1　范围
本标准规定了三维激光扫描沙滩地形测量技术规程的术语和定义、总则、技术准备、技术设计、控制测量、沙滩地形扫描、数据处理、补测、成果制作、质量控制及成果提交。
本标准适用于山东省管辖海域内的沙滩地形测量。
2　规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 12898—2009　国家三、四等水准测量规范
GB/T 14912—2005　1:500　1:1000　1:2000外业数字测图技术规程
GB/T 18316　数字测绘成果质量检查与验收
GB/T 24356　测绘成果质量检查与验收
CH/T 1004　测绘技术设计规定
CH/T 2009　全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范
3　术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1　
地面三维激光扫描技术　terrestrial three dimensional laser scanning technology
基于地面设站的一种通过高速激光扫描，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据和全景影像的测量技术。
3.2　
标靶　target
地面三维激光扫描仪用于导入已知点坐标信息和点云拼接的规则几何形状标志，分为控制标靶和拼接标靶。
3.3　
控制标靶　control target
放置在控制点上的标靶，用于将已知控制点坐标导入点云数据。
3.4　
拼接标靶　registration target
放置在相邻测站的中间区域，用于点云拼接的标靶。
3.5　
间歇站　Intermittent station
扫描作业中断时，需在测站设立位置不变的拼接标靶，便于继续作业，该测站称为间歇站。
3.6　
附合扫描路线　connecting scanning line
扫描路线起点和终点的拼接标靶均包括已知点控制标靶，该路线称为附合扫描路线。
4　总则
4.1　测量基准
4.1.1　坐标系统
采用2000国家大地坐标系（CGCS2000）。
4.1.2　高程系统
采用正常高系统，基准为1985国家高程基准。
4.1.3　地图投影
采用高斯—克吕格投影，中央经线为扫描区域中心相近的0.5°整数倍经线。
4.2　点云技术指标
三维激光扫描沙滩点云精度和密度不应超过表1的规定。当所需精度有特殊要求时，可根据相应的专业需要在技术设计书中进行规定。
表1　三维激光扫描沙滩点云技术指标
平面点位中误差/cm
（相对于临近控制点） 高程中误差/cm
（相对于临近控制点） 点云间距/cm
7 3 3
5　技术准备
5.1　资料收集与分析
在沙滩地形扫描外业工作开展之前，应收集并分析测区下列资料：
a) 水文资料（潮汐、波浪、水深、河流入海径流量和含沙量及其扩散范围等）；
b) 地质、地形地貌、沉积物勘查资料（地形图、遥感影像、岸滩实测断面等）；
c) 大地测量成果资料（扫描区域附近已有的水准点、GPS控制点等）；
d) 气象资料（温度、风速、风向及灾害性天气等）；
e) 扫描区域海域冲淤调查研究报告；
f) 影响海岸变化的人为因素（采砂、海岸构筑物修建、河流人工改道等）；
g) 交通和通讯情况；
h) 人文经济资料。
5.2　实地踏勘
实地踏勘应包括以下内容：
a) 测区的开发利用实际情况，如沙滩人员流动情况、娱乐设施建设情况、沙滩范围内用海项目建设情况、测区已知测量控制点（平面和高程控制点）实际情况；
b) 测区海岸线类型和分布等实际情况；
c) 测区沙滩侵蚀和淤积的实际情况、典型地貌体（沙坝、沙丘等）分布情况；
d) 测区潮汐变化的实际情况；
e) 测区交通、植被分布、建筑物/构筑物等实际情况。
6　技术设计
6.1　在分析已有资料和实地踏勘的基础上，应进行技术设计，技术设计书的编写应符合CH/T 1004的规定。
6.2　根据潮汐变化情况，确定合理的扫描时间窗口，开始时间宜在最低潮前半个小时。
6.3　根据沙滩地形和蚀淤情况，明确重点扫描区域，确定扫描路线和控制靶标放置顺序。
6.4　根据沙滩地形变化情况，确定放置扫描仪和拼接标靶的概略位置。
7　控制测量
7.1　选点与埋石
7.1.1　选点前应充分收集测区控制测量、地形测量、潮汐和海岸线等资料，明确岸线类型及分布情况。
7.1.2　控制点布设于沙滩临陆一侧，呈线状分布，并保证与沙滩保持通视，便于扫描。
7.1.3　测区内高程控制点与平面控制点布设一致。据测区一定距离多布设1个高程控制点，若测区内控制点破坏，用于联测。
7.1.4　扫描起点与扫描终点必须分别布设至少一个控制点，测区内不能少于3个控制点，用于大地基准的配置。控制点间隔以200 m左右为宜，以有效控制扫描误差积累。
7.1.5　对于人工岸线的测区，选择不易破坏的固定地物凿设标志代替埋石，对于砂质岸线的测区埋设固定沙丘基本标石。
7.1.6　待标石稳定后再开始控制测量作业。
7.2　平面控制测量
7.2.1　凡符合精度要求的已有控制点成果，均可作为同等级点使用。
7.2.2　平面控制采用RTK平面控制测量，控制点等级采用二级，按CH/T 2009的规定执行，技术指标应符合表2的规定，野外记录表见附录A。
7.2.3　RTK平面控制点应进行100 %外业检测，检测采用全站仪测量边长和角度，检测结果应符合CH/T 2009的规定。

表2　RTK平面控制测量二级控制点主要技术指标
相邻点间平均边长/m 点位中误差/cm 边长相对中误差 与基准站的距离/km 观测次数 起算点等级
300 ≤±5 ≤1/10000 ≤5 ≥4 一级及以上
注1：网络RTK可不受与基准站距离限制，但必须在网络覆盖的有效范围之内。
注2：相邻点间距离不宜小于平均边长的1/2。
7.3　高程控制测量
7.3.1　高程控制测量按GB/T 12898—2009中四等水准测量执行，测量精度要求见表3。
7.3.2　水准路线应避开沙滩区域，选择坚固路面进行。
表3　四等水准测量精度要求
每公里水准测量偶然中误差/mm 每公里水准测量全中误差/mm
≤5 ≤10
8　沙滩地形扫描
8.1　仪器选用
地面三维激光扫描仪应符合表4的规定。
表4　地面三维激光扫描仪主要技术指标
最大测程/m 测距中误差或点位中误差/mm 测角精度/″
≥100 ≤5 ≤16
8.2　标靶布设
8.2.1　控制标靶布设
8.2.1.1　控制标靶布设在控制点上，整平对中，对中误差应不大于5 mm。采用倾斜测量方法，扫描前后分别量取标靶高度3次（互成120°），标靶高度量测基准面至中心标志面的距离，互差应不超过2 mm，并做记录（见附录A），按公式（1）改正标靶高度。
   (1)
式中：
h ——控制标靶高度，mm；
L ——标靶高度量测平均值，mm；
R ——控制标靶半径，mm。
8.2.1.2　确保控制标靶的可见性，且在地面三维激光扫描仪量程范围内。
8.2.1.3　当控制标靶同时出现在相邻两站扫描点云中，可作为拼接标靶使用。
8.2.2　拼接标靶布设
8.2.2.1　拼接标靶放置在特制三脚架上，保证架腿埋入沙滩一定深度，避免直接将拼接标靶放置在沙滩上，防止扫描过程中标靶位置出现变动。
8.2.2.2　拼接标靶建议选取球状标靶，每组拼接标靶不少于4个，无序放置，不可布设成规则几何形状,拼接标靶间距应不小于4 m，垂直方向不位于同一平面内。
8.2.2.3　拼接标靶放置时，充分考虑沙滩地形变化、地面三维激光扫描仪量程和扫描路线，确保相邻两站拼接标靶的可见性。
8.2.2.4　扫描间歇站必须寻找固定地物凿设标志，无固定地物时需埋设木桩，精密整平对中布设不少于4个拼接标靶。
8.3　扫描路线
8.3.1　扫描路线先布设沙滩向海一侧。向海一侧为重点扫描区域，先扫描向海一侧，再扫描向陆一侧。
8.3.2　扫描起点选在沙滩两端，或沙滩侵淤严重的区域。
8.3.3　一条附合扫描路线测站配准次数不能超过5次。
8.3.4　扫描路线布设示意图见附录B。
8.4　扫描操作要求
8.4.1　扫描作业前应将仪器放置在观测环境中30 min以上，不应在雨、雪、沙尘暴等恶劣天气下外出作业。
8.4.2　精扫地形变化频繁的临海区域，粗扫临陆区域。对于最低潮时露出的沙坝，扫描时应以合适的扇角进行精扫。可以到达的沙坝，应架设仪器进行扫描。
8.4.3　根据地形变化，合理选择扫描站位位置，脚架应尽量架高，以扩大仪器视野。测站间距应不大于100 m。
8.4.4　控制标靶随地面三维激光扫描仪迁移进行迁移，保证控制标靶在扫描仪量程内。
8.4.5　每站扫描保证前视4个拼接标靶和后视4个拼接标靶有足够的点云数据，对于点云数据较少的拼接标靶进行精扫。
8.4.6　每站扫描结束后，认真检查控制标靶和拼接标靶的可见性，确认无误后再搬站。
8.4.7　扫描间断时，须寻找固定地物凿设标志（可利用已有控制点），整平对中布设不少于4个拼接标靶，用于间断前后扫描。
8.4.8　地形扫描期间应填写相应外业记录表格（见附录A）,便于内业数据处理。
9　数据处理
9.1　控制测量数据处理
9.1.1　必要时可将全站仪所测边长和角度作为限制条件进行平差处理，提高RTK平面控制点精度。
9.1.2　高程控制测量数据处理按GB/T 12898—2009的规定进行，水准测量进行平差处理。
9.2　点云拼接及质量检查
9.2.1　采用基于标靶的点云拼接方式，提高点云拼接的成功率。
9.2.2　拼接标靶提取建模精度应大于1.5 mm。拼接标靶建模误差超限，应当舍弃或者补测。
9.2.3　利用全景影像结合扫描外业记录表格进行点云拼接，相邻测站的标靶拼接误差应小于2 mm。若相邻测站拼接误差过大，说明扫描过程中拼接标靶位置发生变动，应舍弃问题拼接标靶。
9.2.4　若可用的前视或后视拼接靶数目少于3个，此测站为问题测站，视情况进行补测。
9.2.5　相邻测站间拼接标靶大于3个时，应对拼接标靶进行人工取舍，选取拼接误差最小的拼接标靶组合。
9.2.6　附合扫描路线控制点间平面距离相对较差不大于1/3500，控制点间相对高程较差不大于2 cm。下列计算公式（2）、（3）为平面距离较差和相对高程较差。
   (2)
   (3)
式中：
     ——控制点间平面距离相对较差；
          ——控制点编号；
  ——点云中控制点平面坐标和高程，m；
  ——控制点平面坐标和高程，m。
9.3　坐标系转换
9.3.1　坐标系转换应选取不少于4个已知点，已知点应均匀分布，必须包括测区两端的控制点。
9.3.2　坐标转换形式采用七参数模型，转换时宜固定比例因子，坐标转换残差应大于5 cm。
10　补测
10.1　对于不符合9.2和9.3中的相应规定的区域，应确定问题扫描区域，进行补测。
10.2　补测扫描时应充分利用已有控制点、间断站拼接标靶等固定标志，精密整平对中布设不少于4个拼接标靶，以实现补测点云与原点云的拼接。若补测区域缺少固定标志，可加密控制点，利用控制点坐标实现点云拼接。
10.3　补测范围较小可采用全站仪进行，全站仪测角精度应不大于5″，测距固定误差应不大于5 mm，比例误差系数应不大于5 ppm，测量的最大测距长度应不超过150 m。
11　成果制作
11.1　点云预处理
成果制作前应对点云进行噪声处理、滤波平滑、空洞修补等预处理，利用全景影像进行人机交互编辑，去除沙滩区域以外地形点云，去除沙滩上杂草、杂物、人员等无关点云，以减少数据量。
11.2　地形图制作
11.2.1　地形图分幅和编号、高程注记点密度应符合GB/T 14912—2005的规定。
11.2.2　地形图基本等高距、地物点的平面位置精度、高程注记点的高程精度和等高线插求点高程精度按GB/T 14912—2005中平地类别的规定进行。当对精度有特殊要求时，可按照技术设计书中的规定进行。
11.3　数字高程模型（DEM）制作
11.3.1　DEM构建可采用不规则三角网法或规则格网法。根据成图比例尺，进行点云数据重采样，利用全景影像提取特征点和特征线。
11.3.2　DEM比例尺应大于1:500，按照技术设计书中格网尺寸和格网点高程精度的规定进行。
11.3.3　DEM比例尺选用1:500、1:1000、1:2000时，格网尺寸和格网点高程精度按GB/T 14912—2005中的规定进行。
11.4　断面图制作
11.4.1　提取点云数据制作地形断面图，比例尺宜采用1:50，1:100或更大比例尺。
11.4.2　断面起点应选在控制点附近，断面方向垂直于海岸线，断面位置和数量以反映沙滩地形和蚀淤情况为宜。
11.4.3　点云数据提取应顾及断面地形特征点，断面点间距应不大于图上1 cm。
12　质量控制
12.1　三维激光扫描沙滩地形作业成果检查验收按照二级检查、一级验收的程序进行。
12.2　质量检查验收按GB/T 18316、GB/T 24356中的规定进行，且应同时满足技术设计书的要求。
12.3　点云数据质量检查的内容应包括：点云完整性、点云平面精度、点云高程精度、点云间距和高程检验。
13　成果提交
资料提交应包括以下内容：
a) 技术设计方案和技术报告；
b) 观测数据，包括控制测量数据和点云数据；
c) 野外测量记录表（见附录A）；
d) 内业数据处理记录，包括平面和高程控制测量数据处理记录、点云数据处理记录、高程检验记录；
e) 地形图、数字高程模型（DEM）、断面图等。