试论三维激光扫描技术在水利工程地形测绘中的应用

苌洁玉

摘 要：国家提高了对洪涝灾害的重视程度，在各地兴修水利工程，以抵挡洪水的侵袭。本文简要介绍了三维激光扫描技术，重点阐述了三维激光扫描技术在水利工程地形测绘中的应用，希望对我国水利工程质量的提高有所帮助。

关键词：三维激光;扫描技术;水利工程;地形测绘

引言：如今，我国的科学技术正在迅猛发展，研制出了许多先进的仪器设备，对经济的发展能够产生巨大的推动力。三维激光扫描技术是经GPS技术兴起后的另一新兴技术，被广泛应用于建筑工程中，尤其在水利工程地形测绘中发挥着重要的作用。

1.三维激光扫描技术概述

三维激光扫描技术也被称为实景复制技术，是兴起于20世纪90年代的现代化技术，为建筑工程提供了诸多便利。简单来说，三维激光扫描技术就是将扫描空间的地形、地貌等特征复制在电脑中，形成该空间的地图，以供人们应用。三维激光扫描技术主要依赖于三维激光扫描仪，三维激光扫描仪是由激光测距仪、高清摄像机、反光棱镜等构成，激光测距仪通过激光的反射能够测量扫描仪与扫描物体的之间的距离，通过数据信息的反馈，将每一个扫描点绘制在坐标抽中，形成该物体的地图轮廓。如今，三维激光扫描技术被广泛应用于建筑工程、灾害估测、室内设计等许多领域，这一技术的兴起对人民群众的生产生活具有重大意义。

三维激光扫描技术的使用方式多种多样，主要的使用方式有机载式、车载式、背包式、搬站式等，不管测绘工作多么复杂、繁琐，都能获得很好的完成效果。机载式是将三维激光扫描仪安装在飞机上，在飞机的飞行过程中进行扫描，这种方式主要运用于大面积的扫描任务，投入的资金相对较高。车载式是将三维激光扫描仪安装在汽车上，在汽车行驶过程中进行扫描，这种方式主要运用于地形地势较为平坦的地区，测绘该地区的交通情况。背包式是将扫描仪安装在背包上，由专业的测绘人员背着装有扫描仪的背包按照指定路线前行，一般用于地势比较崎岖的地区。搬站式是建筑工程中常用的方式，通过地形地势的分析，选择一个可以扫描全景的地点，在这个地点上安装扫描仪就能获得该区域全面的测绘结果。

三维激光扫描技术相比于传统的扫描技术具有很多优势，是科技发展情况下的必然。首先，三维激光扫描技术不受时间和空间的限制，采取自动化的模式，提高了扫描工作的效率。其次，三维技术能够在不接触被测物的情况下直接扫描，而且获得的扫描数据准确性极高。最后，三维技术可以与GPS技术结合使用，使扫描技术兼具两者的优势，能够实现信息互补，有利于测绘结果更加精确，避免数据偏差。

2.三维激光扫描技术在水利工程地形测绘中的应用分析

2.1确定站点区域

三维激光扫描技术应用于水利工程时，往往采取搬站式的工作模式。这种工作模式需要先确定扫描仪的摆放地点才能进行扫描工作，所以站点的选择至关重要，如果站点选择不科学会导致水利工程的数据不全面，难以通过测绘形成该水利工程的地图。测绘人员应对水利工程的现场进行勘察，记录勘查数据，通过精密的计算确定所有站点的位置。站点应选择在地势较高、视野开阔的区域，架设点下方的地形地势应平整，避免扫描仪不平稳导致数据出现误差，甚者造成扫描仪从高处掉落，影响扫描仪性能的发挥。

2.2开始进行扫描

站点确定后，测绘人员需要将站点的地下区域整平，将三维激光扫描仪放置在站点上。放置完毕后，将扫描仪开机，选择室外作业模式，然后设置扫描仪的分辨率，分辨率越高点云数据越精准，也需要花费更长的时间，将所有的参数设置完毕后就可以开始扫描工作。由于有些水利工程所在地的地形、地势非常复杂，使用三维激光扫描仪得出的数据可能会出现不准确或者不完整的情况，所以扫描仪的操作员需要对局部地区进行精准扫描，与司尺员配合使用标靶进行定点补充测量，确保扫描数据的准确性与完整性[1]。在扫描时，测绘人员应提高警惕，扫描仪与水利工程之间不能有人活动，仪器旁不能有干扰因素，能够避免外界因素对扫描数据产生影响。扫描仪放射出的激光会对人的眼睛造成损害，所以测绘人员应与扫描仪保持安全距离，待扫描完毕后再靠近扫描仪。

2.3分析处理数据

首先，扫描工作完成后需要对扫描数据进行处理，由于水利工程需要架设许多站点，获得的数据信息也有很多，因此测绘人员应将数据从扫描仪中导出，根据站点位置对数据进行编号，一个站点的信息编辑到一个文件夹中，并对有关文档加以说明，有利于后续的数据处理工作顺利进行。其次，因为数据信息庞大，处理起来比较困难，所以测绘人员可以使用专业的测绘软件，在软件中，该扫描仪的扫描区域轮廓成形，而且能够根据区域的特性显示出不同的颜色。测绘人员应将颜色鲜明的点连接起来进行标记，将这一数据信息分离出来，建立单独的文件夹进行保存。最后，根据站点的地理位置，使用测绘软件，将每一个区域数据信息中的点连接起来，形成水利工程的整体轮廓。测绘软件的智能化程度非常高，在发现点云数据之间出现明显的错位时，自动选择其他的靶球进行拼接，能够减少数据不准确对工程测绘的影响。

2.4完成工程地图

生成地形图的具体步骤如下：第一步要利用RiSCANPRO软件将处理完成的数据以dxf格式文件导出，第二步利用CASS软件打开文件实现测量特征数据的补充测量并编辑，第三步是生成地形图并以dwg格式保存[2]。由于三维激光扫描仪中安装了具有高清晰特点的摄像机，能够将绘制出的地图变成彩色，而且与水利工程的颜色趋于一致。

2.5检验地图偏差

三维激光扫描技术虽然得到了很大的发展，但是由于操作人员的工作失误或者外界因素的干扰，测绘出的数据仍有可能出现偏差，不能满足水利工程的国家标准。测绘人员应秉承认真负责的工作态度，在测绘过程中采用规范的操作流程和操作方法，对测绘结果进行全方位的审查，确保水利工程验收合格。

结束语：综上所述，水利工程的建设地点大多处于比较偏僻的位置，地形地势起伏较大，使用传统的测绘技术不能满足工程的建设需要。三维激光测绘技术应用方便，通过电脑软件能够实现自动化和智能化，不仅扫描速度快、数据信息准确，而且减少了人工成本的支出，有利于提高我国水利工程的建设效率。

参考文献：

[1]烟雷刚，烟静红.三维激光扫描技术在水利工程地形测绘中的实践应用[J].科技经济导刊，2018，26（12）：12-13..

[2]劉晓芳，田兰芬.三维激光扫描技术在水利工程地形测绘中的应用[J].科技创新与应用，2017（27）：141+143.