三維激光掃描技術(shù)在機(jī)場凈空測量的應(yīng)用與分析

三維激光掃描技術(shù)在機(jī)場凈空測量的應(yīng)

用與分析遼寧省有色地質(zhì)勘查總院有限責(zé)任公司遼寧沈陽110013摘要：三維激光掃描技術(shù)又被稱為實(shí)景復(fù)制技術(shù)，具有高效率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢。三維激光掃描技術(shù)能夠提供掃描物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲取高精度高分辨率的數(shù)字三維模型。本文基于三維激光掃描技術(shù)在機(jī)場凈空限高測繪中的應(yīng)用展開詳細(xì)論述。關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)；三維建模；精度分析一、三維激光掃描技術(shù)概述1、1三維激光掃描技術(shù)是近年來出現(xiàn)的新技術(shù)，是繼GPS空間定位系統(tǒng)技術(shù)之后又一項(xiàng)測繪技術(shù)新突破。它通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。可以快速、大量的采集空間點(diǎn)位信息，具有快速性，不接觸性，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、主動(dòng)性，高密度、高精度，數(shù)字化、自動(dòng)化等特性。隨著我國三維激光掃描技術(shù)的不斷成熟，三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了測量效率、降低測量難度，而且在很大程度上拓寬了測量的領(lǐng)域，成為目前在測量中廣泛應(yīng)用的新技術(shù)之一。1、2三維激光掃描技術(shù)是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，可快速復(fù)建出被測目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。三維激光掃描技術(shù)被稱為是一種“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”。它利用激光的獨(dú)特優(yōu)異性能，能夠深入到各種現(xiàn)場環(huán)境中對目標(biāo)進(jìn)行掃描操作，并將三維數(shù)據(jù)完整地采集到電腦中，最終快速準(zhǔn)確得重構(gòu)了被測物的三維模型。它具有如下一些特點(diǎn)：測量距離遠(yuǎn)、采樣點(diǎn)速率高、點(diǎn)定位精度高、無接觸測量（無需反射棱鏡）、掃描目標(biāo)無需表面處理直接獲取其三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)、數(shù)字化采集、兼容性好、軟件功能齊全強(qiáng)大、能基本滿足工程測量需要等。由于三維激光掃描系統(tǒng)可以密集地大量獲取目標(biāo)對象的數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此相對于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測量，三維激光掃描技術(shù)也被稱為從單點(diǎn)測量進(jìn)化到面測量的革命性技術(shù)突破。三維激光掃描系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集的硬件部分和數(shù)據(jù)處理的軟件部分。按照載體的不同，三維激光掃描系統(tǒng)又可分為機(jī)載、車載、地面和手持型幾類。1、3三維測量與傳統(tǒng)測量的區(qū)別，傳統(tǒng)測量概念里，所測得的數(shù)據(jù)最終輸出的都是二維結(jié)果(如CAD出圖)，在測量儀器里全站儀，GPS比重居多，但測量的數(shù)據(jù)都是二維形式的，在逐步數(shù)字化的今天，三維已經(jīng)逐漸的代替二維，因?yàn)槠渲庇^是二維無法表示的，三維激光掃描儀每次測量的數(shù)據(jù)不僅僅包含X,Y,Z點(diǎn)的信息，還包括R,G,B顏色信息，同時(shí)還有物體反色率的信息，這樣全面的信息能給人一種物體在電腦里真實(shí)再現(xiàn)的感覺，三維激光掃描技術(shù)為人們提供了一種全新的獲取空間信息的方法。二、三維激光掃描技術(shù)實(shí)際案例應(yīng)用與分析隨著我國城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展，如何解決機(jī)場凈空保護(hù)和城市發(fā)展之間的矛盾成為日益凸顯的問題。為保證機(jī)場飛機(jī)的起飛和著陸安全及城市建設(shè)必要高大項(xiàng)目或城市地標(biāo)建筑物，有效合理地利用土地資源。承擔(dān)的機(jī)場凈空區(qū)及高大建筑物測量任務(wù)，采用了三維激光掃描技術(shù)完成機(jī)場凈空區(qū)域測量任務(wù)。2、1測區(qū)控制測量應(yīng)用三維激光掃描儀對建筑物進(jìn)行建模首先要進(jìn)行觀測控制網(wǎng)的布設(shè)。根據(jù)三維激光掃描儀的掃描特點(diǎn)及觀測控制網(wǎng)的布設(shè)要求控制網(wǎng)的精度要高于凈空區(qū)域建模要求的精度?？刂凭W(wǎng)布設(shè)的網(wǎng)型合適，能滿足三維激光掃描儀完全獲取建模物數(shù)據(jù)的要求。控制網(wǎng)中各相鄰控制點(diǎn)之間通視良好，要求一個(gè)控制點(diǎn)至少與兩個(gè)控制點(diǎn)通視。2、2測區(qū)信息數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中可以利用已經(jīng)做完控制網(wǎng)，將站點(diǎn)設(shè)置在控制點(diǎn)的位置。測繪工作中測量的范圍涉及較廣，而且地勢經(jīng)常出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象，部分建筑物比較負(fù)載，因此，在對測繪區(qū)域進(jìn)行全方位測量的過程中，需要多次測量來獲得更準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)，站點(diǎn)的布置工作要有助于云數(shù)據(jù)精確度的提高，從而獲取較為全面的地面測繪信息，真實(shí)反映測繪情況。此外，除了要對掃描儀的實(shí)際站點(diǎn)位置進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)之外，還要對激光掃描的實(shí)際標(biāo)靶位置進(jìn)行合理選取，從根本上滿足點(diǎn)云拼接的具體要求，便于對測繪工作中高程面的有效獲取。三維激光掃描技術(shù)數(shù)據(jù)采集過程中需對測區(qū)進(jìn)行分站式掃描，且在其后的數(shù)據(jù)處理過程中，必然涉及到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接問題，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接精度是保證后期一系列數(shù)據(jù)計(jì)算精度的重要前提，所以要盡量的減小拼接誤差。通過三維激光掃描儀獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理合理后，使用3DReshaper快速構(gòu)建機(jī)場凈空區(qū)域的三維模型，并使用不同工具分析數(shù)據(jù)。獲取的凈空區(qū)域點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖形如下：根據(jù)相關(guān)機(jī)場凈空規(guī)定，繪制機(jī)場凈空區(qū)限制地面障礙物高度的空間區(qū)域建立三維設(shè)計(jì)模型，并將其導(dǎo)入到3DReshaper處理軟件，生成設(shè)計(jì)機(jī)場凈空區(qū)域三維模。設(shè)計(jì)機(jī)場凈空區(qū)域三維模型，并與實(shí)際測量數(shù)據(jù)生成的實(shí)際凈空區(qū)域現(xiàn)狀三維模型套合，效果圖如下：根據(jù)繪制機(jī)場凈空區(qū)限制地面障礙物高度的空間區(qū)域建立三維設(shè)計(jì)模型與實(shí)際測量數(shù)據(jù)生成的實(shí)際凈空區(qū)域現(xiàn)狀三維模型套合，進(jìn)行分析比較，軟件設(shè)置后可以自動(dòng)提取超高障礙物的測量數(shù)據(jù)。三、三維激光掃描技術(shù)測繪應(yīng)用中的精確度分析三維激光掃描技術(shù)中的精確度評價(jià)主要是用來評價(jià)專業(yè)測繪工作中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性程度。在實(shí)際評價(jià)工作中，一般情況下會將測繪的數(shù)據(jù)結(jié)果與CPS-RTK測量方法中的數(shù)據(jù)結(jié)果有效對比，CPS-RTK測量的主要側(cè)重點(diǎn)是特征點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，兩者的最終測量結(jié)果有著很好的一致性。但是，從某種程度上來講三維激光掃描技術(shù)的測量精確度更高一些，能夠準(zhǔn)確反映出測繪工作的實(shí)際情況。四、三維激光掃描技術(shù)在測繪應(yīng)用中的發(fā)展前景三維激光掃描技術(shù)不斷發(fā)展并日漸成熟，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(diǎn)云數(shù)據(jù)，高效地對真實(shí)世界進(jìn)行三維建模和虛擬重現(xiàn)。因此，在測繪工作中的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整理以及精確度評價(jià)等方面得到廣泛應(yīng)用。在實(shí)際測繪生產(chǎn)工作中，需要采用科學(xué)的研究方法，利用創(chuàng)新的思維模式，不斷推動(dòng)三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中的普遍應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：［1］吳闖，周正］，張慶軒.三維激光掃描技術(shù)在測繪中的進(jìn)