王永亮 金海涛
辽宁省有色地质勘查总院有限责任公司 辽宁 沈阳 110013
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摘要：三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，获取高精度高分辨率的数字三维模型。本文基于三维激光扫描技术在机场净空限高测绘中的应用展开详细论述。
关键词：三维激光扫描技术 ；三维建模；精度分析
一、 三维激光扫描技术概述
1、1 三维激光扫描技术是近年来出现的新技术，是继GPS空间定位系统技术之后又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，具有快速性，不接触性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性。随着我国三维激光扫描技术的不断成熟，三维激光扫描技术的应用不仅提高了测量效率、降低测量难度，而且在很大程度上拓宽了测量的领域，成为目前在测量中广泛应用的新技术之一。
1、2 三维激光扫描技术是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。三维激光扫描技术被称为是一种“实景复制技术”。它利用激光的独特优异性能，能够深入到各种现场环境中对目标进行扫描操作，并将三维数据完整地采集到电脑中，最终快速准确得重构了被测物的三维模型。它具有如下一些特点：测量距离远、采样点速率高、点定位精度高、无接触测量（无需反射棱镜）、扫描目标无需表面处理直接获取其三维点云数据、数字化采集、兼容性好、软件功能齐全强大、能基本满足工程测量需要等。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。三维激光扫描系统包含数据采集的硬件部分和数据处理的软件部分。按照载体的不同，三维激光扫描系统又可分为机载、车载、地面和手持型几类。
1、3 三维测量与传统测量的区别，传统测量概念里，所测得的数据最终输出的都是二维结果(如CAD出图)，在测量仪器里全站仪，GPS比重居多，但测量的数据都是二维形式的， 在逐步数字化的今天，三维已经逐渐的代替二维，因为其直观是二维无法表示的，三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X,Y,Z点的信息，还包括R,G,B颜色信息，同时还有物体反色率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，三维激光扫描技术为人们提供了一种全新的获取空间信息的方法。
二、 三维激光扫描技术实际案例应用与分析
随着我国城镇建设的快速发展，如何解决机场净空保护和城市发展之间的矛盾成为日益凸显的问题。为保证机场飞机的起飞和着陆安全及城市建设必要高大项目或城市地标建筑物，有效合理地利用土地资源。承担的机场净空区及高大建筑物测量任务，采用了三维激光扫描技术完成机场净空区域测量任务。
2、1 测区控制测量
应用三维激光扫描仪对建筑物进行建模首先要进行观测控制网的布设。根据三维激光扫描仪的扫描特点及观测控制网的布设要求
(1)控制网的精度要高于净空区域建模要求的精度。
(2) 控制网布设的网型合适，能满足三维激光扫描仪完全获取建模物数据的要求。
(3)控制网中各相邻控制点之间通视良好，要求一个控制点至少与两个控制点通视。
2、2 测区信息数据采集、数据处理
三维激光扫描技术在测绘工作中可以利用已经做完控制网，将站点设置在控制点的位置。测绘工作中测量的范围涉及较广，而且地势经常出现凹凸不平的现象，部分建筑物比较负载，因此，在对测绘区域进行全方位测量的过程中，需要多次测量来获得更准确的信息数据，站点的布置工作要有助于云数据精确度的提高，从而获取较为全面的地面测绘信息，真实反映测绘情况。此外，除了要对扫描仪的实际站点位置进行科学设计之外，还要对激光扫描的实际标靶位置进行合理选取，从根本上满足点云拼接的具体要求，便于对测绘工作中高程面的有效获取。
三维激光扫描技术数据采集过程中需对测区进行分站式扫描，且在其后的数据处理过程中，必然涉及到点云数据的拼接问题，点云数据的拼接精度是保证后期一系列数据计算精度的重要前提，所以要尽量的减小拼接误差。
通过三维激光扫描仪获取点云数据处理合理后，使用3DReshaper快速构建机场净空区域的三维模型，并使用不同工具分析数据。
获取的净空区域点云数据图形如下：
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根据相关机场净空规定，绘制机场净空区限制地面障碍物高度的空间区域建立三维设计模型，并将其导入到3D Reshaper处理软件，生成设计机场净空区域三维模。
设计机场净空区域三维模型，并与实际测量数据生成的实际净空区域现状三维模型套合，效果图如下：
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根据绘制机场净空区限制地面障碍物高度的空间区域建立三维设计模型与实际测量数据生成的实际净空区域现状三维模型套合，进行分析比较，软件设置后可以自动提取超高障碍物的测量数据。
三、三维激光扫描技术测绘应用中的精确度分析
三维激光扫描技术中的精确度评价主要是用来评价专业测绘工作中数据的准确性程度。在实际评价工作中，一般情况下会将测绘的数据结果与CPS-RTK测量方法中的数据结果有效对比，CPS-RTK测量的主要侧重点是特征点的实际坐标，两者的最终测量结果有着很好的一致性。但是，从某种程度上来讲三维激光扫描技术的测量精确度更高一些，能够准确反映出测绘工作的实际情况。
四、三维激光扫描技术在测绘应用中的发展前景
三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟，巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据，高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。因此，在测绘工作中的数据采集、数据整理以及精确度评价等方面得到广泛应用。在实际测绘生产工作中，需要采用科学的研究方法，利用创新的思维模式，不断推动三维激光扫描技术在测绘工作中的普遍应用。
参考文献：
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[2]王峰，林鸿，李长辉.地面三维激光扫描技术在城市测绘中的应用[J].测绘通报.2012（05）.
[3]付子傲，包欢，彭小刚等。应用GPS/GSM与全站仪联合进行机场净空区障碍物测量[J] .测绘通报，2006（3）.