模糊度解固定后，即可對每個歷元進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)處理，只要能夠同時保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤以及必要的幾何圖形，流動站可實時得到精準(zhǔn)定位。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時要求基準(zhǔn)站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)及已經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機。

2 網(wǎng)絡(luò)RTK

GPS網(wǎng)絡(luò)RTK定位是近幾年發(fā)展起來的一種高精度的GPS定位技術(shù)，它利用多個基準(zhǔn)站構(gòu)成一個基準(zhǔn)站網(wǎng)，然后借助廣域差分GPS和具有多個基準(zhǔn)站的局域差分GPS中的基本原理和方法來消除或削弱各種GPS測量誤差對流動站的影響，從而達(dá)到提高定位結(jié)果精度的目的。與常規(guī)RTK相比，該方法具有覆蓋面廣，定位精度高，可靠性強，可實時提供厘米級定位等優(yōu)點，其中FKP（Flchenkorrekturparameter）的區(qū)域改正參數(shù)法技術(shù)和VRS（Virtual Reference Station）的虛擬參考站技術(shù)是比較有代表性的兩種技術(shù)。

2.1 VRS技術(shù)工作原理

VRS是由Trimble公司提出的，一種基于多參考站網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的GPS實時動態(tài)定位技術(shù)，通常歸為網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的一種。利用地面布設(shè)的多個參考站組成GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡(luò)（CORS）就是虛擬參考站技術(shù)，利用各個參考站的觀測信息，然后建立精確的誤差模型（如電離層、對流層、衛(wèi)星軌道等誤差模型），并在移動站的附近產(chǎn)生一個虛擬參考站（VRS），物理上并不存在的，由于VRS位置通過流動站接收機的單點定位解來確定，故VRS與移動站構(gòu)成的基線通常只有很小的范圍，移動站與虛擬參考站進(jìn)行載波相位差分改正，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)分析。

VRS技術(shù)是集因特網(wǎng)技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、無線通訊技術(shù)和GPS定位技術(shù)于一體的定位系統(tǒng)，它的工作是有數(shù)據(jù)控制中心，移動站點等相互配合的工作原理。具體的工作流程是：

（1）VRS技術(shù)的各個參考站通過網(wǎng)絡(luò)連續(xù)不斷地向數(shù)據(jù)控制中心傳輸觀測數(shù)據(jù)；

（2）基準(zhǔn)站收集數(shù)據(jù)以后，通過傳送過來，由控制中心進(jìn)行周模的模糊值計算。

（3）控制中心需要在移動站的附近創(chuàng)建一個能夠發(fā)送給移動站用戶的虛擬參考站（VRS），而這個虛擬參考站的數(shù)據(jù)來源需要通過流通站通過無線移動的數(shù)據(jù)連接傳送到控制中心。然后這些數(shù)據(jù)才虛擬的參考站通過VRS上計算得出的各誤差源影響的改正值，最后根據(jù)這些數(shù)據(jù)從而得到RTCM格式的用戶讀取文件。

（4）控制中心通過之前的計算得到的數(shù)據(jù)，向流動站進(jìn)行發(fā)送。流動站得到這些虛擬參考站的差分信息以后，流動站與VRS技術(shù)的相互配合，通過對數(shù)據(jù)的分析，得出的定位結(jié)果非常準(zhǔn)確。

2.2 FKP技術(shù)工作原理

FKP技術(shù)是一項由Leica公司提出的基于全網(wǎng)整體解算模型的主副站技術(shù)。要求所有參考站將每一個觀測瞬間所采集的未經(jīng)差分處理的同步觀測值，然后實時地傳輸給中心控制站，進(jìn)而通過中心控制站對數(shù)據(jù)的實時處理，產(chǎn)生一個稱為區(qū)域改正參數(shù)（FKP）然后發(fā)送給移動的用戶。為了降低參考站網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)播發(fā)量，可以使用主輔站技術(shù)來播發(fā)區(qū)域改正參數(shù)，這樣就達(dá)到了要求。主輔站概念為每一個單一參考站發(fā)送相對于主參考站的全部改正數(shù)及坐標(biāo)信息。對于網(wǎng)絡(luò)中的所有其他參考站，也就是輔參考站，播發(fā)的是差分改正數(shù)及坐標(biāo)差。主輔站概念是完全支持單向數(shù)據(jù)通訊的，流動站的用戶接收到改正數(shù)據(jù)后，可以對網(wǎng)絡(luò)改正數(shù)進(jìn)行簡單的以及有效的處理，也就是內(nèi)插，也可進(jìn)行嚴(yán)格的計算，獲得網(wǎng)絡(luò)固定解。

FKP技術(shù)是集因特網(wǎng)、無線通訊技術(shù)、GPS定位技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的定位系統(tǒng)，包含若干個連續(xù)運行的參考站、、移動站、數(shù)據(jù)控制中心，其工作原理和具體的流程如下：

（1）各個參考站通過因特網(wǎng)向數(shù)據(jù)控制中心發(fā)送觀測數(shù)據(jù)，而且是連續(xù)不斷地；

（2）控制中心實時的處理包括整周未知數(shù)的所有解算，以致歸算各站至公共整周未知數(shù)水平；

（3）控制中心接收到來自移動站的NMEA CGA點位信息。需要注意主站被盡可能地選在最靠近移動站點位，這樣有利于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

（4）控制中心計算為這個流動站計算網(wǎng)絡(luò)改正數(shù)，并將它應(yīng)用于來自主站的觀測值；

（5）移動站點位主要是用來自參考站網(wǎng)的信息計算高精度。

3 RTK的優(yōu)勢（以主流技術(shù)VRS為例）

3.1 VRS覆蓋范圍

VRS網(wǎng)絡(luò)可以有多個站，但最少需要3個。簡單的計算一下：按邊長70 km計算，一個三角形可覆蓋面積為2100多km2。例如，北京市區(qū)面積900多km2，整個北京市區(qū)只需一個三角形（3個站）就可以全覆蓋。北京全市面積1.68萬 km，10個站就可以完全控制北京全市。VRS與傳統(tǒng)的GPS網(wǎng)絡(luò)相比，可節(jié)約成本近70%。VRS系統(tǒng)可提供厘米級和亞米級這兩種不同精度的差分信號。我們所論述的是1～2 cm的高精度，而若是用低精度，建站距離可以拓展到幾百公里。

3.2 VRS的主要優(yōu)勢

（1）大幅度降低費用。70 km的邊長使建GPS網(wǎng)絡(luò)費用大大降低，用戶不需自行建參考站。相對傳統(tǒng)RTK，提高了精度。在VRS網(wǎng)絡(luò)控制范圍內(nèi)，精度始終在±1～2 cm。（2）提高可靠性。采用了多個參考站的聯(lián)合數(shù)據(jù)，極大提高可靠性。（3）提高精度的均衡性，整網(wǎng)統(tǒng)一精度，精度始終在±1～2 cm，不受基準(zhǔn)站與流動站之間距離影響。（4）適應(yīng)更廣的應(yīng)用范圍。城市規(guī)劃，市政建設(shè)，交通管理，環(huán)保以及所有在室外進(jìn)行的勘測工作。

4 網(wǎng)絡(luò)RTK在電力管線三維測量中的應(yīng)用

在上海電力管線測量中，網(wǎng)絡(luò)RTK主要在電力管線的控制測量，電力管線的帶狀地形測量和電力管線的放樣測量。

控制測量，通過控制測量的字面意義也能大概理解這是一種什么樣的測量方法。之前的測量方法，比如導(dǎo)線網(wǎng)、工程測量、大地測量等方法都要求點間要相互聯(lián)通，而且這種測量的精度也不是很準(zhǔn)確。而且如果在之前的戶外測量中精度不夠準(zhǔn)確，常規(guī)的測量方法不能精準(zhǔn)的定位。在測量完成以后，在之后的數(shù)據(jù)處理中，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，也不能對之前的測量有更正。如果是使用RTK技術(shù)進(jìn)行測量，僅僅需要一個人，不需要架設(shè)基準(zhǔn)站，也不需要進(jìn)行點擬和，不需要擔(dān)心定位精度，只需要知道自己的要求的精度，當(dāng)達(dá)到自己要求的精度，就可以完成測量，一般一個點僅僅需要幾十秒的時間，這不僅可以大大減少工作強度、節(jié)省費用，而且大幅提高工作效率，從2007年以來我們運用了網(wǎng)絡(luò)RTK的工作業(yè)績就是有力的證明。

帶狀地形測量，進(jìn)行管線測量的時候常常會涉及到帶狀地形的測量，帶狀地帶的測量難點是，要求在測量站的幾個點上，都要有相應(yīng)的測量儀器，而且需要幾個點有一個相互的呼應(yīng)和配合，這樣，測量的難度就會提高而且還需要幾個人同時的進(jìn)行設(shè)備的操作。而有事對于那種地形碎部點更多的區(qū)域，難測量的難度就會更高?，F(xiàn)在用到的RTK技術(shù)，就能很好的解決這些問題。首先，他不需要那么多人的參與，只需要一個人拿著儀器在需要測量的地點上停留幾秒鐘，然后編制特征編碼，對點位可以實時的進(jìn)行定位，測量完成后，只需將儀器帶回到室內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的下一步操作，與儀器配備的軟件分析，即可得到測量地點的圖像。利用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)僅需要一個人操作，不要求電間通視，大大提高工作效率。

電力管線的放樣測量，這種測量方法，是測量的一個防止，放洋測量的具體應(yīng)有就是通過把人與儀器很好的連接起來，并且設(shè)計好之前的定位點從而時間測量定位。過去一般也是要做導(dǎo)線控制，然后結(jié)合全站儀進(jìn)行放樣，現(xiàn)在僅需要把待放的點輸入GPS控制器，然后一個背著儀器逐個點的放出來。不僅僅效率高，而且比較直觀，操作簡單。

篇6

關(guān)鍵詞：三維激光掃描；隧道收斂；誤差分析

中圖分類號：U456.3；P234.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0118-02隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們漸漸將對客觀事物的認(rèn)知從平面二維層面轉(zhuǎn)向三維立體方向，測繪工程中的三維激光掃描技術(shù)應(yīng)運而生，實現(xiàn)了測繪過程中對物體三維層面的要求，擺脫了傳統(tǒng)測量儀器的局限性，是直接獲取所要高精度三維數(shù)據(jù)、實現(xiàn)可視化的三維重要手段，極大的降低了測量的成本，時間上更節(jié)約，使用更方便，而且范圍應(yīng)用的更廣，在森林和農(nóng)業(yè)、戰(zhàn)場仿真、文物保護(hù)、工程測量、變形監(jiān)測、醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域都有很大的l展空間。三維激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，大大地拓寬了測量的領(lǐng)域，提高了測量的效率，簡化了測量的強度，是目前迅猛發(fā)展并廣泛應(yīng)用的新技術(shù)之一。

1 三維激光掃描技術(shù)的原理

三維激光掃描儀含括了多種先進(jìn)的測量技術(shù)，可以在不接觸物體的狀態(tài)下主動對物體進(jìn)行測量，在獲取點云形式之后測量到復(fù)雜的地形及物體的表面，由點集成的三維數(shù)據(jù)，協(xié)同多種測距法的作用下計算出每個點的三維坐標(biāo)，其中經(jīng)常用到的測距方法有三角測距法、脈沖測距法以及相位測距法。

三維激光掃描系統(tǒng)根據(jù)工作原理大致分為以下三類：

（1）徑向三維激光掃描儀。運用脈沖測距技術(shù)在固定中點順著視線進(jìn)行距離測量，測量到的距離可超過100m，每秒可以測得大于1000個點。

（2）相位干涉法掃描系統(tǒng)。通過連續(xù)的激光發(fā)射波，利用光學(xué)干涉原理得到干涉相位的測量方法，此方法適合短距離的測量，測量范圍通常不超過50m，每秒鐘可以成功測的10000至50000個點。

（3）三角法掃描系統(tǒng)。在獲得兩條光線信息的基礎(chǔ)上，通過立體相機與機構(gòu)化的光源，建立出立體的投影關(guān)系。此方法適合短距離的測量，測量范圍在2m以內(nèi)，每秒可測得100個點。

2 三維激光掃描儀測量誤差分析及校檢

2.1 三維激光掃描儀測量誤差分析

三維激光掃描儀避免不了在測量過程中會產(chǎn)生誤差，其中可分為兩類分別為系統(tǒng)誤差與偶然誤差，系統(tǒng)誤差可以通過多種方式來削弱，但是偶然誤差是隨機發(fā)生的，沒有辦法控制只能進(jìn)行多次的重復(fù)來減少發(fā)生這樣的誤差。

2.2 三維激光掃描儀的校檢

檢測激光掃描儀測量距離的精度，經(jīng)常用到的方法包括基線比較法和六段解析法?；€比較法的模型是對加常數(shù)和乘常數(shù)兩個參數(shù)同時進(jìn)行解算。而六段解析法消除乘常數(shù)相關(guān)影響，加常數(shù)的檢測精度較高，但只能檢測加常數(shù)。

校檢的模型包括以下三類：六段解析模型（1971年由H.R.Schwendener首次提出，也叫做六段全組合法，這種方法不需要標(biāo)準(zhǔn)基線，通過全組合方式就能獲得觀測數(shù)據(jù)）；基線比較模型；角度校檢模型。

校檢的實驗測試分為以下幾個步驟：實驗儀器的準(zhǔn)備以及校檢場的建立。校檢實驗在完成測距實驗、測角實驗、溫度環(huán)境實驗等才能對結(jié)果進(jìn)行分析。

測距精度和測角精度是地面三維激光掃描儀掃描數(shù)據(jù)精度的兩個主要方面，在運用相關(guān)的校檢模型改正觀測量后，其測距與測角精度得到了明顯的提高，不同地方的環(huán)境因素對激光掃描儀的影響以及目標(biāo)物體對觀測結(jié)果的影響還需要我們進(jìn)一步的研究。

3 三維激光掃描技術(shù)在地鐵隧道收斂中應(yīng)用的基本思路

隧道收斂變形中用到的激光掃描技術(shù)其關(guān)鍵就是數(shù)據(jù)的處理，因此下面對數(shù)據(jù)處理研究進(jìn)行側(cè)重介紹。其整個過程按照以下的技術(shù)路線進(jìn)行：

3.1 數(shù)據(jù)的采集

（1）提前準(zhǔn)備好導(dǎo)線與水準(zhǔn)的測量方案，以激光掃描儀性能、參數(shù)和現(xiàn)場環(huán)境作為參照設(shè)計出掃描站的間距及掃描點的密度，得到一些掃描重疊的點。

（2）按照測量方案對隧道內(nèi)的導(dǎo)線及水準(zhǔn)進(jìn)行測量，將三維坐標(biāo)進(jìn)行傳遞。傳遞方式通過標(biāo)靶進(jìn)行，測量導(dǎo)線及水準(zhǔn)與觀測標(biāo)靶同時進(jìn)行。

（3）對隧道進(jìn)行三維激光掃描，同時取得隧道內(nèi)壁的三維點云數(shù)據(jù)，以及標(biāo)靶點云數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)的預(yù)處理

（1）對靶標(biāo)的三維坐標(biāo)進(jìn)行計算：結(jié)合導(dǎo)線及水準(zhǔn)測量結(jié)果，得到靶標(biāo)的三維坐標(biāo)。

（2）對點云產(chǎn)生的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸算：建立統(tǒng)一的三維坐標(biāo)系，將各個標(biāo)靶的三維點云數(shù)據(jù)歸算到一起。

（3）將數(shù)據(jù)中的噪音除去：根據(jù)隧道設(shè)計數(shù)據(jù)，除去隧道中的噪音數(shù)據(jù)。

（4）將比較重要的管壁點云數(shù)據(jù)提取出來：關(guān)閉的點云數(shù)據(jù)密度并不均勻，可能是因為掃描的角度和掃描的距離造成的，我們在進(jìn)行下一步數(shù)據(jù)處理之前，需要去掉那些點云密度大的范圍中一些可能多余的數(shù)據(jù)點，然后在根據(jù)一定的密度將某些點云數(shù)據(jù)提取出來，這樣可以大大提高進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理的速度。

3.3 三維模型的建立

以預(yù)處理之后的點云數(shù)據(jù)為參考生成地鐵隧道內(nèi)壁的三維模型。

3.4 成果的輸出

（1）根據(jù)地鐵隧道收斂變形測量要求，對指定管片（或每個管片、或一定間隔的管片）截取三維模型斷面，對斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行高次樣條（多項式）曲線擬合，將其與設(shè)計的斷面理論值進(jìn)行比較，計算出管片一周的變化量曲線，將其中的特征點進(jìn)行輸出，例如形變最小的的上、下、左、右或者是等角度處（如每隔10°）變形量的差值。（2）將包括每管片一周的收斂變形報告輸出。

3.5 成果的管理

三維激光掃描的成果管理最主要的形式之一就是建立數(shù)據(jù)庫，這樣不僅能對較大量的斷面數(shù)據(jù)、多次測量結(jié)果進(jìn)行有效的管理，還能夠大大地提高成果管理的效率。將每個管片測量成果進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理，并達(dá)到成果的瀏覽與分析效果。其主要的目的有以下幾點：

（1）該數(shù)據(jù)庫可以用于瀏覽每個管片斷面的變化量曲線及變形量差值。

（2）該數(shù)據(jù)庫中的測量成果可以通過地鐵隧道中軸線方向的變形影響整個趨勢，因此用來找到其他變形量大的區(qū)段。

（3）該數(shù)據(jù)庫可以建立歷史數(shù)據(jù)，幫助解決今后同一區(qū)段的變形趨勢的問題。

（4）可以根據(jù)變形的限值，建立分析預(yù)警的模型。

4 三維激光掃描技術(shù)在隧道收斂測量中的優(yōu)勢

4.1 傳統(tǒng)收斂測量方法的難點

隧道在發(fā)生形變之后，我們很難判斷其是相對形變還是絕對形變，所謂絕對形變是隧道環(huán)片相對于設(shè)計或者施工時各環(huán)片的絕對變化位移，這種情況是很難測定的；二相對形變是隧道的鋼體結(jié)構(gòu)相對于設(shè)計或者施工初期的相對變化位移，我們所介紹的隧道收斂變形測量指的就是測定隧道的相對形變量，來進(jìn)一步判斷隧道形變的程度。

隧道收斂測量中經(jīng)常用到布設(shè)傳感器和使用全站儀測量收斂的方法，傳感器測量隧道收斂方法雖然精度較高，但是常常受到環(huán)境的影響，尤其是在環(huán)境光源比較暗的情況下，所測量的到的結(jié)果精度不夠，而且自動化程度不高。傳統(tǒng)收斂測量的方法利用布設(shè)導(dǎo)線進(jìn)行坐標(biāo)的傳遞，通常在一圈管片上均勻設(shè)置若干個觀測點，在通過全站儀對各點進(jìn)行觀測后獲得的數(shù)據(jù)總結(jié)起來進(jìn)行隧道的變形分析，傳統(tǒng)方法有許多難點進(jìn)行克服，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）傳統(tǒng)方法在布點以及測量上無法保證各點嚴(yán)格地在同一條直線、共面，所以無法確定所測上下行線監(jiān)測環(huán)在同一三維激光掃描儀在隧道收斂測量中的應(yīng)用

高元勇1，2 崔龍1

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052；2.新疆疆海測繪院，新疆烏魯木齊 830002）

摘 要：三維激光掃描技術(shù)是一種高精度立體全自動的掃描技術(shù)，可以快速、有效、準(zhǔn)確地獲取三維空間信息，全天候?qū)θ我馕矬w進(jìn)行掃描并獲取高精度的物體表面點三維信息及反射率信息。隨著該項技術(shù)的成熟發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)已在變形監(jiān)測、建立地面模型等方面得到了廣泛應(yīng)用，本文將對三維激光掃描儀測量誤差分析以及三維激光掃描儀在隧道收斂測量中的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)綜述。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描；隧道收斂；誤差分析

中D分類號：U456.3；P234.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0118-02橫斷面上。

（2）傳統(tǒng)方法效率較低、成本較高，并且不能保證每個管片都能觀測的到。

（3）傳統(tǒng)的收斂測量不能全方位的反映出隧道形變。

（4）傳統(tǒng)的方法對成果的分析較難，測量過程中涉及到的不可控環(huán)節(jié)較多，所測得的結(jié)果精度大幅降低。傳統(tǒng)方法不能進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)采集，更不能夠第一時間獲得成果上的指導(dǎo)。因此我們一定要采取發(fā)現(xiàn)新的測量技術(shù)。

4.2 三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用特點

三維激光掃描技術(shù)之所以被稱為“實景拷貝技術(shù)”，是因為它可獲取任何復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間目標(biāo)的三維立體信息，還能夠快速重構(gòu)目標(biāo)的三維模型及線、面、體、空間等各種帶有三維坐標(biāo)的數(shù)據(jù)，從而再現(xiàn)客觀事物真實的形態(tài)特性。

（1）在現(xiàn)代工程建筑領(lǐng)域，快速準(zhǔn)確獲取建筑三維數(shù)據(jù)，不但極大程度上豐富了三維數(shù)據(jù)展示的效果，由于其每個點都有三維坐標(biāo)，可提供可量測的畫面數(shù)據(jù)，為建筑工程的檢測與分析提供新的手段；

（2）其非接觸的數(shù)據(jù)獲取方式可以有效地減少傳統(tǒng)操作中不必要的破壞和損傷，為檢測保護(hù)與維護(hù)施工提供準(zhǔn)確、科學(xué)的數(shù)據(jù)，發(fā)揮高新技術(shù)的積極作用；該技術(shù)可以支撐一個快速、高效、節(jié)約成本的解決方案。

（3）三維掃描技術(shù)采集隧道點云數(shù)據(jù)，對點云數(shù)據(jù)快速分割生成切片，針對切片中的散亂點提出了一種多點坐標(biāo)平差計算圓心方法擬合切片圓心，對擬合的圓環(huán)與設(shè)計值進(jìn)行比較，分析變化情況。本文系統(tǒng)地提出了基于三維激光掃描的隧道點云的收斂變形分析方法，對三維掃描技術(shù)在隧道中的應(yīng)用有一定的意義。

4.3 掃描的數(shù)據(jù)用于斷面測量還將會在以下兩個方面得到更好的發(fā)展和應(yīng)用

（1）3D建模。根據(jù)預(yù)處理后的點云數(shù)據(jù)生成地鐵隧道內(nèi)壁（包括隧道內(nèi)目前已有的附屬設(shè)施）三維模型，為今后的隧道維護(hù)恢復(fù)提供相對原始的數(shù)據(jù)資料。

（2）軸線變化和趨勢預(yù)測。將軸線與設(shè)計值的三維關(guān)系進(jìn)行比對，在測量標(biāo)志球位置真實的三維坐標(biāo)后，擬合得到的隧道軸線就相當(dāng)于真實的軸線，進(jìn)而可以對隧道軸線整體變化的情況趨勢進(jìn)行預(yù)測。

5 結(jié)論與展望

三維激光掃描技術(shù)是一種高效、便捷、節(jié)約成本的技術(shù)，高于常規(guī)測量的收斂精度，能夠為隧道收斂測量提供準(zhǔn)確、科學(xué)的依據(jù)。本文在介紹三維激光掃描儀原理、誤差產(chǎn)生及儀器校檢的基礎(chǔ)上，對三維激光掃描儀在隧道收斂測量中的應(yīng)用及優(yōu)勢進(jìn)行了詳細(xì)闡述。應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)在隧道的收斂方面，在保證掃描距離及點云密度的條件下，數(shù)據(jù)結(jié)果一般就能滿足隧道收斂的要求，而且該技術(shù)可以快速、完整的采集隧道內(nèi)部的表面數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)采集的速度及數(shù)據(jù)處理的效率，尤其是在隧道運營時間間斷不能過長的情況下，采用三維激光掃描技術(shù)快速實現(xiàn)作業(yè)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]畢俊，馮瑣，顧星曄，等.三維激光掃描技術(shù)在地鐵隧道收斂變形監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J].測繪科學(xué)，2008（33）：4-6.

[2]耿直.3D激光掃描技術(shù)在地鐵隧道斷面收斂測量中的應(yīng)用[J].上海國土資源，2014，35（4）：102-104.

[3]劉燕萍，程效軍，賈東峰.基于三維激光掃描的隧道收斂分析[J].工程勘察，2013（3）：74-77.

[4]徐源強，高井祥，王堅.三維激光掃描技術(shù)[J].測繪信息與工程，2010，35（4）：5-6.

[5]劉紹堂，潘國榮.基于激光掃描的隧道變形監(jiān)測的誤差來源及變形分析[J].鐵道工程學(xué)報，2013（5）：69-74.

[6]黃茂華，謝義林.隧道收斂測量方法研究[J].北京測繪，2009，4（4）：14-16.

[7]王如路，劉建航.上海地鐵監(jiān)護(hù)實施[J].地下工程與隧道，2004（1）：27-32，35，57.

[8]張元智，胡廣洋，劉玉彤，王慶洲.基于工程應(yīng)用的3維繼光掃描系統(tǒng)[J].測繪通報，2002（1）.

篇7

[關(guān)鍵詞] 三維激光掃描 測量誤差 精度

[Abstract] This article first introduces the measurement principle of the 3D laser scanning. After considered the effects in the ways of instrument，reflector and scanning environment，making a accuracy analysis of it.

[Key words] 3D laser scanner surveying error accuracy

0.引言

三維激光掃描技術(shù)是繼GPS空間定位技術(shù)后的又一項測繪技術(shù)革新，將使測繪數(shù)據(jù)的獲取方法、服務(wù)能力與水平、數(shù)據(jù)處理方法等進(jìn)入新的發(fā)展階段[1]。傳統(tǒng)的大地測量方法，如三角測量方法，GPS測量都是基于點的測量，而三維激光掃描是基于面的數(shù)據(jù)采集方式。三維激光掃描獲得的原始數(shù)據(jù)為點云數(shù)據(jù)。點云數(shù)據(jù)是一切后續(xù)工作的基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)采集過程中不可避免地會帶有誤差，為了提高點云數(shù)據(jù)質(zhì)量，需要對誤差來源進(jìn)行詳細(xì)的分析。1997年wallace等人研究了三角激光掃描儀的深度圖像測量原理，并通過實驗驗證了掃描物體的移動能導(dǎo)致深度圖像測量的系統(tǒng)性誤差[2]。2000年吳劍鋒等人詳細(xì)分析了激光三角法測距的誤差[3]。

1.地面型三維激光掃描系統(tǒng)工作原理

對地面三維激光掃描儀來說，采用的是儀器坐標(biāo)系統(tǒng)，即所采集到的物體表面點的空間信息是以其自身的坐標(biāo)系統(tǒng)為準(zhǔn)的。系統(tǒng)以激光束發(fā)射處為坐標(biāo)原點；Z軸位于儀器的豎向掃描面內(nèi)，向上為正；X軸位于儀器的橫向掃描面內(nèi)；Y軸位于儀器的橫向掃描面內(nèi)且與X軸垂直，如圖1-1，由此可得點坐標(biāo)的計算公式：

2.點云數(shù)據(jù)的誤差來源及分析

三維激光測量誤差可分為：儀器誤差、與目標(biāo)物體反射面有關(guān)的誤差和外界環(huán)境條件影響這三類。由（1）式可知，儀器誤差源于儀器本身的性能缺陷，包括激光測距的誤差（S的誤差）、掃描角度測量的誤差（誤差）；與目標(biāo)物體反射面有關(guān)的誤差主要是表面粗糙度的影響；外界環(huán)境條件主要包括溫度、風(fēng)、氣壓等因素。在一般地面三維激光掃描作業(yè)環(huán)境下，我們認(rèn)為地面三維激光掃描獲取的點云數(shù)據(jù)的誤差主要是由掃描儀自身的誤差引起的[4],所以我們有必要弄清楚誤差的來源。

2.1儀器誤差

2.1.1激光測距誤差

激光測距在信號處理各個環(huán)節(jié)都會帶來一定的誤差[2]。現(xiàn)在激光測距的原理有兩種，脈沖式和相位式。脈沖測距產(chǎn)生的誤差主要是計時誤差，相位法測距產(chǎn)生的誤差主要是調(diào)制光的頻率誤差。在儀器使用過程中，由于電子元件的老化等原因，實際的調(diào)制頻率與設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)頻率會產(chǎn)生微小的差別，該影響與所測距離長度成正比，稱之為“比例誤差”；另外，由于測距系統(tǒng)距離起算中心與其安置中心不一致等原因，使得實測距離與實際距離有一個固定的差數(shù)，稱之為“固定誤差”。對于“固定誤差”和“比例誤差”，可以通過儀器檢定來確定，從而可確定激光測距誤差。

記固定誤差為，比例誤差為，則測距長度為的測距誤差為:

2.1.2掃描角的影響

掃描角的影響包括水平掃描角度和豎直掃描角度測量的影響。掃描角度引起的誤差是掃描鏡的鏡面平面角誤差、掃描鏡轉(zhuǎn)動的微小震動、掃描電機的非均勻轉(zhuǎn)動控制誤差等因素的綜合影響。

測角誤差對測設(shè)點位的影響公式為：

對于三維激光掃描儀則有:

式中為測距，單位為，，為激光對同一點掃描的次數(shù)。

2.1.3激光光速發(fā)散的影響

在實際應(yīng)用中，多數(shù)掃描儀系統(tǒng)都是采用基于激光脈沖的時間測量來進(jìn)行距離量測的。由于激光束的發(fā)散特性，使得激光束到達(dá)實體表面的光斑大小影響著回射點云的分辨率和定位的不確定性[5]。假設(shè)發(fā)射激光束成圓形發(fā)散，最終到實體表面的光斑用表示，有下式成立：

式中是與激光光束發(fā)射位置有關(guān)的距離參數(shù)。一般而言，光斑的大小是隨著掃描距離增加而線性增大的。發(fā)散的光斑大小可以由一個掃描距離的線性方程來表示。許多儀器廠家都標(biāo)定了各自系統(tǒng)的光斑發(fā)散值的大小，如Trimble GX200的光斑大小為3mm/50m，萊卡HDS3000為6mm/50m。

地面三維激光掃描儀的距離測量是沿著發(fā)射光束的中心線測定的。由于激光光束的發(fā)散使得真正的點位難以預(yù)測[6]。同樣由于實體掃描在之前，實體的位置和形狀也是未知的。故需要一個可靠的模型來量化光束的不確定性水平。設(shè)激光束的直徑為，角度定位變化是。由密度公式推出來的光束寬度的不確定性表達(dá)如下式:

根據(jù)密度方程的等方性和在任意維數(shù)的均值都為0的特性，由經(jīng)驗判斷有，激光束的位置不確定性約等于1/4的發(fā)散光斑直徑。如式:

假設(shè)角度采樣間隔在和方向上是相等的。那么推導(dǎo)得到定位中心和實際目標(biāo)中心一致的可能性與采樣的間隔是有直接關(guān)系的，由密度公式:

給出中心點定位的標(biāo)準(zhǔn)偏移如下:

2.2與目標(biāo)物體反射面有關(guān)的誤差

掃描得到的點云的精度與物體表面的粗糙程度密切相關(guān)。三維激光回波信號的多值性[7]，使得不同的三維激光掃描系統(tǒng)處理的回波信號不同。以處理首次回波信號為例，目標(biāo)物體表面粗糙程度引起激光腳點位置的偏差 接近于物體表面粗糙極值的一半。

2.3外界環(huán)境條件的影響

外界環(huán)境對一切測量儀器都會產(chǎn)生不同程度的影響，熱脹冷縮會使儀器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生細(xì)微的變化，較大的風(fēng)力會使儀器顫動影響掃描質(zhì)量。較差的外界環(huán)境條件對掃描數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響較大。

地面三維激光掃描儀的觀測精度與掃描距離及掃描的精細(xì)程度有關(guān)，針對Trimble GX200三維激光掃描儀，經(jīng)過實驗研究發(fā)現(xiàn)測量主要誤差來源于測距誤差和掃描角誤差。在掃描距離為50m時的測距精度為1~2mm，單點定位精度為6mm。

3.結(jié)束語

三維激光掃描儀目前廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，是研究的熱點。本文主要研究了三維激光測量誤差來源――儀器誤差、與目標(biāo)物體反射面有關(guān)的誤差和外界條件影響。通過實驗得知了儀器Trimble GX200的測距精度和掃描精度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭德華,沈云中,劉春.三維激光掃描儀及其測量誤差影響因素分析[J].測繪工程, 2005,14(2):32-34.

[2] A. M. Wallace, G. zhang , Y Gallaher. Scan Calibration or Compensation in A Depth Imaging System [J].Pattern Recognition Letters.1998,（19）：605-612.

[3] 吳劍鋒, 王文, 陳子辰. 激光三角法測量誤差分析與精度提高研究[J].機電工程.2003,(20):89-91.

[4] 黃小川,鄭慧.地面三維激光雷達(dá)點云誤差分析及校正方法[J].地理空間信息.2009,7(5).

[5] 馬立廣. 地面三維激光掃描測量技術(shù)研究[D]武漢:武漢大學(xué)碩士論文.2005.

[6] 楊偉,劉春,劉大杰.激光掃描數(shù)據(jù)三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度分析[J].工程勘察,2004.

[7] 王俊杰.三維激光掃描數(shù)據(jù)采集誤差來源及精度分析[J].科研探索與知識創(chuàng)新.2011，5,97-98.

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關(guān)鍵詞：老采空區(qū)；相似材料模型；三維光學(xué)測量系統(tǒng)

Abstract: this paper aims to explore mining under the influence of the old mined-out rock surface movement regularity and above. The choice of universal significance in hard, mutual layer is the development of coal formation for simulation and carrier, with a mining area actual geological conditions as the foundation, the of 1:100 similar material model simulation research on the different parts above loading buildings and not loading, the 3 d optical measurement system for the ground surface and internal strata of sinking changes with time rule, for guidance similar geological conditions on loading buildings above old provides beneficial guidance.

Keywords: old mined-out area; Similar material model; 3 d optical measurement system

中圖分類號： P12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

1引言

長壁全部垮落法開采老采空區(qū)殘余沉降區(qū)域可分為以下三部分[1-2]：由最大下沉值組成的豎向壓縮區(qū)；由下沉拐點到最大下沉點組成的不穩(wěn)定區(qū)；由邊界點到下沉拐點組成的半穩(wěn)定區(qū)。

（1）最大下沉值組成的豎向壓縮區(qū)。此處的殘余沉降由三部分組成：冒落帶巖體的裂隙閉合和壓實，斷裂帶巖塊間裂隙的閉合和彎曲帶巖層的離層裂隙閉合。

（2）下沉拐點到最大下沉點組成的不穩(wěn)定區(qū)。此區(qū)域的殘余沉降主要包括冒落帶空洞的充填、斷裂帶裂隙的閉合、整體彎曲帶離層裂隙的閉合。

第三區(qū)殘余沉降主要是由于煤層開采導(dǎo)致應(yīng)力轉(zhuǎn)移到煤壁處，使煤層及上覆巖層壓縮而形成，其量有限。這里不分析這個原因產(chǎn)生的殘余沉降值。

根據(jù)以上分析可知，老采空區(qū)殘余沉降產(chǎn)生的主要原因之一是外載荷的作用破壞了原來冒落帶、斷裂帶和彎曲下沉帶的力學(xué)平衡關(guān)系，因此在冒落帶內(nèi)破碎巖體的壓實、斷裂帶內(nèi)離層的閉合和彎曲巖層的進(jìn)一步彎曲都會傳遞至地表，最終產(chǎn)生殘余沉降下沉。

傳統(tǒng)的監(jiān)測地表殘余沉降方法主要是在開采區(qū)域上方地表建立移動觀測站，由于地表殘余沉降時間較長，移動觀測站不容易長時間保存，這種方法往往不能得到完整的地表移動過程。相似材料模型是一種室內(nèi)研究巖層移動的重要手段，具有成本低、周期短、直觀形象等優(yōu)點。

本文應(yīng)用相似材料模型[3]，采用三維光學(xué)測量系統(tǒng)對開采過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后當(dāng)?shù)乇硐鲁练€(wěn)定后，再在地表下沉盆地的邊界、拐點和盆地上三個位置加載載荷（按照二層建筑物等比例設(shè)計），然后再分析地表及建筑物上點隨時間的移動過程。

2 相似材料模型制作和觀測

（1）相似材料模型制作

相似材料模擬的實質(zhì)是根據(jù)相似原理，將礦山巖層以一定比例縮小，用相似材料制作成模型。然后在模型中模擬煤層的開采，觀測模型上巖層的移動和破壞情況。根據(jù)模型上出現(xiàn)的情況，分析、推測實地巖層所發(fā)生的情況。相似材料包括骨料和膠結(jié)料，如河砂滑石粉石膏、碳酸鈣等。

（2）模型設(shè)計方案

模擬區(qū)條件按淮北某礦地質(zhì)采礦條件簡化得到。煤層平均厚度3.0m，采深50m，近水平煤層。老頂為中砂巖，巖性較硬；直接頂為粉砂巖灰，性脆；直接底為細(xì)砂巖，薄層狀，水平層理；老底為中砂巖，硅質(zhì)膠結(jié)，上覆巖層具體巖層厚度見表1。

（3）模型相似常數(shù)

模型的相似常數(shù)分別為：

幾何相似比 ：100；應(yīng)力相似比 ：0.6；時間相似比 ：10

表1模擬巖層分布

巖性 厚度

表土層 5

（4）模型監(jiān)測線布設(shè)方案以及監(jiān)測方法

采礦條件的摸型，模型高為0.73m(相當(dāng)于實際73m)，其開采條件為：采深50m，走向半無限開采，煤層采出厚度3m，垮落式頂板管理，煤層傾角0°。

考慮到模型主要監(jiān)測地表的移動與變形值以及覆巖破壞形態(tài)、過程，模型尺寸為2mx0.73mx0.2m的平面實驗臺，在每架模型水平和垂直方向均勻布設(shè)5cmx5cm的觀測點，共布設(shè)740個觀測點。點位布設(shè)如圖1。

圖1加載后測點布設(shè) 圖2 系統(tǒng)的軟件操作界面（修改）

觀測方法，使用西安交通大學(xué)研發(fā)的三維點測量系統(tǒng)（XJTUDP）進(jìn)行地表和巖層的移動觀測，XJTUDP系統(tǒng)是工業(yè)非接觸式的光學(xué)三坐標(biāo)測量系統(tǒng)[4]，也稱為數(shù)字工業(yè)近境攝影測量系統(tǒng)，可以精確地獲得離散的目標(biāo)點三維坐標(biāo)，這是一種便攜式、移動式的三坐標(biāo)光學(xué)測量系統(tǒng)，可以用于靜態(tài)變形分析實時測量。數(shù)據(jù)處理過程如圖2所示。

3模擬結(jié)果分析

首先對模型從一端開始向前推進(jìn)，模擬半無限開采，每個固定時間監(jiān)測地表下沉，當(dāng)?shù)乇硐鲁了俣冗_(dá)到1.67mm/d起至六個月內(nèi)累計下沉不超過30mm，開始加載建筑并進(jìn)行持續(xù)觀測。

（1）加載后地表下沉曲線

圖3加載后不同觀測時間地表下沉曲線 圖4不同位置建筑物點隨時間下沉曲線圖

由圖3可知，地表下沉穩(wěn)定后，在地表邊界、拐點上方和盆地位置分別加載載荷進(jìn)行連續(xù)觀測，地表下沉曲線在第1~6天最大下沉在12mm左右，從第7天開始，地表下沉急劇增大到256mm，之后地表下沉變化較緩慢，一直到第40天地表下沉穩(wěn)定為止，此時最大下沉為283mm。

（2）建筑物點下沉曲線

見圖4所示，1和2號點位于采區(qū)中心正上方，3和4號點位于開切眼正上方，5和6號點位于未開采一側(cè)邊界。從圖4可以看出，盆地內(nèi)的兩個點在整個觀測過程下沉值一直在增加，邊界點先下沉后隆起，拐點位置的建筑上點下沉值先增加后減小；在1~27天加載時間內(nèi)，各個點下沉量增加不大且平緩，在27~34天時間里，各點下沉值變化劇烈，之后各點處于穩(wěn)定且下沉值變化不大。

（3）加載和未加載時地表特征點下沉曲線

由觀測數(shù)據(jù)處理結(jié)果可知，選取的地表特征點：下沉盆內(nèi)點、下沉盆地邊緣、拐點附近和邊界點比較可知，未加載時，下沉盆地內(nèi)點（1、2號測點對應(yīng)的建筑物）隨時間的波動最大，在三天半時下沉急劇增大，之后又下沉變化波動比較平緩；加載后在拐點附近（3、4號測點對應(yīng)的建筑物）隨時間波動較大，在第7天時波動下沉急劇增大，之后的下沉變化不大且波動較小。

4 結(jié)論

（1）通過相似材料模型，直觀的獲得了長壁半無限開采從初始開采至地表穩(wěn)定整個地表的下沉過程。

（2）三維光學(xué)點測量系統(tǒng)用于觀測地表移動具有操作方便，觀測間隔短，獲取點位精度較高的特點，為獲取地表和建筑物上點的下沉提供保障。

（3）未加載時，盆地內(nèi)點的下沉值隨時間變化較大；加載后，處于拐點位置的建筑物受到的影響最大。

參考文獻(xiàn):

[1]何國清，楊倫，凌賡娣等. 礦山開采沉陷學(xué) [M ]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 1991.

[2]張宏貞，鄧喀中，譚志祥. 老采空區(qū)殘余移動變形分區(qū)研究[J]. 礦山壓力與頂板管理， 2005. No2： 32-35.

[3]陳冉麗，吳侃. 相似材料模型觀測新技術(shù)[J]. 礦山測量， 2011.12：84-87.

[4]陳冉麗,吳侃, 謝艾伶. 工業(yè)測量系統(tǒng)在相似材料模型觀測中的應(yīng)用研究[J]. 測繪通報，2009 (增 )：147-151.

作者簡介：張宏梅（1982.2--），女，內(nèi)蒙古赤峰市，2006.7畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)(徐州) ，

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關(guān)鍵詞：三維 測量基準(zhǔn) 數(shù)字城市

中圖分類號：TU85 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（c）-0255-01

1 高精度三維大地測量基準(zhǔn)建立的內(nèi)容

目前新疆已有部分城市已建立“連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”（Continuously OperatingReference Stations，簡稱CORS系統(tǒng)），各政府部門對基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)說明了該測量基準(zhǔn)的建立對于數(shù)字城市建立的意義，即通過對城市基礎(chǔ)地理信息的采集、處理、分析和供應(yīng)為數(shù)字城市建設(shè)提供基礎(chǔ)信息服務(wù)?！叭S大地測量基準(zhǔn)”是基于網(wǎng)絡(luò)的、動態(tài)地、連續(xù)地，同時也是快速、高精度地獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的現(xiàn)代信息基礎(chǔ)。

1.1 高精度GPS網(wǎng)控制建立

GPS網(wǎng)控制建立是指利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)，及時向用戶提供動態(tài)的經(jīng)過檢測的不同觀測值以及有關(guān)信息。GPS定位技術(shù)應(yīng)用于城市測量，根本變革了傳統(tǒng)測量技術(shù)的布網(wǎng)方法、作業(yè)途徑和程序。GPS控制網(wǎng)系統(tǒng)具有覆蓋面廣、定位精度高、可靠性強、費用低廉等優(yōu)點，并結(jié)合厘米級大地水準(zhǔn)面的建立，為城市規(guī)劃提供全方位、全天候的數(shù)字信息服務(wù)。由基準(zhǔn)站（參考站）、系統(tǒng)中心、呼叫中心、數(shù)據(jù)通信、用戶應(yīng)用等子系統(tǒng)組成建立GPS控制網(wǎng)需要的硬件設(shè)施有：基站配備電腦及調(diào)制解調(diào)器、基站固定電話線、手機及手機卡；軟件設(shè)施有：數(shù)據(jù)庫管理模塊、基站狀態(tài)監(jiān)控模塊、無線數(shù)據(jù)模塊數(shù)據(jù)通訊管理模塊；最后還有接受GPS信息的RTK機。

1.2 厘米似大地水準(zhǔn)面建立

確定厘米似大地水準(zhǔn)面需要建立在GPS大地高、水準(zhǔn)高、DTM（數(shù)字地形模型）、重力數(shù)據(jù)這四個數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，采用移去回復(fù)法計算重力似大地水準(zhǔn)面，然后將重力似大地水準(zhǔn)面擬合于GPS水準(zhǔn)得到實測似大地水準(zhǔn)面。其精度指標(biāo)也根據(jù)地形變化，平底似大地水準(zhǔn)面精度一般在1厘米上下波動，而山地似大地水準(zhǔn)面精度在1～3 cm精度范圍內(nèi)皆可。由于我國多丘陵山地，地面高度起伏較大，重力資料獲取困難，為了精確似大地水準(zhǔn)面就只能從嚴(yán)控GPS和隋準(zhǔn)測量的數(shù)據(jù)著手，整體考慮C級GPS網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)的技術(shù)方案和施測方法，確保GPS網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)技術(shù)方案、點位密度、觀測方法和似水準(zhǔn)面精化的目標(biāo)一致。

1.3 連續(xù)運行參考系統(tǒng)的建立

GPS連續(xù)運行參考系統(tǒng)是指在一定的區(qū)域內(nèi)布設(shè)一定密度的能不間斷運行的GPS衛(wèi)星定位跟蹤站，其基本構(gòu)成為基準(zhǔn)站網(wǎng)子系統(tǒng)、監(jiān)控分析中心、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)發(fā)播子系統(tǒng)、用戶應(yīng)用子系統(tǒng)。

（1）基準(zhǔn)網(wǎng)站子系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括若干永久性GPS衛(wèi)星連續(xù)觀測站跟蹤站和與之配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理和傳輸設(shè)備，基準(zhǔn)網(wǎng)站子系統(tǒng)采集GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)輸送至監(jiān)控分析中心，同時提供系統(tǒng)運行狀態(tài)和可靠程度的完好性檢測數(shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)和廣播網(wǎng)絡(luò)向用戶提供服務(wù)。

（2）監(jiān)控分析中心。該中心接收各種跟蹤站傳輸回來的數(shù)據(jù)，通過計算機局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分流、分發(fā)、存貯、分析，按照國際通用的標(biāo)準(zhǔn)格式或自定義專用格式向不同的用戶發(fā)送供不同需求的數(shù)據(jù)庫提供多種信息服務(wù)和監(jiān)控服務(wù)。

（3）數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)。是指基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)通過有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控分析中心。其中，隨不同的條件可采用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、因特網(wǎng)、vast等，該系統(tǒng)運作的最大特色是信息容量打、傳輸速率高，能有效滿足跟蹤站網(wǎng)與監(jiān)控分析中心間的海量數(shù)據(jù)傳輸。

（4）數(shù)據(jù)發(fā)播子系統(tǒng)。該系統(tǒng)是向用戶發(fā)送發(fā)播定位、導(dǎo)航、定時等多種數(shù)據(jù)，開展數(shù)據(jù)服務(wù)的主要途徑。主要的數(shù)據(jù)發(fā)送手段有：因特網(wǎng)、HUF/VHF/FM/MW等無線電臺或廣播電臺、GSM/CDPD等移動通信終端。

（5）用戶應(yīng)用子系統(tǒng)。包括用戶GPS接收機，連續(xù)運行參考框架網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務(wù)信號接收機，數(shù)據(jù)處理軟件和多種科學(xué)和工程應(yīng)用軟件。

2 建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)的必要性

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化是我國現(xiàn)在城市化發(fā)展的重要特征，各級規(guī)劃、國土和測繪部門急需提高其提供基礎(chǔ)地理信息的能力。建立三維測量基準(zhǔn)能幫助數(shù)字城市規(guī)劃獲得更精準(zhǔn)的測繪數(shù)字信息，具有傳統(tǒng)測量技術(shù)不可比擬的優(yōu)越性。首先，建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)是城市發(fā)展的必然。根據(jù)聯(lián)合國人居中心預(yù)測，全球城市化水平在2025年將達(dá)到65%，而我國目前城市化水平僅達(dá)30%，我國今后十年的發(fā)展取向必然是城市化進(jìn)行加快。其次，建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)是完善基礎(chǔ)測繪的需要。測繪是城市化發(fā)展的支持和保障，建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)能提供城市平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)的統(tǒng)一性和精確性，并及時更新和保存測量成果，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供可靠服務(wù)保障。再次，建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)是建立“數(shù)字城市”的需要。“數(shù)字城市的建立必須建立在高精度三維大地測量成果之上，高精度三維大地測量基準(zhǔn)能為“數(shù)字城市”建立提供精準(zhǔn)、動態(tài)的地理空間基礎(chǔ)框架數(shù)據(jù)。最后，以GPS為代表的定位技術(shù)的發(fā)展和高精度大地似水準(zhǔn)面的實現(xiàn)也說明了高精度三維大地測量基準(zhǔn)的建設(shè)是現(xiàn)代測繪行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

3 建立高精度三維大地測量基準(zhǔn)對于數(shù)字城市建設(shè)的意義

建立高精度三維大地測量基準(zhǔn)是建設(shè)數(shù)字城市的基礎(chǔ)工程。建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)的主要目標(biāo)是運用網(wǎng)絡(luò)、GNSS、現(xiàn)代大地測量、地球動力學(xué)等技術(shù)和方法，提供移動定位、動態(tài)連續(xù)的空間參考框架和地球動力學(xué)參數(shù)等服務(wù)，建立平面、高程、重力場信息于一體的綜合性高精度城市三維基準(zhǔn)。數(shù)據(jù)是數(shù)字化城市建立的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的城市平面控制系統(tǒng)難以滿足城市空間地理信息的采集和工程建設(shè)的需要，只有建立高精度三維大地測量基準(zhǔn)才能為數(shù)字城市建設(shè)提供精度高且均勻的測繪數(shù)據(jù)服務(wù)。

4 結(jié)語

建立高精度三維大地測量基準(zhǔn)是城市建設(shè)測繪工作的需要，也是測繪行業(yè)發(fā)展的標(biāo)志。我國許多城市已建立了三維大地測量基準(zhǔn)，但從理論上來說，我國目前尚未對該系統(tǒng)得出一致的研究意見，城市空間數(shù)據(jù)的分類、集成、更新、共享與標(biāo)準(zhǔn)化還不夠成熟與完善，需要相關(guān)理論與實踐部門加強研究，以促進(jìn)測繪行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而惠及數(shù)字城市建設(shè)與國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 史慧珍.數(shù)字城市規(guī)劃的技術(shù)方法研究[D].清華大學(xué)，2004.

篇10

【關(guān)鍵詞】水利水電工程；三維實體地形；工程測量

傳統(tǒng)的水利水電工程測量方法是采用斷面法作出方量統(tǒng)計，然后做出計算結(jié)果。但是斷面的切取方法不同，所獲得的計算結(jié)果也會存在差異。隨著三維立體制圖軟件的不斷升級，更為適合水利水電工程測量的軟件系統(tǒng)功能更為全面，系統(tǒng)的開放性讓越來越多的工程測量人員所接受，且在復(fù)雜的施工環(huán)境中操作方便。

一、三維實體地形的繪制程序

（一）投影基準(zhǔn)面的確定

在水利水電工程測量中，采用三維實體地形技術(shù)，就建立三維實體地形模型。將投影基準(zhǔn)面確定下來是建模的基本條件。投影基準(zhǔn)面的高程包括兩部分，即投影底面高程和投影頂面高程，其中的投影底面高程為基礎(chǔ)高程。在工程測量中應(yīng)用三維實體地形技術(shù)，對投影底面高程和投影頂面高程的取值原理都有所規(guī)定，要求基礎(chǔ)高程要比水利水電工程的最低高程還要低，且底面高程要統(tǒng)一。按照投影頂面高程的取值原理，是要求取值要高于水利水電工程的最大高程。

（二）三角形網(wǎng)的建立

水利水電工程測量中，運用三維實體地形技術(shù)將三角形網(wǎng)建立起來，以對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。三角形網(wǎng)的建立是基于碎部點數(shù)據(jù)而生成的，基本操作上，是在碎部點中確定一個點，為第一個點；以計算的方式將距離碎部點最近的一個點找出來，為第二個點；之后的工作就是將兩點之間可以形成最大夾角的點尋找出來，為第三個點，三點構(gòu)成一個三角形。第三個點的確定利用余弦定理計算出來，公式：c2=a2+b2-2abCosc。當(dāng)三角形構(gòu)成之后，將三角形的三邊向外延伸，對各邊的利用次數(shù)進(jìn)行判斷，其是否大于2次，之后所有的碎部點都連接起來，三角形網(wǎng)構(gòu)成[1]。

在三維實體地形技術(shù)的應(yīng)用中，基礎(chǔ)高程計算所獲得的結(jié)果可以實現(xiàn)三維實體地形與實際地形一致，頂面高程計算所獲得的結(jié)果可以實現(xiàn)三維實體地形與實際地形相反的結(jié)果。

二、水利工程測量中三維實體地形的應(yīng)用

水利工程所發(fā)揮的重要功能是調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)氐乃Y源，防止出現(xiàn)洪澇災(zāi)害。水利工程施工中，要對各種水利建筑，諸如大壩、渠道、隧洞、水閘等設(shè)計方案有所考慮，不僅需要在施工之前對施工設(shè)計方案進(jìn)行研究，還要充分了解施工現(xiàn)場周圍環(huán)境，特別是河道周邊的地理環(huán)境，需要以詳細(xì)的數(shù)據(jù)體現(xiàn)。目前水利工程的勘察測量中，可以采用三維實體地形技術(shù)，將工程施工現(xiàn)場的地形、地貌、地質(zhì)情況等等元素都融入到三維實體地形中，運用三維實體地形結(jié)構(gòu)算法將地形設(shè)計出來。

三維實體結(jié)構(gòu)算法的選擇，要根據(jù)水利工程設(shè)計需要確定采用相應(yīng)的算法。剖面成面法可以將處于帷幕軸線上的第四系厚度做出計算結(jié)果，水層的分布范圍也可以做出判斷。所有的這些判斷，都是通過計算，將地質(zhì)剖面圖繪制出來運用DEM生成技術(shù)將各個層面繪制出來，形成三維實體模型。運用直接點面法對三維實體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，運用了原始的線狀數(shù)據(jù)，將數(shù)層分開，且確定標(biāo)高位置，各個層面的繪制則采用了曲面構(gòu)造方法。通常水利工程施工地形復(fù)雜，會采用直接點面法進(jìn)行測量。拓?fù)浞治龇ㄊ墙⒃诓煌瑢用娴碾x散關(guān)系的基礎(chǔ)上的，對離散點間的空間關(guān)系加以確定，構(gòu)建地質(zhì)過程中，則是根據(jù)空間拓?fù)渚嚯x來完成[2]。與剖面成面法和直接點面法相比較，拓?fù)浞治龇ǖ倪\用相對復(fù)雜，所獲得的計算結(jié)果也是最為準(zhǔn)確的，對水利工程質(zhì)量更有保證。

三、水電工程測量中三維實體地形技術(shù)的應(yīng)用

水電工程的功能是發(fā)電，主要的構(gòu)成為擋水建筑物和排水建筑物、發(fā)電系統(tǒng)、引水系統(tǒng)等。水電站建設(shè)的根本條件就是要求附近有水源地。這就需要采用三維實體地形技術(shù)對工程施工所在地進(jìn)行地形測量。水電工程測量中，除了要對地質(zhì)結(jié)構(gòu)有所考慮之外，還要對周圍環(huán)境的變化規(guī)律進(jìn)行分析。水電測量中，運用三維實體地形技術(shù)，不僅要對施工所在地的地質(zhì)情況和地形以測量，還要對水電工程的總體布局進(jìn)行判斷，并做出剖面圖。

水電工程測量中主要考慮的問題包括測量工作所在環(huán)境條件、地形地質(zhì)情況、困難地形對三維實體地形技術(shù)所存在的制約等等。

水電工程的三維實體地形測量中，由于測量工作環(huán)境復(fù)雜，必然會對設(shè)計選型、施工建造等產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)水電工程投入使用后，也會受到環(huán)境影響而引發(fā)事故。因此，水電工程建設(shè)要做好地形測量，并對地質(zhì)狀況做出準(zhǔn)確的判斷。運用三維實體地形技術(shù)將數(shù)字化三維立體地形構(gòu)建出來，根據(jù)工程施工情況還要對地形圖不斷更新，以確保工程施工中對現(xiàn)場的地貌、地形和地質(zhì)狀況隨時掌握。此外，運用三維實體地形技術(shù)還能夠在工程施工任意一個環(huán)節(jié)對工程表面積、體積等等數(shù)據(jù)準(zhǔn)確計算出來，并建立三維立體架構(gòu)模式，以滿足多個專業(yè)技術(shù)協(xié)同作業(yè)[3]。

水電施工中遇到困難地形是必然的。運用三維實體技術(shù)對困難地形的制約條件進(jìn)行觀察、分析，做出計算結(jié)果，以制定必要解決方案，做到水電工程合理施工。三維實體地形技術(shù)所構(gòu)建的三維立體模型，能夠?qū)Ω鞣N施工方案的可行性進(jìn)行分析，以調(diào)整施工方案，提高施工進(jìn)度。

結(jié)論：

綜上所述，計算機技術(shù)的發(fā)展，推動工程技術(shù)不斷更新。水利水電工程測量是確保工程施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。為了彌補這一弊端，三維立體技術(shù)被運用于水利水電工程測量中，測量人員使用三維立體設(shè)計常用軟件，不僅可以將工程測量模型立體呈現(xiàn)，還能夠?qū)こ淘O(shè)計的細(xì)節(jié)之處進(jìn)行計算。鑒于傳統(tǒng)的工程測量方法即便是經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員也難以作出精確的計算結(jié)果，采用三維實體地形技術(shù)，可以獲得更為準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡D， 張運東， 張強.三維CAD技術(shù)在水利水電工程設(shè)計中的應(yīng)用分析[J].硅谷，2013（23）：66.