一种快速获取复杂地形等高线的方法与流程

本发明涉及测绘技术领域，具体涉及一种快速获取复杂地形等高线的方法。

背景技术：

地形等高线绘制是测绘领域一项常见的基础工作，传统测量手段通过全站仪和gps协同操作获取地形地貌数据，经过内业处理进而获得地形等高线，这种方法不仅耗费人力物力，而且作业效率低下，尤其在矿山、山区、悬崖等复杂环境下实施起来进度缓慢，对测绘工作者的身体素质和专业技能都有一定要求。

三维激光扫描技术作为测绘领域一项新兴技术，其快速、高效和非接触式的工作特点为测绘领域工作带来了革命性的突破。一方面三维激光扫描技术一秒钟能够同时获取上百万个点云数据，极大地提高了外业工作效率，增加了数据量；另一方面，对于测量人员无法轻易到达的某些复杂区域，三维激光扫描技术以其非接触式的特点可以在测量人员不用到达的情况下获取目标区域信息。

技术实现要素：

发明目的：针对依靠全站仪和gps获取复杂地形等高线的传统方法，所面临的费时费力、外业工作效率低下、内业数据处理繁杂等弊端，提出一种快速获取复杂地形等高线的方法，该方法能够在矿山、山区、陡崖等复杂的地形地貌环境下快速、精准获取目标物点云数据，通过内业数据处理获取三维地形地貌模型图并生成等高线图。

技术方案：本发明所述的快速获取复杂地形等高线的方法包括以下步骤：

(1)根据测量需求和待测区情况规划测站分布，在每一测站布设圆形激光扫描标靶，利用gnss技术获取标靶中心点坐标，在测站点架设三维激光扫描设备采集三维点云数据；

(2)将每个测站的坐标系转化到同一坐标系统下，然后将所有测站的点云数据拼接成一个完整的点云图，对拼接后的点云图进行非地面点的过滤；

(3)对非地面点过滤后的点云图构建dem数据模型，并根据dem模型生成地形等高线并输出等高线图。

进一步的，步骤(1)中规划测站分布时，测站应当覆盖整个待测区域，且相邻测站之间有公共区域。

进一步的，步骤(1)中圆形激光扫描标靶在每个测站中布设5-8个，且保证相邻测站至少存在3个不在同一直线上的公共标靶。

进一步的，步骤(1)中三维激光扫描设备采集三维点云数据时保持静止状态。

进一步的，步骤(2)中所述将每个测站的坐标系转化到同一坐标系统下具体采用的方法为：测站坐标系的转换由n-1测站向n测站再向n+1测站转换，n为正整数。

进一步的，步骤(2)中点云数据的拼接是根据相邻测站公共标靶实现，及通过gnss给予绝对坐标。

进一步的，步骤(2)中所述对非地面点的过滤具体是针对包括植被的物体的过滤。

进一步的，步骤(3)中所述构建dem数据模型具体采用cyclone软件contours模块完成。

进一步的，所述步骤(3)中根据dem模型生成地形等高线图，等高线可根据不同要求设置等高距，等高线图以.dxf格式输出。

有益效果：本发明与现有地形测图技术方法相比，其显著优点是：

(1)采用三维激光扫描技术，一秒钟可以获取上百万个点云数据，外业测量效率相对全站仪和gps传统方法大大提高；

(2)依靠三维激光扫描技术非接触式获取目标物体表面信息的特点，可以快速测绘人和设备难以到达的复杂地区地形等高线；

(3)内业数据处理已经软件化、流程化，操作简单快速，同时可以根据需求获取任意等高距的等高线图，且.dxf格式大大提高数据可编辑性。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种快速获取复杂地形等高线的方法，包括以下步骤：

步骤1、外业采集工作：根据测量需求和测区具体情况规划测站分布，布设圆形激光扫描标靶，然后利用gnss技术观测标靶中心点坐标，架设三维激光扫描设备采集三维点云数据。具体如下：

根据要测量的区域范围、地形地貌条件、测量精度要求等选择合适的三维激光扫描设备，然后根据三维激光扫描仪器的单站扫描覆盖范围，合理地规划测站分布，保证相邻测站之间具有公共区域；布设圆形激光扫描标靶，每个测站要布设5-8个圆形标靶，对标靶进行编号记录，同时保证相邻测站之间存在3个及以上公共标靶，且不在同一条直线上，这样做的目的是为了后期数据处理将不同测站的点云数据通过公共标靶拼接到一起。

标靶中心点坐标的获取具体地分为两种情况，一种是遮挡物较少，gnss卫星信号良好的区域，可以直接通过rtk(real-timekinematic，实时动态)载波相位差分技术获取目标点的三维坐标信息；一种是遮挡物较多的山区密林，gnss卫星信号弱或无，可以就近选择信号良好的空旷地带，通过rtk技术获取点位坐标信息，然后利用全站仪或gnss接收机定位将坐标传递给圆形标靶。因此在测站划分和标靶布设时要适当考虑gnss卫星信号有利于接收的因素。

三维激光扫描采集测区点云数据时采用的是地面静站式三维激光扫描方法，要将扫描仪稳定地架设在地面测站点上，使其原地360°旋转扫描，每一测站扫描完成后，检查扫描点云数据是否完整或存在异常，并记录相邻测站之间公共标靶的编号，方便后期数据处理对公共标靶进行标注。

步骤2、内业处理工作：将每个测站的坐标系转化到同一坐标系统下，然后将所有测站的点云数据拼接成一个完整的点云图，对拼接后的点云图进行植被等非地面点的过滤。具体如下：

获取各个测站原始的三维激光扫描点云数据后，它们是分别在各自测站坐标系下的数据，首先要将各个测站的点云数据统一到同一个坐标系下，原理上测站坐标系的转换由n-1测站向n测站再向n+1测站转换；坐标系归一化之后，通过相邻测站之间不在同一直线上的至少3个公共标靶，将相邻测站点云数据拼接到一起，此过程可以在cyclone软件下完成；与此同时，将之前通过gnss测得的标靶中心坐标数据导入cyclone软件，可以实时反演出三维激光扫描的精度，根据精度要求，对于误差较大的标靶点可以适当剔除，用误差相对较小的标靶点来拟合整个测区的坐标信息；通过软件对非地面点(植被为主)进行过滤，其基本原理是利用最小二乘方法拟合地表面点云，然后设置适当阈值，满足阈值条件的点云保存下来，不满足阈值条件的点云去除，反复过滤直到所有测区都的植被信息都过滤完全。当然在植被过于茂密的深山老林，可能扫描条件受到限制以至于扫描不够完全，此时需要根据室内处理结果进行适当的全站仪补充测量。

步骤3、等高线生成：利用cyclone等相关三维处理软件，对非地面点过滤后的点云数据构建dem数据模型，采用cyclone软件切片功能(slice)，根据dem模型生成地形等高线并输出等高线图。具体如下：

完成对非地面点的过滤之后，将点云数据导入cyclone软件下的contours模块，利用contours模块可以根据标靶中心的三维坐标信息，构建dem数字高程模型，然后在cyclone软件下，利用切片功能slice，具体地，通过设置一个垂直于h(高程方向)的切面，根据等高距的需求设置切割间隔，对目标区域的三维点云图进行切片，获取相同间隔(即等高距)下的“点云圈”，拟合得到闭合的图形再投影到垂直于h(高程方向)的同一切平面上，即获得该目标测区的地形等高线图，以.dxf的格式输出测区的地形等高线。特别地，在cyclone软件的contours模块下，通过createcontours操作可以直接生成等高线，通过对比两种方法验证获取等高线的精度和准确性。

本发明提供的快速获取复杂地形等高线的方法，基于地面三维激光扫描技术快速、准确获取目标区域三维点云数据，结合gnss技术获取的圆形标靶中心点坐标，可以在cyclone软件下快速建立目标区域dem模型并生成等高线图。相对于利用全站仪和gps测量地形等高线的传统方法来说，该方法快速且有效，极大地节约了人力物力成本，提高了复杂地区地形等高线的测量效率，对数字地形测量具有十分重要的意义。

以上所揭示的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。