徠卡Nova MS50全站掃描儀在地形測量中的應用

吳 列，黃 偉

(1．四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都610065;2．徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京100020)

一、MS50應用項目背景

四川電力設計咨詢有限責任公司于2014年11月初在四川雅江縣高爾寺山地區(qū)承接了光伏發(fā)電場約6 km2的勘測項目。項目位于4300多米的高海拔區(qū)域，且山區(qū)已經(jīng)開始降雪，常規(guī)的RTK流動站及全站儀作業(yè)勞動強度較大、效率低。項目現(xiàn)場視野開闊，灌木叢較少，比較適合使用三維激光掃描方式進行地形數(shù)據(jù)采集。筆者所在單位今年采購了徠卡MS50全站掃描儀，因此對于雅江高爾寺山光伏發(fā)電項目考慮將MS50全站掃描儀用于地形測量。由于MS50操作方式和數(shù)據(jù)處理同全站儀相近，因此更能直觀檢驗全站掃描儀在地形測量中的效率，也能夠增加測量手段的多樣性。

二、MS50掃描步驟及過程

MS50采用常規(guī)全站儀設站方式，單人即可完成操作。設站定向完成后進入選擇掃描程序，通過點擊屏幕上顯示的實際測量位置即可完成掃描區(qū)域設置;然后設置點云在水平和垂直方向上的間隔，1 min即可完成掃描前的設置。掃描分為兩個步驟:首先是拍攝全景圖，MS50自動拍攝選擇的范圍，自動將照片組合成全景圖，全景圖提供了后期點云的RGB色彩信息;然后根據(jù)預設的間隔進行掃描。MS50點云獲取的方式比較靈活，兼具速度與測程，近距離可實現(xiàn)1000 Hz點云采集，也可選擇1000 m遠距離模式實現(xiàn)長測程掃描，可根據(jù)測區(qū)實際環(huán)境進行靈活選擇。

單站掃描完成后可直接在儀器屏幕上查看點云數(shù)據(jù)，也可根據(jù)實際情況使用RGB、單色或密度進行瀏覽。部分通視條件不好的區(qū)域或沒有數(shù)據(jù)的較遠地點，無須更換設備，可直接使用免棱鏡功能對未能直接掃描的低洼處和特征點進行補測。MS50具備2000 m免棱鏡功能，在高原的極端環(huán)境下操作省時省力。

在數(shù)據(jù)成果方面，兩天共計完成了30多個測站10萬多個點的數(shù)據(jù)采集。從完成情況來看，單人完成了常規(guī)測量至少5個小組同時作業(yè)的工作量，而且獲取的點云質(zhì)量更高。得益于MS50采用全站儀設站方式，無須拼接點云，所有坐標都位于同一個坐標系下。將原始數(shù)據(jù)導入Infinity點云管理軟件，可以RGB色彩方式查看點云數(shù)據(jù)。其提供了三維視角進行瀏覽查看，效果更逼真，并且可輸出ASCII數(shù)據(jù)。徠卡的PTS格式不僅包含坐標高程信息，還包含RGB顏色信息，可直接導入CAD等第三方成圖軟件。MS50獲得的點云數(shù)據(jù)密度非常均勻，過濾器能夠優(yōu)化點云，自動剔除部分噪點，點云結合全景圖信息更加真實地還原了地形地貌的特征信息。如圖1所示。

圖1 點云成果截圖

三、MS50在測量中的優(yōu)勢

1)MS50集成高精度全站儀、圖像全站儀、三維激光掃描儀功能，實現(xiàn)了一機多用，使用率高，在野外作業(yè)時減少了攜帶測量設備的數(shù)量;相對于其他激光掃描類設備，MS50更加便攜，并可和現(xiàn)有的徠卡GS15流動站組成超站儀聯(lián)合使用，無須擔心設備閑置。

2)操作簡單，同常規(guī)全站儀操作一樣方便，單人即可操作，點擊屏幕即可選擇掃描區(qū)域，1 min即可完成設置，無須點云拼接且成果可在屏幕上直接查看;內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理無須過多設置，點云可疊加在全景圖上并實現(xiàn)三維模式瀏覽，無須到達現(xiàn)場即可了解點位屬性及位置關系，內(nèi)業(yè)繪圖更輕松。

3)掃描效率高，MS50點云掃描模式最快可實現(xiàn)1000點/s，單站測量時間基本上不超過20 min。在掃描過程中，選擇掃描的區(qū)域盡量與測站位置保持一段距離，并且根據(jù)實際需要選擇合適的點云間距，這樣掃描的速度最快。MS50設置完成后自動完成掃描，大大減輕了測量人員的工作負荷，縮短了項目工期，綜合效率提高了300%以上。

4)大范圍測量時可使用超站儀模式，無須布設控制網(wǎng)，自由選擇測站位置，大大壓縮了野外測量時間，成果轉(zhuǎn)換靈活方便，通過Infinity軟件可導出文本格式直接轉(zhuǎn)換成地形圖成圖軟件格式。

四、結束語

MS50創(chuàng)造性地集成了全站儀和三維激光掃描儀的優(yōu)勢，簡便的操作流程和高效的點云獲取方式在高爾寺山光伏發(fā)電項目中得以體現(xiàn)，為極端環(huán)境下的地形測量提供了新的測量手段。此項目僅僅對MS50的部分性能進行了概括，MS50在精度指標方面也非常出色，最高可實現(xiàn)0．6 mm的掃描精度，希望以后能夠嘗試將其應用到電力塔變形監(jiān)測中，以點云數(shù)據(jù)形式實現(xiàn)對電力塔的監(jiān)測。