丁圳祥 狄帝 馬曉君等

摘要通過(guò)對(duì)三維激光掃描獲得的海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，直觀、真實(shí)地顯示出塌陷區(qū)內(nèi)和周邊地形，得到精密地形圖；根據(jù)因地制宜、可持續(xù)性、綜合效益和統(tǒng)一性的土地復(fù)墾原則，設(shè)計(jì)出針對(duì)塌陷區(qū)的兩種土地復(fù)墾方案，并擇優(yōu)選用。三維激光掃描技術(shù)用于土地復(fù)墾實(shí)現(xiàn)了高效率、高精度和低成本的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞三維激光掃描；土地復(fù)墾；三維地形；塌陷地

中圖分類號(hào)S28文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）23-08014-03

基金項(xiàng)目江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（CXLX13_977）；國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（12ssjcxzd10）。

作者簡(jiǎn)介丁圳祥（1988-），男，江蘇泰興人，碩士研究生，研究方向：現(xiàn)代大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理。*通訊作者，教授，博士，從事大地測(cè)量與測(cè)量數(shù)據(jù)處理研究。

收稿日期20140710礦區(qū)復(fù)墾地的開(kāi)發(fā)利用直接關(guān)系到礦區(qū)資源枯竭后的發(fā)展，需要確保礦區(qū)生產(chǎn)階段的經(jīng)濟(jì)效益與土地開(kāi)發(fā)利用效益、生態(tài)環(huán)境效益的協(xié)調(diào)，為資源枯竭后礦區(qū)的自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展提供良好的自然生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)，增強(qiáng)其可持續(xù)發(fā)展的能力[1]。三維激光掃描技術(shù)作為一個(gè)新興技術(shù)，能夠快速獲得高精度海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，能夠在安全地區(qū)對(duì)矸石堆、邊坡、塌陷形成的洼地等危險(xiǎn)地區(qū)進(jìn)行三維掃描，以獲得全面詳盡的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，精細(xì)的研究塌陷地土地復(fù)墾的規(guī)劃。

1試驗(yàn)方案制定與數(shù)據(jù)采集

1.1制定掃描方案對(duì)沉陷區(qū)及其邊界范圍和環(huán)境進(jìn)行實(shí)地的踏勘調(diào)查，了解沉陷區(qū)內(nèi)的地形狀況及周圍的地物分布情況，根據(jù)地形狀況及地物的遮擋情況設(shè)置掃描站點(diǎn)的位置，最大限度地以最少的測(cè)站數(shù)測(cè)得最全面的地形信息，減少點(diǎn)云的數(shù)據(jù)量。為了將點(diǎn)云數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一大地坐標(biāo)系下，需要在掃描區(qū)域內(nèi)設(shè)置至少3個(gè)控制點(diǎn)，以便坐標(biāo)配準(zhǔn)。

試驗(yàn)區(qū)面積約為40 hm2的矩形區(qū)域，中心區(qū)域嚴(yán)重積水，一條公路和兩側(cè)深溝將整個(gè)塌陷區(qū)分隔為2個(gè)地塊。為了便于將兩側(cè)的掃描數(shù)據(jù)連接起來(lái)，布設(shè)了13個(gè)GPS控制點(diǎn)。

1.2數(shù)據(jù)采集使用Leica C10三維激光掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。4個(gè)標(biāo)靶的分布應(yīng)以能獲得較好的測(cè)站整體坐標(biāo)配準(zhǔn)精度為標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)靶布置以正方形為好，距離適中。當(dāng)標(biāo)靶需要架設(shè)在控制點(diǎn)上時(shí)，必須精確對(duì)中和整平，并用掃描儀配備的精密鋼尺量測(cè)出標(biāo)靶中心到控制點(diǎn)中心的距離。

2點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

2.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)由于在掃描之前在測(cè)區(qū)內(nèi)事先布設(shè)了13個(gè)GPS控制點(diǎn)，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時(shí)利用絕對(duì)方式將配準(zhǔn)好的整個(gè)沉陷區(qū)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與GPS控制點(diǎn)進(jìn)行配準(zhǔn)，將相對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到大地坐標(biāo)系下，得到配準(zhǔn)后的點(diǎn)云整體效果。

2.2 噪點(diǎn)去除與地物提取掃描過(guò)程中樹(shù)木，植被及地物都會(huì)影響地表面的生成和等高線的生成。需要對(duì)這些影響數(shù)據(jù)精度的樹(shù)木，植被及地物進(jìn)行去噪處理。利用Cyclone軟件將去噪后的點(diǎn)云導(dǎo)出，在CASS中繪制地形輪廓，道路及沉陷區(qū)形成的匯水區(qū)域邊界。區(qū)域內(nèi)電線桿、墳、房屋等獨(dú)立地物，利用Cyclone軟件分別對(duì)其提取三維坐標(biāo)信息，對(duì)生成的地形圖進(jìn)行疊加、完善。

2.3 生成等高線由于掃描儀獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)密度較大，因此需要對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行抽稀處理，導(dǎo)入到測(cè)圖軟件CASS中，自動(dòng)生成等高線。同時(shí)，由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含了詳細(xì)的地表信息，對(duì)于不同的沉陷區(qū)精細(xì)地形圖需求，可以有選擇性的進(jìn)行等高線生成，可以對(duì)沉陷區(qū)以每10 cm生成等高線來(lái)詳細(xì)表示該處的地表信息，其他地方可以以每1 m生成等高線來(lái)表示地形起伏。

2.4地形圖繪制按照以上步驟，將得到的初步地形圖、地物圖及等高線圖進(jìn)行疊加和編輯，最后加上高程注記，符號(hào)注記及文字注記，生成圖廓和局部修飾，生成1∶500完整的地形圖。

3塌陷區(qū)土地復(fù)墾治理方案

礦區(qū)土地的復(fù)墾是恢復(fù)或彌補(bǔ)這些影響的一種重要措施。遵循因地制宜、可持續(xù)性、綜合效益和統(tǒng)一性的原則[1]，根據(jù)土地適宜性評(píng)價(jià)的結(jié)果，合理安排各類用地，使遭破壞的土地發(fā)揮最大效益，將有潛在的生產(chǎn)力變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。如將深

方案一規(guī)劃成果示意積水區(qū)改造成魚(yú)塘，將無(wú)積水區(qū)改造成耕地、林地或園地。使土地復(fù)墾寓于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和維持生態(tài)系統(tǒng)平衡之中，謀求社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)三大效益的統(tǒng)一。

通過(guò)對(duì)塌陷地資料的收集和土地評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)2套復(fù)墾方案，規(guī)劃成果如、所示。將較大的積水區(qū)進(jìn)行挖深，這里設(shè)計(jì)的池塘挖深的平均標(biāo)高為27 m，形成池塘，可以用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，然后將挖深出來(lái)的泥土堆填到周邊旱地，將旱地進(jìn)行加高整平，這里設(shè)計(jì)的旱地整平后的有30.0和30.5 m2種平均標(biāo)高，利用CASS軟件中工程量計(jì)算的功能，計(jì)算得到每一部分的填挖方量，結(jié)果見(jiàn)～2。

方案二規(guī)劃成果示意

方案一中各塊區(qū)域的計(jì)算結(jié)果

方案1平場(chǎng)面積∥m2最小高程∥m最大高程∥m平場(chǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)高∥m挖方量∥m3填方量∥m3挖填總和∥m3旱地d153 501.927.50031.27230.56 086.3-30 964.4-24 878.1旱地d256 742.928.00031.65230.06 980.5-31 028.0-24 047.5池塘c135 947.727.00029.13527.029 681.4029 681.4旱地d360 103.228.35533.22730.510 850.7-20 396.3-9 545.6旱地d462 893.428.62430.77230.07 884.7-23 450.0-15 565.3池塘c257 049.727.00029.71627.055 515.4055 515.4合計(jì)----116 999.0-105 838.711 160.3

方案二中各塊區(qū)域的計(jì)算結(jié)果

方案2平場(chǎng)面積∥m2最小高程∥m最大高程∥m平場(chǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)高∥m挖方量∥m3填方量∥m3挖填總和∥m3旱地d153 501.927.531.27230.56 086.3-30 964.4-24 878.1旱地d256 742.928.031.65230.06 980.5-31 028.0-24 047.5池塘c135 947.727.029.13527.02 9681.4029 681.4旱地d350 070.528.64933.22730.510 652.1-13 741.1-3 089.0旱地d472 450.928.030.77230.08 594.6-33 096.1-24 501.5池塘c258 693.427.030.39027.059 813.3059 813.3合計(jì)----121 808.2-108 829.612 978.6

由、2可知，方案一總挖方量為116 999.0 m3，總填方量為105 838.7 m3，復(fù)墾獲得土地23.56 hm2，魚(yú)塘9.56 hm2。方案二總挖方量為121 808.2 m3，總填方量為108 829.6 m3，復(fù)墾獲得土地23.51 hm2，魚(yú)塘9.56 hm2。2個(gè)方案接近，但方案二地塊更規(guī)則，更容易耕種，因此建議采用第二方案。

4結(jié)論

三維激光掃描獲得的數(shù)據(jù)以點(diǎn)云的形式來(lái)表現(xiàn)實(shí)體的三維信息，能夠更加直觀、真實(shí)地顯示出地形，同時(shí)海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以方便用戶統(tǒng)計(jì)地物信息以及詳細(xì)了解周圍的環(huán)境狀況。利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行地形的三維建模處理，能很好地通過(guò)可視化的方式直觀地展示出地形沉陷變形情況，也能利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)繪制不同比例的精細(xì)地形圖，滿足用戶多種要求。

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安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2014年