三维激光扫描技术在新建水库库容计算中的应用-论文.pdf

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1、第07期(总第386期)吉林水利2014年07月【文章编号]1009—2846(2014)07—0037—04三维激光扫描技术在新建水库库容计算中的应用许叙源(广东省水利电力勘测设计研究院，广东广州510170)[摘要]三维激光扫描技术作为一种全新的高精度测绘技术，可以快速、精确、数字化地测量目标物的三维数据．从而得到了全新的研究和应用。本文简单介绍了三维激光扫描技术的工作原理。并结合清远抽水蓄能电站上水库．阐述了现场扫描、点云拼接及虑噪、三维建模的过程。结果表明。将三维激光扫描技术应用于新建水库库容的计算．能够更为准确地测量地形。提高库容计算精度。[关键词]

2、三雏激光扫描技术；新建水库；库容；清远抽水蓄能电站[中图分类号]Tv222．2[文献标识码]B点坐标(Xs，Y，zs)~tl式(1)。Xs=Scos0cosaYs=ScosOsina三维激光扫描技术称作“高清晰测量(HighZs=Ssin0DefinitionSurveying．简称HDS)”。是利用激光测距的原理，记录目标物体表面大量的点(点云)的三维坐标和反射率信息它能够深入到复杂的环境当中，进行无接触扫描，完整地采集三维数据，进而快速构建出目标物体的三维模型【”其应用领域包括：文物保护、建筑、规划、工程建设、灾害评估等等。三维激光扫描系统由三维激光扫描仪

3、、后处理软件、电源以及附属设备构成。其中三维激光扫描仪集成了激光发射器、接收器、时间计数器、滤光镜、CCD、校正等部件[21。在仪器内，通过两个测图1三维激光扫描技术工作原理示意图量水平角和天顶角的反射镜的旋转．将激光脉冲打到被测物体表面．测距模块计算出每个激光脉2库容计算应用冲的空间距离．同时扫描控制模块控制和记录每个脉冲的横向扫描角度和纵向扫描角度0．最后本文利用“LeicaScanStation2”三维激光扫描计算出被测物体的三维坐标仪测量清远抽水蓄能电站上水库．仪器最高扫描如图1．三维激光扫描仪使用仪器内部的坐标速度50000点／s。扫描最长距离为30

4、0m。单点测系统：仪器中心为原点．轴在横向扫描面内．y轴量精度为6mm(50m距离)。在横向扫描面内且与轴垂直．Z轴与横向扫描清远抽水蓄能电站位予清远市清新县太平镇面垂直，、y、Z三轴共同组建右手坐标系【3】。激光境内，枢纽建筑物由上水库(以下简称上库)、下水[收稿日期】2014—05—06[作者简介]许叙源(1986一)，男，广东潮州人，毕业于中山大学地图学与地理信息系统专业，硕士。助工。从事水利工程测量。一37—吉林水利三维激光扫描技术在新建水库库窖计算中的应用许叙源2014年o7月库、输水系统、地下厂房洞室群、开关站及永久公要求。路等组成。上库正常水位6

5、12．5m，死水位587m，设2．2点云过滤-．．．．．．【计总库容l179．9万m3。在扫描过程中。由于前端目标物(人、全站仪)按照设计要求．上库在清库之后．对高程的遮挡．以及目标物的透明或激光回波信号的缺616m以下的库区范围进行三维激光扫描．获取库失等客观因素．使观测数据质量不高而导致结果区点云数据．利用“LeieaCyclone6．0”软件进行数的不理想。而由此产生的这些无效的扫描冗余数据后处理并建立三维地表模型，计算库容。据．在后期处理过程中不仅需要大量的数据储存2．1数据扫描空间。而且降低了数据的处理效率。为了得到合理三维激光扫描仪采用的是自由架站

6、模式．每的正确的地表信息．需要对通过扫描得到的数据一站的数据都是独立的坐标系统。原点为仪器中进行过滤处理，剔除噪音点的影响。并得到真实际心。为使所有的点云数据最后具有统一的坐标系数据。统，需在库区建立控制网。扫描过程中．全站仪在数据的过滤方法很多．操作时往往是采用多控制点上对所有标靶点进行测量．获取标靶中心种方法相结合。首先，仪器获取点云数据时，不仅大地坐标，待将来进行数据拼接，并可验证拼接精采集到目标点的三维坐标信息．也获取了目标点度。的反射强度。对于植被与地表裸土，后者具有更高库区面积约0．7km2，为山区地形．地表大部分的反射强度．可以通过设置一个反射强

7、度阀值来植被已清除，扫描仪实际扫描距离为100m左右。剔除植被信息。然后，利用中值滤波，剔除奇异点；扫描过程中尽量保证相邻测站之间具有lo％以上最后利用曲面拟合去除前端遮挡物的重叠度，避免遗留扫描死角。共架设测站84个。如果点云数据过密，还需降低点云密度。否则数据总量为1．14G，获取了高密度的点云数据。共将会降低建模效率。采用的方法一般有高斯、平均有2891661个点．平均每平方米投影面积上有和曲率滤波算法高斯滤波是在指定的区域内的4．17个点。权重为高斯分布．其平均效果较小，滤波的同时能测站独立坐标系与大地坐标系的转换．依赖较好地保持原数据形态。平均滤波采

8、用滤波窗口于各个测站的标靶。每个测站的