三維測量范文
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篇1
光學三維測量是指運用光學方法獲取物體表面的三維立體坐標的技術。光學三維測量利用現代光學技術成就，結合光電子學、計算機圖像處理等學科成就發展起來的一種先進測量技術。
1 光學三維測量的分類
圖1 光學三維測量技術分類圖
光學三維測量技術按測量原理可以分為攝影測量方法、結構光技術和光學干涉方法。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標記點，進而獲得物體的表面形貌。結構光技術通過不同寬度且明暗相間的結構光照射被測物體表面，獲取到的經物體調制的圖像，再經過計算獲取物體的立體形貌信息。光學干涉法是利用干涉原理進行測量，具有高精度、高分辨率等優點。以下介紹幾種常見的光學三維測量方法。
圖2 三維激光掃描工作原理圖
三維激光掃描技術根據光學三角形測量原理，以激光作為光源，光電探測器接收反射光，通過對采集到數據進行計算得到物體的深度信息。三維激光掃描儀包括發射器和接收器。發射器射出一束脈沖激光，激光經過物體表面漫反射，沿相同路線射入接收器。由脈沖激光發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。掃描儀內精密測量系統獲取每個激光脈沖的水平方向角α和垂直方向角度β。依據上述數據計算出掃描點的三維空間坐標（XP、YP、ZP）[1]。
雙目視覺技術屬于攝影測量方法，是通過視差原理被動測量三維數據的技術。雙目視覺技術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，根據三角測量原理得出同一個像素點的坐標偏差，以此獲得測量物體的三維形態。此過程與人眼的立體視覺原理相類似[2]。
面結構光系統由投影儀和數碼相機組成。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。條紋形變可認為是載波信號相位和振幅被空間物體調制。數碼相機拍攝調制后的圖像，對其進行解調制，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 光學三維測量的應用
光學三維測量技術具有諸多優勢，如非接觸式測量、高精確度、快速獲得結果等。光學三維測量技術主要應用在虛擬現實、逆向工程、醫學工程等領域。
2.1 虛擬現實
利用光學三維測量技術對實物外形進行三維形貌掃描，經過三維建模軟件處理，在計算機內生成人物、場景的三維模型。由三維模型生成人物動作，實現動畫制作，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三維測量設備獲取物體表面上所有點的三維立體坐標，根據坐標點信息利用三維設計軟件進行實物模型重建的過程。逆向工程獲得的模型被用于改進、完善原有的產品，被廣泛地應用到磨具開發、汽車制造等領域，是現代產品快速開發的重要技術手段。
2.3 生物、醫學工程
運用光學三維測量技術獲得人體骨骼、肌肉的數據用于人體工程學研究。例如根據人體相關三維數據，制作出符合人體生理結構的防護頭盔、防護服等。三維光學測量技術還可以測量傷口的尺寸、分析人的面部結構、設計牙齒矯形手術等。
參考文獻
[1]潘建剛.基于激光掃描數據的三維重建關鍵技術研究[D].北京：首都師范大學，2005.
[2]隋婧，金偉其.雙目立體視覺技術的實現及其進展[J].電子技術應用，2004，30（10）：4-7.
篇2
關鍵詞：三維數據采集；近景攝影；測量
1 近景攝影測量系統構成
（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行內、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光學測量系統進行說明，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外形的測量方法稱為近景攝影測量。相機的姿態定位及數字照片的定位是近景攝影的關鍵技術，其定位方式直接關系到相機的成像精度。目前市場上技術成熟的非量測攝影系統有AICON公司的德通社-pro系統、德國GOM公司的TRITOP系統等。使用非量測攝影系統進行三維定位點構建時，經常使用形如圖2所示的非編碼點和編碼點的人工標識，方便于軟件在定位解算時識別，是因為非量測攝影系統不具備專業量測攝影系統的定位框標，無法進行相片的內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，這是圖像形成的反過程。
近景攝影測量中常用的坐標系統有三種，對物體進行三維測量可以利用坐標變換和內、外方位定位及共線方程，能夠解算出物方點坐標。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對被測物體進行測量。通過一點多角度多次攝影，就能達到較高測量精度。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定性。但是一般兩次不同角度的重復攝影即可完成物方點的定位。對于TRITOP攝影系統按德國VDI/VDE2634標準方法檢測精度可達0.0125mm/m。
3 近景測量的主要應用
3.1 古代建筑物或者遺址的精密測繪
古代建筑一般都經歷了成千上萬年的歷史，由于自然和人為的破壞，保護和修復工作顯得尤為重要。無論是國內還是國外，越來越多的古建筑古遺址修復工作正在展開。目前傳統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構復雜時精度不高。傳統的測量方法很難準確地衡量古建筑的整體結構條件下，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，不能依照整個測量過程。使用現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
隨著社會經濟的發展，越來越多的建筑物和橋梁在各地陸續建起，在建設的過程中以及建成后我們都需要對建筑物的變形進行觀測。與其他測量工作相比，變形監測要求的精度比較高，并且要求一定頻率的重復觀測建筑物上布置的變形監測點。獲得監測點的三維（X，Y，Z）位移變化。建筑物變形監測的主要方法有三種：地面監測技術、GPS監測方法、近景攝影測量法。[5]
3.3 現場視覺及工業制造的精密測量
這幾年來，伴隨著制造技術的進步，也對精密測量技術提出了新要求。先進制造必備的關鍵技術之一就是在工業現場使用精密三維坐標測量技術。在工業上，為了得到被測物體準確的表面尺寸（監測項目的三維數據），通常使用投影光柵掃描設備。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。基于測量汽車外表面為例，表達的近景攝影測量原理和使用方法，提出了以實現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。結果表明，三維數據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。近景數字攝影視覺測量技術是一個專注于精密測量技術的研究和應用，用于精密測量，基于數字成像和攝影、圖像處理和精密測量原理的基礎上，一種新型的精密測量技術。傳統的通用三維精密測量儀器（CMM）一般不能應用于生產領域，只能用于特殊的測量環境，因為測量儀將受到線性導軌運動的條件。最近開發了各種不同類型的三維精密測量技術和設備，以適應制造技術的進步，如：近景數字攝影、激光跟蹤干涉測量系統，視覺測量系統基于機器人柔性坐標測量系統，等等。
4 近景攝影測量一般流程
在工業三維數據采集的過程中，只要遵守一定的操作流程就能獲得準確的結果。但是不當的操作流程會給數據采集帶來不可預知的測量誤差。近景攝影測量的一般流程如下：第一，規劃測量意圖：確定測量方案，比例尺放置在恰當的位置。第二，選擇適宜的工作環境：盡量不在強光和振動的環境下進行測量，溫度20°為宜。第三，被測物體預處理：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左右的地方進行多攝站拍片，完成相機標定。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，數據收集：定位的三維框架進行基于3d的掃描對象，得出符合測量精度的三維點云。
5 結束語
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，將解算結果利用于光柵投影掃描設備，并對非編碼點建構三維空間尺寸，得到符合測量精度的密集點云。事實證明，此方法不僅實現了物體的高精度測量，而且又提高了掃描效率。關于近景攝影測量的現行趨勢是：能不斷滿足低、中、高以及超高精度的工作要求，發展模塊完整數據歸算系統?？傊鶕F行活動的情況和暗中隱現的趨勢來看，近景攝影測量將會應用到越來越多的行業和地方，為我們的生活和工作帶來便捷。
參考文獻
[1]張德海.大型復雜曲面產品近景工業攝影測量系統開發[J].光電工程，2009，36（5）：122-128.
[2]馮文灝.近景攝影量測[M].武漢：武漢大學出版社，2002.
[3]中國國家標準化管理委員會.GB/T12979-2008.近景攝影測量規范[S].北京：中國標準出版社，2008.
篇3
【關鍵詞】三維激光 掃描儀 測繪 應用
RIEGL VZ-4000三維激光掃描技術是現在國際獲取空間多目標三維數據最先進的長距離影像測量測量技術，由于它是將傳統測繪系統的測量擴展于到了面測量，能夠深入到復雜的空間和現場環境中進行掃描測量，直接將各種復雜的、大型的目標物體所掃描的點云數據完整地輸入到計算機中，然后構出目標物體。
1 RIEGL VZ-4000掃描系統組成
RIEGL VZ-4000是地面型激光掃描系統的固定式三維激光掃描儀，其掃描系統組成包括以下：
（1）超長測程。高速、高分辨率提供高達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測程是基于RIEGL VZ系列掃描儀獨一無二的數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時，也能按需獲取高精度測量及多重目標回波的識別。
（2）波形數據輸出（可選的）。數字化回波信號，也被稱為波形數據，通過VZ-4000獲取用于進行波形分析。
表1操作模式
Laser PRR 30 kHz 50 kHz 150 kHz 300kHz
有效測量速度
目標反射率：p≥90%
目標反射率：p≥20% 23000點/秒
4000m
2300m 37000點/秒
3100m
1700m 113000點/秒
2400m
1200m 222000點/秒
2400m
1200m
目標回波接受的最大數量 無限次回波m
（3）內置數碼相機。內置分辨率為2060×1920 pixels（5M）像素的數碼相機，自動曝光控制。數碼相機視場范圍為7.2°×5.5°（垂直×水平）可通過棱鏡旋轉獲取覆蓋整個視場一定數量的高分辨率的全景照片，與掃描測量成果相結合，創建三維數字模型，為地質、巖土、公路設計的調查提供相應的服務保障。
（4）內置雙軸傾斜補償和GPS。利用集成的GPS接收機（L1）或者外接GPS接收機，內置雙軸傾斜傳感器（補償范圍±10°，精度±0.008°）。
（5）內置數字磁羅盤。
（6）內置大容量數據存儲。
（7）內置激光鉛錘。
（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
三維激光掃描儀發射器發出一個激光脈沖信號，經目標表面漫反射后，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系。X軸在橫向掃描面內，Y軸在橫向掃描面內與X軸垂直，Z軸與橫向掃描面垂直，得P的坐標。
圖1掃描儀三維計算示意圖與公式。
3 RIEGL VZ-4000掃描儀外業數據采集
外業數據采集采用自由架站的方法進行，即不輸入掃描站的坐標和定向坐標，使用RTK或全站儀采集反射片的坐標。
外業數據采集包括反射片及控制點布設與測量、數據全景掃描和外業掃描精的控制三部分工作。
3.1反射片布設及測量
在外業數據采集時，需要在測站位置周圍3米外7米內布設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據拼接到一起完成。為了拼接和數據管理方便，把反射片的點名與掃描站的站數命名一致，如掃描站默認第一站站名為ScanPos001，那么反射片點名為K001-1、K001-2、K001-3。默認第二站為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。
3.2確定采樣間隔和數字化回波信號頻率
采樣間隔和數字化回波信號頻率設置很重要，采樣間隔大，給數據處理精度造成影響；采樣間隔小，則采集到的點云數據量龐大，給數據的傳輸、保存以及后期的數據處理帶來很大的麻煩。掃描儀內設有掃描脈沖時間60和80。
數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域，通視條件不好，則應選擇適當位置增加掃描站數，直至需要測量的目標全部掃描完成經驗值配對表。
表2經驗值配對表
距離 脈沖時間 數字化回波信號頻率
500米以內 80/60 300 kHz
距離 脈沖時間 數字化回波信號頻率
1000米以內 60/80 150 kHz
1000-2000米以內 60 50 kHz
2000米以上 60 30 kHz
3.3外業掃描精度的控制
選擇晴朗、大氣環境穩定、能見度高、0℃-40℃氣溫的環境中掃描作業，減少大氣中水汽、雜質等對于激光傳輸路徑以及傳輸時間的影響；對于目標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；避免非靜態因素的影響。例如：人、下雪、下雨、等等。
4 RIEGL VZ-4000掃描儀內業數據處理
RisCAN PRO是奧地利Riegl公司為RIEGL儀系三維掃描儀開發的軟件，它具有強大的數據配準功能，能夠將模型導出多種比較通用的數據格式。
外業掃描到的點云數據量非常大，既包含有用的數據，也包含車輛、行人、雪、雨等無用的數據，這些無用的數據，我們稱之為噪點數據。這些點云數據必須要經過處理。從點云到測繪成果的實現包括掃描數據分區、反射片的選取、建立掃描站點云數據模型、點云拼接、坐標轉換、數據抽隙、去噪點、格式轉換、生成南方CASS坐標數據文件。
4.1 掃描站數據分區
根據地形和精度的限制，本工程把測區掃描站分了18個區塊。
4.2反射片的選取
一般在2D視圖下，灰度模式中的點云數據中選取反射片，灰度值軟件根據爆光度計算。在3D視圖中拖入標記的反射片來檢查標記的反射片位置是否正確-，若發現反射片選取偏離，可在掃描站中的TPL中刪除改點，在3D視圖中重新選擇。為了拼接和數據管理方便，把點云數據反射片的點名與掃描站的站數命名一致，如掃描站默認第一站站名為ScanPos001，那么反射片點名為TP001-1、TP001-2、TP001-3。默認第二站為ScanPos002， 那么反射片點名為TP002-1、TP002-2、TP002-3以此類推。
4.3建立掃描站點云數據模型
建模設定參數主要有三個：
（1）max plane error=0.02m、（設置最大平面的誤差）；
（2）max edge lenth=2m、 （設置最大三角形邊長）；
（3）reference range=150m。（設置最站與站重疊長度或測程的一半）。
4.4點云數據拼接
把從各個掃描站上掃描得到的點云數據，找出正確的排列關系，使它們能夠擬合成一個整體的點云數據，即把不同基準下的點云數據轉換到同一基準下的點云數據，這個過程叫做點云數據拼接。其實質是把不同的坐標系下的點云數據進行坐標變換。點云數據拼接技術按過程分為，粗略拼接和精確拼接。
4.4.1粗略拼接
將不同坐標系下的點云數據大致轉換到同坐標系下，為精確拼接提供出始值。通過點云數據反射片坐標TPL（socs）與RTK所測的直角坐標TPL（GLCS）進行點與點匹配。設置的容差和匹配點個數，如果無法匹配的時候首先檢查容差設置和匹配點數量的設置，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
通過迭代優化一組坐標轉換參數，實現拼接誤差最小。設置的參數（設置搜索半徑，半徑大小根據粗略拼的結果來定；設置誤差遞減，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塊的基準后鎖定，在拼接過程中一定要一站一站拼接。根據計算的結果，重復設置更小參數直至達到最優結果；檢查點云數據，看無明顯分層即可。
4.4.3點云數據拼接精度控制
點云數據的擬合處理，是不同坐標系統之間轉換，轉換誤差主要是反射片的選取、控制網的精度、測量儀器的精度。
測量控制網精度控制在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坐標轉換
首先需要刪除TPL（prcs）里的所有點，之后將每一站TPL（socs）中的點計算后復制到TPL（prcs），打開TPL（prcs）進行點對點匹配（坐標轉換）。以下是各個區的坐標轉換精度表；
（1）Correspong tiepingts（精拼坐標與RTK實測量坐標配對、坐標轉換的總點數）
（2）Standard deviation（掃描點拼接后區塊的中誤差）
用RTK對18個區塊進行高程內插檢測，最小差±0.10cm，最大差±100cm，因為是高寒區允許誤差為±120cm。滿足地質礦產勘查測量規范要求。
4.6數據抽隙
在OBJECTS里面的POLYDATA中新建一個POLYDATA文件，然后再出現的對話框中選擇所要合并的文件，并在設置中點擊octree命令在increment欄中確定抽希的間隔距離，勾選Conbine命令合并選擇的數據。如果認為所采集到的點云數據或者局部數據相對于工程本身過于密集，還可以對數據進行抽隙處理。
4.7去噪點
在點云數據采集過程中，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據，這些數據稱作噪聲數據，將這些數據的剔除過程叫做數據濾波。噪聲數據與有用數據點云的區別在于噪聲數據是不連續的、無規律的、比較稀疏而雜亂。利用這一特點可以將噪聲數據剔除。打開精確拼接后的點云數據，通過正視圖、側視圖等刪除躁點；部分選取數據，點擊terrian filter 按鈕，設置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，所有被軟件認為是植被的點將處于選擇狀態，在這當中通常會有一些坡、坎上的點，手動選擇需要保留的點。對點云數據進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
理想狀態下，激光將一束束發射，每一束激光發射和接受全部信號后，下一束激光才發射，但是由于激光發射頻率和掃描距離之間的相互影響，常常當發射的第一束激光時，部分距離較遠的回波還沒返回到掃描儀后，第二束激光已經發射出去了，這時在第二束激光發射后，第一束激光才返回來和第二束激光返回來的回波將產生影響，需要手動區分二者。
在長距離掃描儀過程中，通?？吹皆趻呙鑳x周圍產生很多飛點，這些飛點并不全是噪點，有些點是由于MTA效應的影響產生的，需要手動的將這些點選擇，然后點擊工具欄上的“MTA Tool”工具，設置MTA ZONE值為2，將這些點劃分到MTA ZONE 2中去，現這些點在遠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，掃描儀測程不能達到預期效果，這時選取后的點將在遠處形成球面形狀，這些點意為噪點可直接刪除。不使用這些點，在數據處理時可當植被點或者噪點剔除。
4.9 數據處理
拼接后點云數據在去噪處理時采用自動化和手工相結合的方式對誤差影響不大。后續數據處理盡可能減少格式轉化，基于點云數據的三維模型制作采用“測量――建?！蹦Ｊ健６S圖件制作必須在測量對象的邏輯結構上進行制圖。
4.10動畫展示
RiSCAN PRO 軟件畫面中開啟所欲制作動畫的數據，于主要工作窗口按下右鍵，選擇 Create NewAnimation，即可進入產生動畫設定畫面。將主畫面數據旋轉至欲制做動畫的角度，按下 Add Pose 鍵后即可設定為第一視角，以此類推設定后續視角，軟件可計算出各點飛行距離，并可設定飛行時間、速度等參數，并可預視其飛行路徑；參數設定完畢后設定影片大小及壓縮格式即可產生動畫檔案。輸出檔案無需專業點云處理軟件亦可于其他計算機上播放（使用Windows 系統軟件內建的 Media player 即可），此動畫檔的傳輸將有利于了解現場測繪的完整情形。
5 結語
三維激光掃描技術能獲取目標的空間信息，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、節省人力并且具有強大的數據理能力，幾乎可以提供任何位置、任何細節的信息，作業成果完全能滿足高寒地區地形測量。
通過實踐，發現地面三維激光掃描技術的普及也存在以下不足：
（1）數據采集過程當中受現場條件限制較多，如視場角、植被、地物，數據后處理較復雜，外業完成后需要較長時間的數據處理，耽誤后續工程的人員投入；
（2）儀器設備價格昂貴，進口的基本都在200萬元左右，現階段一個生產單位完全由傳統測量方式向三維激光掃描測量方式轉型不太現實。
（3）儀器自身和精度檢校困難，基準值求取復雜，精度不好評定。
（4）精度、測距與掃描速率存在矛盾關系。
基于這些不足，提出三維激光掃描儀的發展趨勢有以下幾個方面：
（1）三維激光掃描儀國產化，生產單位能用普遍使用。
（2）點云數據軟件處理公用化、多功能化。
（3）進一步擴大掃描范圍，實現全圓掃描，獲得空間目標點云數據。
相信隨著技術的發展，企業生產成本的降低，三維激光掃描技術這種“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、醫學、交通等領域得到廣泛應用。
參考文獻：
[1]張正祿 [等]編著.工程測量學[M].武漢大學出版社，2005.
篇4
關鍵詞：三維激光掃描系統；地形測量；應用分析
三維激光掃描技術革新了測繪技術，它在很大程度上促進了測繪數據獲取方法、處理方法以及服務能力和水平的發展。點云數據指的是采用三維激光掃描得來的一些數據。點云數據主要是結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據，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，可以直接應用在很多的復雜環境中；如果想要發揮出更多和更強的效能，就可以有機的結合GPS等先進的技術。三維激光掃描技術正在突飛猛進的發展，在此基礎上，必將會應用到更多更廣泛的領域之內。本文為了能夠將三維激光掃描系統在地形測量中的應用更加便捷的顯現出來，采用了點云數據處理軟件，并且討論了可能出現在測量中一些問題。
1 三維激光掃描系統
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、便攜式激光掃描系統以及地面型激光掃描系統等等，這種劃分的依據是掃面平臺的不同。本次選用的是地面型三維激光掃描系統來進行地形測量，地面型三維激光掃描系統包括著很多個方面的部分，比如三維激光掃描儀、數碼相機、軟件控制平臺、電源、掃描儀旋轉平臺等等。
地面型三維激光掃描系統的工作原理如下：三維激光掃描系統發射器可以將一個激光脈沖信號發射出去，然后物體的表面會對這個激光脈沖信號進行一個漫反射作用，然后這些脈沖信號會沿著同樣的路徑返回到接收器中，那么就可以對目標點和掃描儀之間的距離進行準確的計算。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行測量；三維激光掃描測量采用的坐標系往往是儀器自定義的，橫向掃描面內有X和Y軸，兩者是互相垂直的關系，z軸垂直于橫向掃描面，如下圖所以，依據這個圖例，就可以將目標點的坐標求出來。
那么對激光脈沖從發出到接收之間的時間延遲進行檢查，就可以得出公式1中的距離。得出了發射脈沖往返的時間間隔，就可以有效的計算出目標點和掃描儀之間的距離：S=1/2CtL。C指的是光速。
2 電云數據處理
從上文我們已將了解到，點云數據指的就是三維激光掃描系統所采集來的數據，在對點云數據進行處理時，一般分為這幾個方面的內容：去除噪聲、多視對齊、精簡數據以及重構畫面等。
去除噪聲指的是將點云數據中可能存在的錯誤的數據進行消除；比如，在對地形進行掃描的時候，掃描儀會采集到一些不需要的數據，比如飛速前進的車輛、行人以及高大的樹木等等；這些沒有用處的數據是需要被刪除的。
點云的精簡數據指的是因為點云往往十分的龐大，這樣就需要對數據進行必要的精簡工作，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，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行精簡數據，一種是平均精簡，指的是將原來的點云設置為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。
曲面重構的目的是為了將掃描目標的本來面目給真實的還原出來，要想實現這個目的，在還原掃描目標的本來面目時，可以有效的采用掃描數據。通常可以將曲面分為幾個種類，三角形網格、細分畫面、明確的函數表示、參數曲面、暗含的函數表示、曲化的面片等等。
采用了掃描出來的數據來重構曲面之后，就可以進行三維建模的規則，從而將掃描目標的本來面目給還原出來?；就瓿闪它c云數據處理步驟之后，在解決問題的時候就可以充分的利用點云數據來進行。
3 相關問題討論
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行，并且站在多個視角上進行考慮，并且要按照大于等于百分之十的標準來設置相連區域的重疊度；如果采用的是POLY WORKS軟件，那么要按照10毫米的標準來設置直接對齊的精度。要想實現精度提高的目的，在本項目中采用了設置控制點法，然后將掃描議可以識別的帶有三維坐標數據控制點設置在重疊區域就可以實現，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的要求和標準。
坐標系一致：因為三維激光掃描采用的坐標系都是獨立坐標系，并且是圍繞著掃描儀建立起來的，那么就需要在一個統一的坐標系中融合這些獨立的坐標系；只需要將公共控制點設置在相應的位置，那么點云的一致性就可以通過POLY WORKS軟件來實現。設置控制點主要包括兩個方面的內容，一是控制點的密度，二是位置的布設；這兩個方面都十分的重要，因為后期數據處理的精度將會受到布設位置合理性與布設點的密度等方面的直接影響。
三維激光掃描的成果輸出：如果在處理點云數據方面，采用的是POLY WORKS軟件，那么就會有很多的成果輸出來，比如一些三維坐標數據、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用，但是這個軟件的接口功能十分的豐富，用戶可以依據自己的要求來編碼滿足自己需要和愛好的特殊應用，這也是軟件發展的一個趨勢。
4 結語
本文簡單分析了三維激光掃描系統在地形測量中的應用，通過實踐研究證明，在地形測量中應用三維激光掃描系統是十分可行的，但是還存在著一些問題。本次選用的是比較平緩的區域作為試驗的場地，但是還是會出現一些掃描的死角，從而出現數據的不完整等情況，這樣就會對下一步的工作產生不利的影響。所以，未來研究的重點就是對這些缺損的數據進行必要的修復。
參考文獻
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關鍵詞：GPS RTK 網絡RTK VRS
中圖分類號：TD611.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0087-02
當今科技發展非常迅速，GPS技術也隨之發展，全天候、高精度、自動化、高效益等都是GPS技術的顯著特色，也被測繪工作者廣泛的應用，逐漸影響著我們的生活工作。GPS靜態相對測量已廣泛應用于控制測量。但GPS靜態測量固有的缺點是外業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，難免要造成外業返工現象。GPS實時動態測量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務模式突破，在工程放樣、碎部采集、水域測量、地籍測量、房產測繪等廣泛領域帶來深刻影響，極大促進電力管線測量工作發展。
1 RTK技術
RTK技術是一種GPS經常使用到的測量方法，比如靜態和動態的測量只能在利用事后進行解算才能得到厘米級的精度，然而RTK技術是一種能夠實時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實差分（Real time kinematic）方法，是具有里程碑意義的應有，為地形測圖、工程放樣，在很大程度上提高了外業作業效率，還給各種控制測量帶來了新的發展曙光。
GPS測量，特別是高精度的通常采用載波相位觀測值，而RTK定位技術是基于載波相位觀測值基礎上的實時動態定位技術，能夠實時地提供測點在指定坐標系中的三維地位結果，而且精度很高。RTK作業模式下，流動站是基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息傳送給的。而且它不僅接收來自基準站的數據，還要適時采集GPS觀測數據，并要實時處理系統內組成差分觀測值，給出精準度在厘米級定位結果。流動站的狀態，可靜止也可運動；可以先在固定點上先進行初始化然后再進入到動態作業，也可以在動態條件下直接開機，動態環境下完成求解運算。在整周模糊度解固定后，即可對每個歷元進行實時的數據處理，只要能夠同時保持四顆以上衛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定位。RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術，RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數據及已經數據傳輸給流動站接收機。
2 網絡RTK
GPS網絡RTK定位是近幾年發展起來的一種高精度的GPS定位技術，它利用多個基準站構成一個基準站網，然后借助廣域差分GPS和具有多個基準站的局域差分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，從而達到提高定位結果精度的目的。與常規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點，其中FKP（Flchenkorrekturparameter）的區域改正參數法技術和VRS（Virtual Reference Station）的虛擬參考站技術是比較有代表性的兩種技術。
2.1 VRS技術工作原理
VRS是由Trimble公司提出的，一種基于多參考站網絡環境下的GPS實時動態定位技術，通常歸為網絡RTK技術的一種。利用地面布設的多個參考站組成GPS連續運行參考站網絡（CORS）就是虛擬參考站技術，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、衛星軌道等誤差模型），并在移動站的附近產生一個虛擬參考站（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與移動站構成的基線通常只有很小的范圍，移動站與虛擬參考站進行載波相位差分改正，實現實時數據分析。
VRS技術是集因特網技術、計算機網絡管理技術、無線通訊技術和GPS定位技術于一體的定位系統，它的工作是有數據控制中心，移動站點等相互配合的工作原理。具體的工作流程是：
（1）VRS技術的各個參考站通過網絡連續不斷地向數據控制中心傳輸觀測數據；
（2）基準站收集數據以后，通過傳送過來，由控制中心進行周模的模糊值計算。
（3）控制中心需要在移動站的附近創建一個能夠發送給移動站用戶的虛擬參考站（VRS），而這個虛擬參考站的數據來源需要通過流通站通過無線移動的數據連接傳送到控制中心。然后這些數據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，最后根據這些數據從而得到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據，向流動站進行發送。流動站得到這些虛擬參考站的差分信息以后，流動站與VRS技術的相互配合，通過對數據的分析，得出的定位結果非常準確。
2.2 FKP技術工作原理
FKP技術是一項由Leica公司提出的基于全網整體解算模型的主副站技術。要求所有參考站將每一個觀測瞬間所采集的未經差分處理的同步觀測值，然后實時地傳輸給中心控制站，進而通過中心控制站對數據的實時處理，產生一個稱為區域改正參數（FKP）然后發送給移動的用戶。為了降低參考站網網絡中的數據播發量，可以使用主輔站技術來播發區域改正參數，這樣就達到了要求。主輔站概念為每一個單一參考站發送相對于主參考站的全部改正數及坐標信息。對于網絡中的所有其他參考站，也就是輔參考站，播發的是差分改正數及坐標差。主輔站概念是完全支持單向數據通訊的，流動站的用戶接收到改正數據后，可以對網絡改正數進行簡單的以及有效的處理，也就是內插，也可進行嚴格的計算，獲得網絡固定解。
FKP技術是集因特網、無線通訊技術、GPS定位技術和網絡技術于一體的定位系統，包含若干個連續運行的參考站、、移動站、數據控制中心，其工作原理和具體的流程如下：
（1）各個參考站通過因特網向數據控制中心發送觀測數據，而且是連續不斷地；
（2）控制中心實時的處理包括整周未知數的所有解算，以致歸算各站至公共整周未知數水平；
（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，這樣有利于數據的準確。
（4）控制中心計算為這個流動站計算網絡改正數，并將它應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的信息計算高精度。
3 RTK的優勢（以主流技術VRS為例）
3.1 VRS覆蓋范圍
VRS網絡可以有多個站，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，北京市區面積900多km2，整個北京市區只需一個三角形（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與傳統的GPS網絡相比，可節約成本近70%。VRS系統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的主要優勢
（1）大幅度降低費用。70 km的邊長使建GPS網絡費用大大降低，用戶不需自行建參考站。相對傳統RTK，提高了精度。在VRS網絡控制范圍內，精度始終在±1～2 cm。（2）提高可靠性。采用了多個參考站的聯合數據，極大提高可靠性。（3）提高精度的均衡性，整網統一精度，精度始終在±1～2 cm，不受基準站與流動站之間距離影響。（4）適應更廣的應用范圍。城市規劃，市政建設，交通管理，環保以及所有在室外進行的勘測工作。
4 網絡RTK在電力管線三維測量中的應用
在上海電力管線測量中，網絡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，比如導線網、工程測量、大地測量等方法都要求點間要相互聯通，而且這種測量的精度也不是很準確。而且如果在之前的戶外測量中精度不夠準確，常規的測量方法不能精準的定位。在測量完成以后，在之后的數據處理中，發現數據不準確，也不能對之前的測量有更正。如果是使用RTK技術進行測量，僅僅需要一個人，不需要架設基準站，也不需要進行點擬和，不需要擔心定位精度，只需要知道自己的要求的精度，當達到自己要求的精度，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、節省費用，而且大幅提高工作效率，從2007年以來我們運用了網絡RTK的工作業績就是有力的證明。
帶狀地形測量，進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，都要有相應的測量儀器，而且需要幾個點有一個相互的呼應和配合，這樣，測量的難度就會提高而且還需要幾個人同時的進行設備的操作。而有事對于那種地形碎部點更多的區域，難測量的難度就會更高。現在用到的RTK技術，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行定位，測量完成后，只需將儀器帶回到室內進行相應的下一步操作，與儀器配備的軟件分析，即可得到測量地點的圖像。利用網絡RTK技術僅需要一個人操作，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，放洋測量的具體應有就是通過把人與儀器很好的連接起來，并且設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線控制，然后結合全站儀進行放樣，現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。
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關鍵詞：三維激光掃描；隧道收斂；誤差分析
中圖分類號：U456.3；P234.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0118-02隨著科學技術的不斷發展，人們漸漸將對客觀事物的認知從平面二維層面轉向三維立體方向，測繪工程中的三維激光掃描技術應運而生，實現了測繪過程中對物體三維層面的要求，擺脫了傳統測量儀器的局限性，是直接獲取所要高精度三維數據、實現可視化的三維重要手段，極大的降低了測量的成本，時間上更節約，使用更方便，而且范圍應用的更廣，在森林和農業、戰場仿真、文物保護、工程測量、變形監測、醫學研究等領域都有很大的l展空間。三維激光掃描技術的出現和應用，大大地拓寬了測量的領域，提高了測量的效率，簡化了測量的強度，是目前迅猛發展并廣泛應用的新技術之一。
1 三維激光掃描技術的原理
三維激光掃描儀含括了多種先進的測量技術，可以在不接觸物體的狀態下主動對物體進行測量，在獲取點云形式之后測量到復雜的地形及物體的表面，由點集成的三維數據，協同多種測距法的作用下計算出每個點的三維坐標，其中經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。
三維激光掃描系統根據工作原理大致分為以下三類：
（1）徑向三維激光掃描儀。運用脈沖測距技術在固定中點順著視線進行距離測量，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。通過連續的激光發射波，利用光學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。在獲得兩條光線信息的基礎上，通過立體相機與機構化的光源，建立出立體的投影關系。此方法適合短距離的測量，測量范圍在2m以內，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生誤差，其中可分為兩類分別為系統誤差與偶然誤差，系統誤差可以通過多種方式來削弱，但是偶然誤差是隨機發生的，沒有辦法控制只能進行多次的重復來減少發生這樣的誤差。
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和乘常數兩個參數同時進行解算。而六段解析法消除乘常數相關影響，加常數的檢測精度較高，但只能檢測加常數。
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，這種方法不需要標準基線，通過全組合方式就能獲得觀測數據）；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、溫度環境實驗等才能對結果進行分析。
測距精度和測角精度是地面三維激光掃描儀掃描數據精度的兩個主要方面，在運用相關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，不同地方的環境因素對激光掃描儀的影響以及目標物體對觀測結果的影響還需要我們進一步的研究。
3 三維激光掃描技術在地鐵隧道收斂中應用的基本思路
隧道收斂變形中用到的激光掃描技術其關鍵就是數據的處理，因此下面對數據處理研究進行側重介紹。其整個過程按照以下的技術路線進行：
3.1 數據的采集
（1）提前準備好導線與水準的測量方案，以激光掃描儀性能、參數和現場環境作為參照設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的導線及水準進行測量，將三維坐標進行傳遞。傳遞方式通過標靶進行，測量導線及水準與觀測標靶同時進行。
（3）對隧道進行三維激光掃描，同時取得隧道內壁的三維點云數據，以及標靶點云數據。
3.2 數據的預處理
（1）對靶標的三維坐標進行計算：結合導線及水準測量結果，得到靶標的三維坐標。
（2）對點云產生的三維坐標數據進行歸算：建立統一的三維坐標系，將各個標靶的三維點云數據歸算到一起。
（3）將數據中的噪音除去：根據隧道設計數據，除去隧道中的噪音數據。
（4）將比較重要的管壁點云數據提取出來：關閉的點云數據密度并不均勻，可能是因為掃描的角度和掃描的距離造成的，我們在進行下一步數據處理之前，需要去掉那些點云密度大的范圍中一些可能多余的數據點，然后在根據一定的密度將某些點云數據提取出來，這樣可以大大提高進一步數據處理的速度。
3.3 三維模型的建立
以預處理之后的點云數據為參考生成地鐵隧道內壁的三維模型。
3.4 成果的輸出
（1）根據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，對斷面數據進行高次樣條（多項式）曲線擬合，將其與設計的斷面理論值進行比較，計算出管片一周的變化量曲線，將其中的特征點進行輸出，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據庫，這樣不僅能對較大量的斷面數據、多次測量結果進行有效的管理，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行數據庫管理，并達到成果的瀏覽與分析效果。其主要的目的有以下幾點：
（1）該數據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）該數據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段。
（3）該數據庫可以建立歷史數據，幫助解決今后同一區段的變形趨勢的問題。
（4）可以根據變形的限值，建立分析預警的模型。
4 三維激光掃描技術在隧道收斂測量中的優勢
4.1 傳統收斂測量方法的難點
隧道在發生形變之后，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片相對于設計或者施工時各環片的絕對變化位移，這種情況是很難測定的；二相對形變是隧道的鋼體結構相對于設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，來進一步判斷隧道形變的程度。
隧道收斂測量中經常用到布設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，但是常常受到環境的影響，尤其是在環境光源比較暗的情況下，所測量的到的結果精度不夠，而且自動化程度不高。傳統收斂測量的方法利用布設導線進行坐標的傳遞，通常在一圈管片上均勻設置若干個觀測點，在通過全站儀對各點進行觀測后獲得的數據總結起來進行隧道的變形分析，傳統方法有許多難點進行克服，主要表現在以下幾個方面：
（1）傳統方法在布點以及測量上無法保證各點嚴格地在同一條直線、共面，所以無法確定所測上下行線監測環在同一三維激光掃描儀在隧道收斂測量中的應用
高元勇1，2 崔龍1
（1.新疆農業大學水利與土木工程學院，新疆烏魯木齊 830052；2.新疆疆海測繪院，新疆烏魯木齊 830002）
摘 要：三維激光掃描技術是一種高精度立體全自動的掃描技術，可以快速、有效、準確地獲取三維空間信息，全天候對任意物體進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。隨著該項技術的成熟發展，三維激光掃描技術已在變形監測、建立地面模型等方面得到了廣泛應用，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用進行系統綜述。
關鍵詞：三維激光掃描；隧道收斂；誤差分析
中D分類號：U456.3；P234.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0118-02橫斷面上。
（2）傳統方法效率較低、成本較高，并且不能保證每個管片都能觀測的到。
（3）傳統的收斂測量不能全方位的反映出隧道形變。
（4）傳統的方法對成果的分析較難，測量過程中涉及到的不可控環節較多，所測得的結果精度大幅降低。傳統方法不能進行大規模數據采集，更不能夠第一時間獲得成果上的指導。因此我們一定要采取發現新的測量技術。
4.2 三維激光掃描技術的應用特點
三維激光掃描技術之所以被稱為“實景拷貝技術”，是因為它可獲取任何復雜的現場環境及空間目標的三維立體信息，還能夠快速重構目標的三維模型及線、面、體、空間等各種帶有三維坐標的數據，從而再現客觀事物真實的形態特性。
（1）在現代工程建筑領域，快速準確獲取建筑三維數據，不但極大程度上豐富了三維數據展示的效果，由于其每個點都有三維坐標，可提供可量測的畫面數據，為建筑工程的檢測與分析提供新的手段；
（2）其非接觸的數據獲取方式可以有效地減少傳統操作中不必要的破壞和損傷，為檢測保護與維護施工提供準確、科學的數據，發揮高新技術的積極作用；該技術可以支撐一個快速、高效、節約成本的解決方案。
（3）三維掃描技術采集隧道點云數據，對點云數據快速分割生成切片，針對切片中的散亂點提出了一種多點坐標平差計算圓心方法擬合切片圓心，對擬合的圓環與設計值進行比較，分析變化情況。本文系統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，對三維掃描技術在隧道中的應用有一定的意義。
4.3 掃描的數據用于斷面測量還將會在以下兩個方面得到更好的發展和應用
（1）3D建模。根據預處理后的點云數據生成地鐵隧道內壁（包括隧道內目前已有的附屬設施）三維模型，為今后的隧道維護恢復提供相對原始的數據資料。
（2）軸線變化和趨勢預測。將軸線與設計值的三維關系進行比對，在測量標志球位置真實的三維坐標后，擬合得到的隧道軸線就相當于真實的軸線，進而可以對隧道軸線整體變化的情況趨勢進行預測。
5 結論與展望
三維激光掃描技術是一種高效、便捷、節約成本的技術，高于常規測量的收斂精度，能夠為隧道收斂測量提供準確、科學的依據。本文在介紹三維激光掃描儀原理、誤差產生及儀器校檢的基礎上，對三維激光掃描儀在隧道收斂測量中的應用及優勢進行了詳細闡述。應用三維激光掃描技術在隧道的收斂方面，在保證掃描距離及點云密度的條件下，數據結果一般就能滿足隧道收斂的要求，而且該技術可以快速、完整的采集隧道內部的表面數據，提高了數據采集的速度及數據處理的效率，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快速實現作業目標。
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[關鍵詞] 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
三維激光掃描技術是繼GPS空間定位技術后的又一項測繪技術革新，將使測繪數據的獲取方法、服務能力與水平、數據處理方法等進入新的發展階段[1]。傳統的大地測量方法，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據采集方式。三維激光掃描獲得的原始數據為點云數據。點云數據是一切后續工作的基礎，在數據采集過程中不可避免地會帶有誤差，為了提高點云數據質量，需要對誤差來源進行詳細的分析。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致深度圖像測量的系統性誤差[2]。2000年吳劍鋒等人詳細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工作原理
對地面三維激光掃描儀來說，采用的是儀器坐標系統，即所采集到的物體表面點的空間信息是以其自身的坐標系統為準的。系統以激光束發射處為坐標原點；Z軸位于儀器的豎向掃描面內，向上為正；X軸位于儀器的橫向掃描面內；Y軸位于儀器的橫向掃描面內且與X軸垂直，如圖1-1，由此可得點坐標的計算公式：
2.點云數據的誤差來源及分析
三維激光測量誤差可分為：儀器誤差、與目標物體反射面有關的誤差和外界環境條件影響這三類。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）；與目標物體反射面有關的誤差主要是表面粗糙度的影響；外界環境條件主要包括溫度、風、氣壓等因素。在一般地面三維激光掃描作業環境下，我們認為地面三維激光掃描獲取的點云數據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節都會帶來一定的誤差[2]。現在激光測距的原理有兩種，脈沖式和相位式。脈沖測距產生的誤差主要是計時誤差，相位法測距產生的誤差主要是調制光的頻率誤差。在儀器使用過程中，由于電子元件的老化等原因，實際的調制頻率與設計的標準頻率會產生微小的差別，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，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、掃描鏡轉動的微小震動、掃描電機的非均勻轉動控制誤差等因素的綜合影響。
測角誤差對測設點位的影響公式為：
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。
2.1.3激光光速發散的影響
在實際應用中，多數掃描儀系統都是采用基于激光脈沖的時間測量來進行距離量測的。由于激光束的發散特性，使得激光束到達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]。假設發射激光束成圓形發散，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射位置有關的距離參數。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。許多儀器廠家都標定了各自系統的光斑發散值的大小，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射光束的中心線測定的。由于激光光束的發散使得真正的點位難以預測[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如下式:
根據密度方程的等方性和在任意維數的均值都為0的特性，由經驗判斷有，激光束的位置不確定性約等于1/4的發散光斑直徑。如式:
假設角度采樣間隔在和方向上是相等的。那么推導得到定位中心和實際目標中心一致的可能性與采樣的間隔是有直接關系的，由密度公式:
給出中心點定位的標準偏移如下:
2.2與目標物體反射面有關的誤差
掃描得到的點云的精度與物體表面的粗糙程度密切相關。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處理的回波信號不同。以處理首次回波信號為例，目標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外界環境條件的影響
外界環境對一切測量儀器都會產生不同程度的影響，熱脹冷縮會使儀器結構產生細微的變化，較大的風力會使儀器顫動影響掃描質量。較差的外界環境條件對掃描數據質量的影響較大。
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程度有關，針對Trimble GX200三維激光掃描儀，經過實驗研究發現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.結束語
三維激光掃描儀目前廣泛應用于各個領域，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、與目標物體反射面有關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。
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篇8
關鍵詞：老采空區；相似材料模型；三維光學測量系統
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 文獻標識碼：A文章編號：
1引言
長壁全部垮落法開采老采空區殘余沉降區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；由下沉拐點到最大下沉點組成的不穩定區；由邊界點到下沉拐點組成的半穩定區。
（1）最大下沉值組成的豎向壓縮區。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定區。此區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。
第三區殘余沉降主要是由于煤層開采導致應力轉移到煤壁處，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生的殘余沉降值。
根據以上分析可知，老采空區殘余沉降產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平衡關系，因此在冒落帶內破碎巖體的壓實、斷裂帶內離層的閉合和彎曲巖層的進一步彎曲都會傳遞至地表，最終產生殘余沉降下沉。
傳統的監測地表殘余沉降方法主要是在開采區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、直觀形象等優點。
本文應用相似材料模型[3]，采用三維光學測量系統對開采過程進行數據采集，然后當地表下沉穩定后，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是根據相似原理，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。根據模型上出現的情況，分析、推測實地巖層所發生的情況。相似材料包括骨料和膠結料，如河砂滑石粉石膏、碳酸鈣等。
（2）模型設計方案
模擬區條件按淮北某礦地質采礦條件簡化得到。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；直接底為細砂巖，薄層狀，水平層理；老底為中砂巖，硅質膠結，上覆巖層具體巖層厚度見表1。
（3）模型相似常數
模型的相似常數分別為：
幾何相似比 ：100；應力相似比 ：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）模型監測線布設方案以及監測方法
采礦條件的摸型，模型高為0.73m(相當于實際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°。
考慮到模型主要監測地表的移動與變形值以及覆巖破壞形態、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5cmx5cm的觀測點，共布設740個觀測點。點位布設如圖1。
圖1加載后測點布設 圖2 系統的軟件操作界面（修改）
觀測方法，使用西安交通大學研發的三維點測量系統（XJTUDP）進行地表和巖層的移動觀測，XJTUDP系統是工業非接觸式的光學三坐標測量系統[4]，也稱為數字工業近境攝影測量系統，可以精確地獲得離散的目標點三維坐標，這是一種便攜式、移動式的三坐標光學測量系統，可以用于靜態變形分析實時測量。數據處理過程如圖2所示。
3模擬結果分析
首先對模型從一端開始向前推進，模擬半無限開采，每個固定時間監測地表下沉，當地表下沉速度達到1.67mm/d起至六個月內累計下沉不超過30mm，開始加載建筑并進行持續觀測。
（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，地表下沉穩定后，在地表邊界、拐點上方和盆地位置分別加載載荷進行連續觀測，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邊界。從圖4可以看出，盆地內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??；在1~27天加載時間內，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
由觀測數據處理結果可知，選取的地表特征點：下沉盆內點、下沉盆地邊緣、拐點附近和邊界點比較可知，未加載時，下沉盆地內點（1、2號測點對應的建筑物）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定整個地表的下沉過程。
（2）三維光學點測量系統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:
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作者簡介：張宏梅（1982.2--），女，內蒙古赤峰市，2006.7畢業于中國礦業大學(徐州) ，
篇9
關鍵詞：三維 測量基準 數字城市
中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（c）-0255-01
1 高精度三維大地測量基準建立的內容
目前新疆已有部分城市已建立“連續運行參考站網絡系統”（Continuously OperatingReference Stations，簡稱CORS系統），各政府部門對基礎設施的建設說明了該測量基準的建立對于數字城市建立的意義，即通過對城市基礎地理信息的采集、處理、分析和供應為數字城市建設提供基礎信息服務?！叭S大地測量基準”是基于網絡的、動態地、連續地，同時也是快速、高精度地獲取空間數據和地理特征的現代信息基礎。
1.1 高精度GPS網控制建立
GPS網控制建立是指利用現代計算機、數據通信和互聯網組成網絡，及時向用戶提供動態的經過檢測的不同觀測值以及有關信息。GPS定位技術應用于城市測量，根本變革了傳統測量技術的布網方法、作業途徑和程序。GPS控制網系統具有覆蓋面廣、定位精度高、可靠性強、費用低廉等優點，并結合厘米級大地水準面的建立，為城市規劃提供全方位、全天候的數字信息服務。由基準站（參考站）、系統中心、呼叫中心、數據通信、用戶應用等子系統組成建立GPS控制網需要的硬件設施有：基站配備電腦及調制解調器、基站固定電話線、手機及手機卡；軟件設施有：數據庫管理模塊、基站狀態監控模塊、無線數據模塊數據通訊管理模塊；最后還有接受GPS信息的RTK機。
1.2 厘米似大地水準面建立
確定厘米似大地水準面需要建立在GPS大地高、水準高、DTM（數字地形模型）、重力數據這四個數據基礎之上，采用移去回復法計算重力似大地水準面，然后將重力似大地水準面擬合于GPS水準得到實測似大地水準面。其精度指標也根據地形變化，平底似大地水準面精度一般在1厘米上下波動，而山地似大地水準面精度在1～3 cm精度范圍內皆可。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面就只能從嚴控GPS和隋準測量的數據著手，整體考慮C級GPS網和水準網的技術方案和施測方法，確保GPS網和水準網技術方案、點位密度、觀測方法和似水準面精化的目標一致。
1.3 連續運行參考系統的建立
GPS連續運行參考系統是指在一定的區域內布設一定密度的能不間斷運行的GPS衛星定位跟蹤站，其基本構成為基準站網子系統、監控分析中心、數據傳輸子系統、數據發播子系統、用戶應用子系統。
（1）基準網站子系統。該系統包括若干永久性GPS衛星連續觀測站跟蹤站和與之配套的數據預處理和傳輸設備，基準網站子系統采集GPS衛星觀測數據并將數據輸送至監控分析中心，同時提供系統運行狀態和可靠程度的完好性檢測數據，通過通信網絡和廣播網絡向用戶提供服務。
（2）監控分析中心。該中心接收各種跟蹤站傳輸回來的數據，通過計算機局域網進行數據分流、分發、存貯、分析，按照國際通用的標準格式或自定義專用格式向不同的用戶發送供不同需求的數據庫提供多種信息服務和監控服務。
（3）數據傳輸子系統。是指基準站數據通過有線或無線通信網絡傳輸至監控分析中心。其中，隨不同的條件可采用數字數據網、因特網、vast等，該系統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與監控分析中心間的海量數據傳輸。
（4）數據發播子系統。該系統是向用戶發送發播定位、導航、定時等多種數據，開展數據服務的主要途徑。主要的數據發送手段有：因特網、HUF/VHF/FM/MW等無線電臺或廣播電臺、GSM/CDPD等移動通信終端。
（5）用戶應用子系統。包括用戶GPS接收機，連續運行參考框架網的數據服務信號接收機，數據處理軟件和多種科學和工程應用軟件。
2 建立城市高精度三維大地測量基準的必要性
數字化、網絡化、信息化是我國現在城市化發展的重要特征，各級規劃、國土和測繪部門急需提高其提供基礎地理信息的能力。建立三維測量基準能幫助數字城市規劃獲得更精準的測繪數字信息，具有傳統測量技術不可比擬的優越性。首先，建立城市高精度三維大地測量基準是城市發展的必然。根據聯合國人居中心預測，全球城市化水平在2025年將達到65%，而我國目前城市化水平僅達30%，我國今后十年的發展取向必然是城市化進行加快。其次，建立城市高精度三維大地測量基準是完善基礎測繪的需要。測繪是城市化發展的支持和保障，建立城市高精度三維大地測量基準能提供城市平面坐標系統和高程系統的統一性和精確性，并及時更新和保存測量成果，為經濟建設提供可靠服務保障。再次，建立城市高精度三維大地測量基準是建立“數字城市”的需要?！皵底殖鞘械慕⒈仨毥⒃诟呔热S大地測量成果之上，高精度三維大地測量基準能為“數字城市”建立提供精準、動態的地理空間基礎框架數據。最后，以GPS為代表的定位技術的發展和高精度大地似水準面的實現也說明了高精度三維大地測量基準的建設是現代測繪行業發展的必然趨勢。
3 建立高精度三維大地測量基準對于數字城市建設的意義
建立高精度三維大地測量基準是建設數字城市的基礎工程。建立城市高精度三維大地測量基準的主要目標是運用網絡、GNSS、現代大地測量、地球動力學等技術和方法，提供移動定位、動態連續的空間參考框架和地球動力學參數等服務，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。數據是數字化城市建立的物質基礎，隨著城市建設規模的擴大，傳統的城市平面控制系統難以滿足城市空間地理信息的采集和工程建設的需要，只有建立高精度三維大地測量基準才能為數字城市建設提供精度高且均勻的測繪數據服務。
4 結語
建立高精度三維大地測量基準是城市建設測繪工作的需要，也是測繪行業發展的標志。我國許多城市已建立了三維大地測量基準，但從理論上來說，我國目前尚未對該系統得出一致的研究意見，城市空間數據的分類、集成、更新、共享與標準化還不夠成熟與完善，需要相關理論與實踐部門加強研究，以促進測繪行業的發展，進而惠及數字城市建設與國家經濟發展。
參考文獻
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篇10
【關鍵詞】水利水電工程；三維實體地形；工程測量
傳統的水利水電工程測量方法是采用斷面法作出方量統計，然后做出計算結果。但是斷面的切取方法不同，所獲得的計算結果也會存在差異。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功能更為全面，系統的開放性讓越來越多的工程測量人員所接受，且在復雜的施工環境中操作方便。
一、三維實體地形的繪制程序
（一）投影基準面的確定
在水利水電工程測量中，采用三維實體地形技術，就建立三維實體地形模型。將投影基準面確定下來是建模的基本條件。投影基準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高程。在工程測量中應用三維實體地形技術，對投影底面高程和投影頂面高程的取值原理都有所規定，要求基礎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）三角形網的建立
水利水電工程測量中，運用三維實體地形技術將三角形網建立起來，以對各項數據進行計算。三角形網的建立是基于碎部點數據而生成的，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。當三角形構成之后，將三角形的三邊向外延伸，對各邊的利用次數進行判斷，其是否大于2次，之后所有的碎部點都連接起來，三角形網構成[1]。
在三維實體地形技術的應用中，基礎高程計算所獲得的結果可以實現三維實體地形與實際地形一致，頂面高程計算所獲得的結果可以實現三維實體地形與實際地形相反的結果。
二、水利工程測量中三維實體地形的應用
水利工程所發揮的重要功能是調節當地的水資源，防止出現洪澇災害。水利工程施工中，要對各種水利建筑，諸如大壩、渠道、隧洞、水閘等設計方案有所考慮，不僅需要在施工之前對施工設計方案進行研究，還要充分了解施工現場周圍環境，特別是河道周邊的地理環境，需要以詳細的數據體現。目前水利工程的勘察測量中，可以采用三維實體地形技術，將工程施工現場的地形、地貌、地質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構算法將地形設計出來。
三維實體結構算法的選擇，要根據水利工程設計需要確定采用相應的算法。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，將地質剖面圖繪制出來運用DEM生成技術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構進行計算，運用了原始的線狀數據，將數層分開，且確定標高位置，各個層面的繪制則采用了曲面構造方法。通常水利工程施工地形復雜，會采用直接點面法進行測量。拓撲分析法是建立在不同層面的離散關系的基礎上的，對離散點間的空間關系加以確定，構建地質過程中，則是根據空間拓撲距離來完成[2]。與剖面成面法和直接點面法相比較，拓撲分析法的運用相對復雜，所獲得的計算結果也是最為準確的，對水利工程質量更有保證。
三、水電工程測量中三維實體地形技術的應用
水電工程的功能是發電，主要的構成為擋水建筑物和排水建筑物、發電系統、引水系統等。水電站建設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對工程施工所在地進行地形測量。水電工程測量中，除了要對地質結構有所考慮之外，還要對周圍環境的變化規律進行分析。水電測量中，運用三維實體地形技術，不僅要對施工所在地的地質情況和地形以測量，還要對水電工程的總體布局進行判斷，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境條件、地形地質情況、困難地形對三維實體地形技術所存在的制約等等。
水電工程的三維實體地形測量中，由于測量工作環境復雜，必然會對設計選型、施工建造等產生一定的影響。當水電工程投入使用后，也會受到環境影響而引發事故。因此，水電工程建設要做好地形測量，并對地質狀況做出準確的判斷。運用三維實體地形技術將數字化三維立體地形構建出來，根據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場的地貌、地形和地質狀況隨時掌握。此外，運用三維實體地形技術還能夠在工程施工任意一個環節對工程表面積、體積等等數據準確計算出來，并建立三維立體架構模式，以滿足多個專業技術協同作業[3]。
水電施工中遇到困難地形是必然的。運用三維實體技術對困難地形的制約條件進行觀察、分析，做出計算結果，以制定必要解決方案，做到水電工程合理施工。三維實體地形技術所構建的三維立體模型，能夠對各種施工方案的可行性進行分析，以調整施工方案，提高施工進度。
結論：
綜上所述，計算機技術的發展，推動工程技術不斷更新。水利水電工程測量是確保工程施工質量的重要環節。為了彌補這一弊端，三維立體技術被運用于水利水電工程測量中，測量人員使用三維立體設計常用軟件，不僅可以將工程測量模型立體呈現，還能夠對工程設計的細節之處進行計算。鑒于傳統的工程測量方法即便是經驗豐富的技術人員也難以作出精確的計算結果，采用三維實體地形技術，可以獲得更為準確的測量結果。
參考文獻：
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