三维测量
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三维测量范文第1篇
1.概述
水电工程施工测量工作量大，特别是在开挖施工阶段，既要进行开挖轮廓放样测量，又要进行断面计量测量，且该阶段往往设计变更较多，更增加了测量的工作量。现在土石方施工的机械化程度越来越高，施工速度越来越快，要求测量工作快速准确，并且能很快地提供测量成果，而传统的测量方法已很难满足这样的要求，本文介绍的测量方法已在实际施工中得以成功应用，对解决以上问题很有借鉴作用。
2.直线段边坡开挖线的放样
2.1存在问题
在土石方开挖工程中，有很大一部分的开挖轮廓都是直线，设计图纸一般都给出了开挖边坡坡比，以及某一高程面上距中轴线的宽度。在施工中有的测量人员不懂得如何进行这种情况下的测量方法，要么只考虑了宽度而忽略了坡度，或者只考虑了坡度而忽略了宽度，按这种放样数据进行施工，必然难以满足设计要求，最后的结果将是返工，给施工方造成重大的经济损失。
2.2解决问题的方法
对这种直线段既带边坡又带距中轴线的宽度的放样测量，实际只需将各控制点的测图坐标换算成需放样的以中轴线为纵轴、垂直于该直线的线为横轴的坐标系下的施工坐标即可。因为设计给出的数据都是相对数据，所以根据三维测量坐标数据，在实际工程测量放样中，将测量仪器安置在任意控制点上，按公式（1）、（2）计算来控制放样的开挖边线位置，不论什么情况都不会发生问题。
该点距中轴线的理论宽度：
D=（H-H0）m+a （1）
该点距中轴线的实测值与理论值之差：
d=E±D （2）
（2）式中的“+”、“-”号视点的位置而定，测点在中轴线左侧取“-”号，在右侧时取“+”号。式中各符号的意义：D为该点距中轴线的理论宽度；H为该点的实测高程；H0为该点建基面上高程（由设计给出）；m为该点设计坡比； a为该点设计底部宽度；d为该点距中轴线实测宽度与理论宽度之差；E为该点处距中轴线的实测宽度。
在实际放样中，只需按（2）式控制，由测站人员指挥立尺（镜）人在垂直于中轴线上移动，直到D=E为止，则该点的位置就是既满足设计坡比要求又满足设计底宽要求的开挖边线位置，或在某一允许值范围内。
3.曲线段边坡开挖的放样
3.1存在问题
对曲线的放样，在很多书籍、文献中都有介绍，但这些都是基于平面问题的施工放样，在实际施工中，特别是水利水电工程，点与点高差可在几十上百米之间，放样不可能是平面，大部分是要基于三维坐标问题考虑放样方法。
3.2解决问题的方法
在开挖平面图中，曲线段与直线段一样，设计都给出了相应的参数，如曲线的圆心坐标（x0，y0）、圆心角（θ）、半径（R）等，在某一成型高程面的半径大部分需要测量人员自己解析出来。与直线段相类似，首先将各控制点、曲线圆心点、拐点（曲线段与直线段结合点）测图坐标（xi，yi）换算为施工坐标（xi″，yi″），在放样测量前先在室内计算好除圆心外各拐点的桩号和偏轴距（当曲线的放样边缘线是与中轴线平行的则只需计算偏轴距，放样边缘线是垂直中轴线的则只需计算桩号，究竟是平行还是垂直中轴线从开挖平面图中就可能确定）等曲线放样范围数据。在实际工程测量放样中，将测量仪器安置在任意控制点上，按公式（3）、（4）、（5）计算来控制曲线段放样边线位置，非常方便。
该点距曲线圆心的理论半径值：
R=（H- H0）m+r （3）
该点距曲线圆心的实测半径值：
（4）
该点距中轴线的实测值与理论值之差：
r= R-R （5）
式中R为该点距曲线圆心的理论半径；R为该点距曲线圆心的实测半径；H为该点的实测高程；H0为该点要开开挖到某一高程面上设计高程；m为该点处的设计坡比；r为圆心至开挖坡脚线距离：r该点测距理论半径与实测半径之差；xi″、yi″为该点的实测坐标x0″、y0″为曲线圆心点坐标。
按照（3）、（4）两式计算，在实际放样中，先将要放样的某一高程面上的曲线边桩点平面位置在地面测设出来（此仅仅是个标示范围的作用），然后只需按（5）式控制，由测站人员指挥立尺（镜）人在曲线范围上移动，直到R = R、及桩号或偏轴距与设计一致为止，则该点的位置就是既满足设计坡比要求又满足设计底宽要求的开挖边线位置，或在某一允许差值范围内。
4.计量横断面的测量和放样
3.1存在问题
计量断面测量不仅要检查开挖断面是否满足设计要求，而且还要为经营结算提供计量依据，其外业和内业工作量都较大，外业测量成果出不来，内业工作无法进行。一般的断面测量方法是把仪器安置于所测断面上逐个断面地测，速度慢，劳动强度大。
3.2解决问题方法
计量横断面的测量和放样与前述的的两种放样方法类似，同样是先将各控制点测图坐标换算为施工坐标系坐标，在进行断面测量时将测量仪器安置在任意控制点上进行任意断面的测量。测量仪器如果是经纬仪配合测距仪或经纬测距法，则应按相应的坐标计算公式计算出所测点的三维坐标，全站仪就不用另外计算，根据三维坐标数据只需控制标尺（或棱镜）处所测桩号断面上，或在某一充许差值范围内。采用这种方法进行计量断层的测量给测量人员带来很大方便。
5.结束语
三维测量范文第2篇
关键词：三维激光雷达；测绘；三维空间坐标
1引言
激光雷达技术最早源于二十世纪六十年代激光技术诞生之初的研究，但将其用于获取三维信息成像却是二十年之后，即从上个世纪八十年代开始着手研究并发展至今。在国内，激光雷达的硬件研究仍处于起步阶段，现有的技术还无法满足测量范围及精度要求。由于没有高精度的INS系统以及性能激光强度，激光功率，脉宽，测距精度可靠的激光测距装置，至今国内还没有成熟的激光雷达系统出现。但目前国内的研究工作者在相关领域方面的研究己经有了一定的成绩，北京遥感应用研究所李树楷教授研究的机载激光扫描测距成像系统原理样机于1996年完成，将激光测距仪与多光谱扫描成像仪集成于同一系统中，通过硬件实现了数字高程模型和遥感影像的精确匹配，直接获取地学编码影像。武汉大学李清泉教授研制开发了主要用于堆积测量地面激光扫描测量系统，天津大学叶声华教授所在的精密测试技术及仪器国家重点实验室也对激光雷达做了深入研究并取得了显著成果。
2三维激光雷达测量原理
三维激光雷达是以发射激光束探测目标的空间三维球坐标的雷达系统。采用相干测角、调频测距原理，向目标发射探测信号，然后将接收到的从目标反射回来的回波信号与发射信号进行比较吗，作出适当处理后可获得目标的球坐标。
2.1空间点三坐标测量
空间点三坐标激光雷达是基于球坐标进行测量，即通过激光调频测距获知空间点P的距离p，通过扫描头的方位俯仰两个轴上的圆光栅获知空间点方位和俯仰角度α和β，如图1所示，得到被测空间点P的三维坐标计算公式为
（1）
式中p为空间距离，采用调频相干测距方法测量。为P与XY平面的夹角，α为P在XY平面的投影与X方向的夹角。三维激光雷达测得点的球坐标（p，α，），通过（1）式坐标变换得到了在以激光雷达位置为原点的笛卡尔坐标系中的三维坐标（x，y，z）。
2.2 扫描测量
激光扫描测量是通过调整激光雷达扫描头的方位、俯仰运动来实现的。激光雷达测量时将激光扫描测量系统安装到支撑底座上，对待测物进行俯仰和方位的扫描并获得其点云数据，通过软件对点云的采集，预处理，插补，缝合，重构等步骤得到试件的实体模型。最后针对得到的实体模型进行解析，从而得到需要的测量参数，也可以直接针对处理后的点云数据进行操作。求得被测参量，激光扫描测量原理如图2所示。
3 三维激光雷达技术的工作流程
（1）有效获取原始飞行数据。三维雷达测距系统沿着线路走廊进行飞行，将输电线路空间的位置数据进行实时记录。原始飞行数据主要包括激光扫描数据，惯性导航系统数据，激光反射强度信息，回波数据以及原始数码影像。
（2）航线重构。航线重构主要是拼接后期的航带，并提供有效的数据支持作用。同时利用 GPS联合差分解算，可以将飞机飞行轨迹进行有效确定，并保证着精确性。
（3）消除激光数据系统中的误差和异常。在获取激光原始数据后进行处理时必须将激光数据系统中的误差和异常进行有效消除。
（4）将激光点三维空间坐标进行有效计算。可以运用软件算法联合处理飞机GPS轨迹数据，激光测距数据等方面，然后可以计算出各个测点的三维坐标数据。
（5）航带拼接。实施航带拼接可以增强线路重叠区域数据的精确性，提高接边地物的连贯性。
（6）识别和拟合线路。在识别和拟合线路过程中，需要提取部分线路，这时可以利用软件滤波和分类算法方法，并可以有效连接空间线路上存在的缺失部分。
（7）人工交互编辑。采用人工交互编辑！主要是为了消除自动算法中失效的激光点，同时也将没有正确分类的激光点以及没有正确滤掉的激光点进行消除。
（8）测量线路和地面的距离。在测量线路和地面距离时可以使用人工交互编辑和自动算法也可以将预警结果显示出来。
4 机载激光雷达系统的应用
（1）测制带状目标地形图
包括道路测量，道路规划和设计；输电线路，海岸侵蚀监测，海岸地带管理，交通运输，河道和水资源，交通管理，测绘铁路线路，光缆铺设，煤气管道，沟渠等。西南交通大学的梁策研究了基于LIDAR数据获取铁路纵横断面的方法，利用激光雷达数据获取Tin模型再从Tin模型中获取铁路截面，并开发了铁路纵横断面获取软件。
（2）灾害调查与环境监测
主要应用于自然灾害（如咫风、地震、洪水等）的灾后快速、及时、准确的评估和响应。美国宇航局戈达德航天飞行中心（GSFC）自1993年就利用机载激光雷达测量格陵兰冰原厚度。从1998年到1999年，又在同样的飞行路线上测量冰原厚度。利用两次测得的数据，并综合气温变化、冰原内积雪程度以及降雨量等因素来计算冰原融化速度。中国水利水电科学研究院的何秉顺研究了三维激光扫描技术在堰塞湖地形快速测量中的应用，对汶川大地震造成的安县肖家桥、罐滩堰塞湖地形变化进行了测量和分析。
（3）海岸地区测绘
包括浅海水测量，海岸线测绘，海岸侵蚀的动态监测。美国、加拿大、澳大利亚、瑞典等国为浅海地形测量发展的低空机载系统，使用了机载激光雷达系统，飞行高度为500――600m，直接进行测距与定位，最终得到浅海地形（或DEM）。比较典型的是美军现用的一种独具特色的激光扫描水下地形测量系统，采用激光雷达技术实施远距离量测浅海深度并测绘海岸地带的地形，监测海岸侵蚀等。
（4）森林资源调查
激光雷达系统主要应用于利用机载激光雷达技术提取森林地区DEM和推求森林植被参数。机载激光雷达能同时获得树冠底部的地形信息及树高信息。通过数据后处理，可分析植被覆盖并对其加以分类，可计算树高、树种及其林木体积，可动态监测植物的生长情况，以及提取真实数字地面模型。中国测绘科学研究院的李英成提出了一种适用于森林地区LIDAR数据滤波的算法，能在中等复杂地形的林区有效剔除粗差点、确定树木点云、地面点云。
（5）城市三维建模
随着“数字城市”的发展，三维城市数据的自动采集是一个重要环节，除了数字摄影测量外，从激光雷达数据直接获取建筑物的三维信息变得越来越重要。美国普度大学Alharhty等人对具有两次反射距离的纯激光测距点提取建筑物进行了研究，通过渐进滤波方法进行建筑物三维信息的提取，提出了基于两次回波信息的渐进滤波提取建筑物。荷兰代夫特大学Vosselman等人根据点云和地平面信息来重建三维建筑物模型进行深入研究，采用三维Hough变换从不规则分布的点云中提取屋顶面的信息。
5 结语
利用三维激光雷达测量是一种高效率、高精度的新方法。它具有传统测量方法不可比拟的优越性。速度快，自动化程度高，劳动强度低，精度高。激光雷达扫描所获取的数据量大，数据点密度高，完全能够反映物体的表面特征，从而可以相当精确地计算体积，解决了常规测量方法所不易解决的表面近似误差等问题。
参考文献：
[1] 张秀达，严惠民，羊华军，李燕.半正弦相关型三维激光雷达[J].光子学报，2009，38（2） ： 254-258.
三维测量范文第3篇
Abstract： A new three—dimensional probe data acquisition circuit is designed for CNC gear measuring center. Sensing circuit of Linear Variable Differential Transformer （LVDT） is designed based on AD698. Signal conditioning circuit and A/D transfer circuit based on AD7982 are designed. ADC interface circuit， central processing circuit and USB interface circuit also are designed. The new circuit send measuring result with digital data， thus the stability and reliability of the system are improved greatly.
关键词： 三维测头；差动变压器；信号调理；USB接口
Key words： 3D probe；Differential Transformer；Signal Conditioning；USB interface
中图分类号：TG86 文献标识码：A 文章编号：1006—4311（2012）27—0017—03
0 引言
CNC齿轮测量中心不同于普通的三坐标测量机，它对动态测量的速度和精度要求更高，需要对电感侧头三路信号进行同步采集，测头是CNC齿轮测量中心的关键部件之一，它的精度直接影响测量中心的测量精度[1]，测头的数据采样速率也是影响测量中心的速度的主要因素。目前绝大所属CNC齿轮测量中心采用一维模拟电感测头[2]，一些高端CNC齿轮测量中心采用三维模拟电感测头[3—5]。
近年来，许多研究人员研究了各种三维测头[6—10]，但模拟式电感侧头依然应用最为广泛。目前市场上三维电感测头基本依靠进口，同时，模拟式测头在应用中存在对环境和走线要求高，抗干扰能力差等问题，针对这一不足，本文设计了一种智能三维测头电路系统，完成电感信号采集、处理和数字化传输，提高了测头的集成度和智能成都，其数字传输方式提高了侧头信号的抗干扰性，为进一步简化CNC齿轮测量中心测控电路，提高测量精度和稳定性奠定了基础。
1 信号调理电路
差动变压器（LVDT）位移传感器是一种精密的位移检测部件，利用电磁感应原理将机械位移变化转换成电信号输出。具有结构简单、精度高高、线性好，抗干扰性好的特点，在CNC齿轮测量中心上有着广泛的应用。
根据差动变压器的位移测量原理，需要的电路主要有激励信号产生电路，差动整流电路和方向辨别的相敏检波电路。激励信号送入LVDT的初级线圈，然后次级线圈感应的信号通过相敏解调电路和滤波电路，经过运放电路处理后送入A/D转换器。
AD698是美国ADI公司生产的专门用于LVDT场合的单芯片信号调理电路。与LVDT配合，能将机械位移高精度的转换为单极性或双极性电压。并且AD698具有LVDT检测电路所有的电路功能，只需要简单的元件即可。AD698的应用简图如图1所示。
另外，AD698采用的是比率译码的方式，即通过计算次级电压与初级电压的比率来确定LVDT的位置和方向，所以温漂对激励信号造成的变化不会影响测量精度，测量稳定性好。
2 硬件电路
LVDT的信号处理电路主要结构如图2所示。包含了模拟信号处理电路，A/D转换电路，ADC数据接口电路和USB接口电路。
2.1 模拟信号处理电路 LVDT包含一个初级线圈和两个次级线圈。初级线圈接AD698的正弦波激励源，两个次级线圈反向串联。当LVDT内的磁芯移动时可改变线圈之间的耦合磁通，产生不同幅值的交流电压信号。
AD698通过内部的正弦波振荡器和功率放大器来驱动LVDT，输出频率在20Hz～20kHz可调，幅值在2V～24V可调，总谐波失真的典型值为50dB。
再通过两个同步解调将初级线圈信号B和次级线圈信号A送入AD698，计算B和A的比率。这种方式同时消除了激励源的漂移对测量结果的影响。
由于LVDT处于零位时，A通道可能为0V，所以A通道解调器有B通道触发。同时通过一个相位补偿网络给A通道增加一个相位超前或滞后量，用于补偿LVDT初级对次级的相位偏移。
A、B两个通道信号被解调和滤波后，通过除法电路计算比率A/B。除法器输出的是占空比为A/B的矩形波形，通过500μA的恒流源转换为电压值。传递函数为：
VOUT=IREF×■×R2
三维测量范文第4篇
关键词：倾斜摄影测量；三维建模；单斜片测量
中图分类号：O353.5 文献标识码： A
引言:近年来，国际地理信息领域将传统航空摄影技术和数字地面采集技术结合起来，发展了一种称为机载多角度倾斜摄影的高新技术，简称倾斜摄影技术。倾斜摄影技术通过在同一飞行平台上搭载多台或多种传感器，同时从多个角度采集地面影像，从而克服了传统航空摄影技术只能从垂直角度进行拍摄的局限性，能够更加真实地反映地物的实际情况，弥
补了正射影像的不足，通过整合POS、DSM 及矢量等数据，进行基于影像的各种三维测量。基于人眼视觉适合于观察倾斜透视像片的特点，倾斜影像测量技术更适合于网络环境应用。针对倾斜摄影数据的特点，人们进行了多方面的研究探讨。该技术可广泛应用于测绘、国土安全、城市管理等领域。
1、机载多角度倾斜摄影简述
机载多角度倾斜摄影测量系统是新一代摄影测量系统。其主要内容包括倾斜摄影数据获取技术和相应的数据处理技术。该系统数据获取部分一般由5个数码相机组成，包括1个垂直摄影相机和4个倾斜摄影相机，系统还可将摄影相机与机载GPS接收机、高精度IMU 进行高度集成。摄影相机用来提供影像信息，而GPS、IMU 则分别提供位置和状态信息。通过在系统中集成定位定姿设备或进行空中三角测量处理可为每张拍摄的影像提供位置姿态信息用于后续的数据处理。倾斜摄影测量系统是数字制图方面的一个重要突破，它使得“非现场”测量和分析不仅可在模型上进行，而且也可在倾斜航片上进行。通过摄影测量方式获得的垂直正射像片和倾斜正射像片被整合到一个所谓的“场景文件”中，而“场景文件”则提供了对任一地块、建筑物、构筑物及特征物的多维度、多视向的观察。国外在上世纪90年代就开始了对倾斜摄影测量系统的研究，目前该技术正成为研究的热点和市场的应用方向。美国Pictometry公司是世界上最早研究倾斜摄影技术的公司。目前Pictometry公司的倾斜摄影系统已在北美、欧洲得到广泛的应用，该类系统所具有的特点对人们使用地理空间信息的方式产生着很大的影响。它在美国的早期成功是用于突发事件方面的应用，而真正的发展始自于与微软的合作，并被集成进微软公司开发的Bing Maps之中。Google Earth也可能集成大角度的倾斜影像。经过地理参考定位的倾斜影像拓展了传统垂直影像的特性，提供了独特的透视观测方式，基于影像的三维测量系统具有如下的作用：①直接观测到建筑物的立面，垂直影像上是很困难或不可能的；②能够在影像上直接测量物体的高度、长度、面积等；③改善了对电杆、灯杆等物体的识别，而要在正射影像上进行这些识别是很困难的；④改善了非地图专业人员对地理信息的“可读性”；⑤扩展了以倾斜影像的3D观测GIS数据的方式。
2、基于倾斜摄影数据的三维测量技术
倾斜摄影测量系统三维建模的主要目标是，基于多角度倾斜相机摄影数据获取系统飞行拍摄的影像、拍摄时同步记录的POS数据、该区域DSM 数据、矢量图形数据等资料，进行必要的加工处理，建立基于机载多角度倾斜摄影影像的三维测量系统。其主要内容如下。
（1）利用POS进行倾斜摄影高精度空中三角测量利用航拍时同步记录的POS数据，研制开发高精度光束法区域网平差程序模块，计算每幅影像的内外方位元素及检校参数等，计算立体测图所需的定向点、连接点等。
（2）影像数据及辅助数据管理与检索针对倾斜摄影系统拍摄的大量影像及位置姿态
数据等，建立数据管理与检索模块。为后续处理提供该类数据的访问接口。
（3）DSM 数据管理与检索
针对摄影区域内的大量DSM 数据，建立数据管理与检索模块。为后续处理提供该类数据的访问接口。
（4）矢量数据管理与检索
针对摄影区域内的矢量图形数据，建立必要的数据管理与检索模块。为后续处理提供该类数据的访问接口。
（5）影像与DSM 融合
在上述处理模块的基础上，研制开发倾斜摄影影像与DSM 数据的融合方法，生成高密度彩色点云或三维彩色影像，实现点云彩色化或图像三维化。
（6）影像与矢量数据融合
研制开发倾斜摄影影像与矢量图形数据的融合方法，实现影像与矢量图形数据的叠置整合。
（7）基于影像的三维测量与建模
在上述处理模块的基础上，实现基于倾斜摄影影像的显示及交互三维量测，包括（相对）位置、高度、长度、距离和面积等。实现基于倾斜影像的三维建模功能。
（8）基于WEB的查询应用
在上述模块加工处理数据的基础上，开发基于WEB的查询浏览软件，实现基于互联网的影像三维测量功能。
2.1三维建模技术
在利用倾斜摄影影像数据、POS数据、DSM 数据及矢量图形数据的基础上，采用如下的技术路线：通过研制开发基于POS的倾斜摄影空中三角测量技术，进一步提高位置姿态的测量精度，得到每幅影像的方位数据；拟采用快速索引技术实现对多源空间数据的管理与检索，开发统一的数据访问接口；采用DSM 数据作为多源数据配准的几何基准；利用空间同步原理实现影像数据与DSM数据及矢量图形数据的配准融合；研究基于影像信息支持的内插法进行影像三维化；拟根据摄影测量几何约束研究开发三维建模纹理自动（或半自动）映射方法。
2.2单斜片测量技术
单斜片测量是在一些基本的测量数据产品的基础上，能够对单张斜片进行某些参数的应用测量，主要包括地物的高度、长度、距离及面积的测量等。
（1）单斜片测量需要的基础数据资料包括5头相机倾斜摄影影像资料，POS数据或空三加密成果（主要是斜片的内外方位元素），包含斜片地面覆盖范围的测区DEM、DOM 数据等。
（2）单斜片测量的思路
在POS数据或空三加密成果及测区的DEM、DOM 数据的基础上，建立待测量斜片与DOM数据之间的关系，得到一定意义上的倾斜纠正影像，再对倾斜纠正斜片进行一些相对参数的测量。
3、实验结果与分析
基于上述思想，初步开发了一个利用倾斜影像数据进行三维建模与单斜片测量的软件系统。开发环境采用的操作系统为XP／W7，开发语言为VC＋＋6．0／VC＋＋2010。下面对软件系统的基本功能及实验情况做一下简单介绍。
3.1加载DOM、DEM 影像由于要实现对倾斜影像的检索和量测，首先需要加载该区域的DOM影像，在菜单栏文件目录下，打开需要加载的该区域的DOM 影像，同时DEM影像也会自动加载。
3.2计算斜片覆盖范围
计算斜片覆盖范围所需资料包括对应的POS数据、内方位数据、相机大小数据和测区地面的平均高程数据。在菜单栏目录下预处理斜片覆盖范围，打开POS或像片外方位元素数据文件对话框，加载外方位元素数据，即可计算像片的覆盖范围，提示程序正常运行，此时在每个相机文件夹下会自动生成计算出的像片覆盖范围结果文件Photos.cov和Photos.ctp。只有在新加载一个工程时，才需要计算像片的覆盖范围，之后如果重新需要加载该工程，则不需要首先计算像片的覆盖范围，直接进入下一步即可。
3.3检索斜片
加载了DOM 影像之后，就可以在DOM 影像上任何区域检索出该区域所有匹配的影像，分为两部分检索斜片和检索列表。单击该区域即可检索出该区域对应的像片个
数。
3.4斜片测量
检索完像片之后，即可选择最佳像片进行测量。该软件在斜片测量方面给出了两种方法：
一种方法是根据DEM 确定动态比例尺，计算长度和面积。测量目录下有斜片长度和斜片面积两个命令，可测量任意长度和面积。
结束语:
机载多角度倾斜摄影测量系统是对单角度摄影测量系统的改进和发展，通过在一个飞行平台上搭载多个摄影角度的传感器或数码相机，不仅能够实现常规的地表三维测量，而且由于其能够同时获取更多的地表覆盖数据，因而能够大大提高地表三维测量的可靠性和测量精度；还能够在完成地表三维几何测量的同时，获取大量的常规摄影无法得到的地物立面的纹理信息和几何信息，其在数字城市构建中具有重要的意义。
参考文献：
三维测量范文第5篇
关键词：全站仪；三维地形图；测绘
1 三维数字地形图的特征
三维数字地形图也是线划地形图，它把地形和地物都看成三维空间对象，用三维离散点表示地物和地貌的空间位置和立体形状。三维数字地形图具有如下特征：它既能反映制图区域内地球自然表面的高低起伏，又能反映其上地物立体形状。它是用三维离散点表示地形或地貌以及地物空间立体形态的矢量地图，在反映地物的平面位置或大小与竖直方向的高程或高度时，都是按1：1或同一比例尺表示的。它在反映空间地理信息时都是比较精确、细致和详细的，用比例尺的概念表示就是大比例尺的，如1：500、1：1000和1：200，且通常都是小区域的。它只能是数字或电子形式的，不能是纸质的。
2 全站仪棱镜测量测绘三维数字地形图的分析
2.1 全站仪棱镜采集三维数据的内容与特征
三维数字地形图数据的采集方法较多，全站仪采集是诸多方法中的一种，但全站仪野外数据采集一般工作量比较大，要注意各种技术人员的密切合作，来提高工作的效率和质量。该方法适用于大比例尺、精度要求高的三维空间数据，且作业面积范围较小的工程。三维地形数据采集包括两个阶段，一是：外业采集，主要是利用全站仪采集地形点的三维空间数据。由于受通视条件、劳动强度等因素的影响，只能采集地形特征点的三维空间数据，地形特征点一般是指山谷点、山脊点、洼地、山脚点、山顶等等。由于这些特征点的密度不够和分布不均匀。这样在对有些地区的地表高低起伏就很难精确的表示。二是：内业加密，就是将外业采集的数据，通过内插的方法对特征点的密度和分布进行有效处理，获得分布均匀，密度适当的地形点及高程，使其更能详细的反映地势的走向。在利用全站仪野外获取三维地物数据测量时，地物底部特征点数据的获取是比较容易的，难点在于怎样获取地物顶部特征点数据。
2.2 全站仪棱镜测量三维数字地形图的方法
2.1 用全站仪测量水平距离和两个竖直角，来求地物的高度
此方法在进行测量竖直角时，由于地物很高，受到全站仪望远镜仰角的限制，因此要将仪器架在离建筑物较远的地方，才能进行测量。用全站仪来测量地物的顶部和底部的两个竖直角和到地物的水平距离计算地物的高度。地物的高度H=h1+h2，其中：h1=s tan(v1)，h2=s tan(v2)。式中：v1-顶部竖直角，v2-底部竖直角，s-水平距离。此方法测量高度的精度取决于测距和角度测量精度，适合用在点状地物、线状地物和规则的面状地物。
2.2 测量两个斜距和一个平距，来求地物的高度
该方法在测距离时，同样遇到如方法1中的影响。用全站仪来测量地物点的顶部和底部的两个斜距，及到地物的水平距离，利用直角三角形的原理来计算地物的高度。地物高度是：H=h1+h2，其中
式中的s1-顶部斜距，s2-底部斜距，s-水平距离。该方法测量高度的精度取决于测距精度的要求，适合于有高度的点状地物、线状地物和规则的面状地物。
2.3 全站仪棱镜测量方法的实验和精度分析
用全站仪测量因瓦合金尺的高度来进行精度的分析。因瓦合金尺是一等特种・特型专用精密因瓦水准标尺，它主要采用标准CH8008-92因瓦合金带4J36，线膨胀系数≤1.3×10-6/℃；米间隔真长与名义差≤±0.02mm；米间隔平均真长≤0.008mm；分米分划真长与名义长之差≤0.01mm，标尺基本与辅助常数差及零点高差≤0.015mm，标尺纵轴线与底平面垂直测定≤4″；底平面平直度≤0.015mm；尺身矢距≤2mm；数字注记为分米和厘米，分划间隔为10mm和5mm，有正象和倒象两种。由于它的性能和精度高，可以把它的尺长看作是真值，用全站仪对它进行测量，探讨地物高度测量方法的精度。
2.3 测量水平距离和斜距的精度分析
本实验中高度精度由测距精度影响，因此高度精度为：
式中ms-斜距中误差，ml-平距中误差。根据此公式对下列试验数据进行精度分析。
表1：测量两个斜距和一个平距来求地物高度的测量数据
根据方法1解算，得到的尺长为1.9988m，和真值相比相差0.0012m。其相对误差是6/10000。
2.5 不同区域内全站仪的数据采集方法
由于野外全站仪测量受到通视条件的限制，在地物比较稀疏的地区或者小范围的测量区域，可以用全站仪采集地物底部特征点的数据，同时可以利用全站仪有棱镜测量法对地物的高度进行测量，不会受到全站仪仰角的限制。在此区域的数据采集利用无棱镜测量时，效率更高，工作量少，经济较低等特点。在城镇或地物比较密集区域，用抽样采集地物底部特征点法采集地物的顶部特征点的数据。此方法就是将全站仪设置在较高的地方，用无棱镜测量模式抽样采集数据，获得上层不同高度顶部特征点的信息。此时进行数据采集时和地面上进行数据采集时的工作过程是一致的。因此获取两层空间数据：地物底部特征数据和地物顶部特征数据。
