地面三维激光扫描技术（TLS）是从20世纪90年代中期开始发展起来的一项新兴测绘技术，该技术可以快速地以毫米级采样间隔获取实体表面点的三维坐标信息，建立目标的三维模型，并提取线、面、体等制图数据，实现实景复制，由传统的特征点数据采集方式转变为全特征数据采集方式，弥补了传统方法的不足。如今TLS已广泛应用于地形测量、滑坡、隧道和建筑物等的变形监测中，效果显著。

尽管GBSAR和TLS是两种不同的监测技术手段，但具有较强的互补优势。二者各自优缺点分别为：①GBSAR能够获取视线方向目标物高精度位移图，观测结果精度高，可达毫米级甚至亚毫米级；②TLS可快速获取目标物的三维模型。本实验提出了一种将GBSAR和TLS数据融合的方法，该方法生成的三维干涉雷达点云使GBSAR视线方向的变形信息能够三维可视化，突破了GBSAR本身二维平面的限制，使得变形监测结果更为宏观。通过将GBSAR获取的高精度位移图与TLS获取的三维模型融合生成三维干涉雷达点云，既保留了GBSAR高精度形变信息的特点，同时也实现了交互式3D显示功能。

三维激光扫描仪每发一束激光就可得到目标表面单个点的信息，根据激光发射器的水平方位角、垂直方位角以及测量距离S，就可以求出目标点P的三维坐标。三维激光扫描系统采用的是系统的局部坐标系，X轴和Y轴位于局部坐标系的水平面上，且Y轴通常为扫描仪扫描方向，Z轴为垂直方向，其关系如图9-6所示，通过计算获取场景中点的三维坐标为：

一般而言，GBSAR主要应用了步进频率连续波、合成孔径雷达和干涉测量3大技术。其中，步进频率连续波技术是一种频率调制技术，可以提高GBSAR系统的距离向分辨率。为了得到较高的空间分辨率，GBSAR采用了合成孔径雷达技术，通过这两种技术可获取目标物的空间二维雷达图像。利用干涉测量技术，雷达可获取目标物在天线视线向上的精确位移。将GBSAR和TLS融合不但能获得实时的二维平面信息，而且能得到三维空间信息，从而使所获得的地理信息形成多层次、多方式、多侧面的全方位模型，大大拓宽了地理研究的广度和深度。(www.daowen.com)

图9-6　激光扫描三维测量原理图

本实验旨在研究GBSAR和TLS的数据融合技术，在保留TLS提供目标物表面的DEM基础上，同时融合GBSAR提供的高精度位移图，生成具有交互3D显示效果的三维干涉雷达点云模型，直观且高精度地展示目标物的变形情况，为宏观决策提供有力的技术支撑。在国外，这项融合技术已经应用于山体滑坡、大坝和考古遗迹的监测及积雪深度的测量，国内还鲜有这方面的研究。

参考国外一些成功的实例，如何建立GBSAR和TLS之间的联系是关键所在。本实验通过坐标转换和投影的方法，实现GBSAR和TLS的数据融合。在坐标转换过程中，可以通过获取二者共同的控制点坐标，实现其平面坐标系的相互转换。数据融合的过程主要分为3个步骤：①分别获取TLS和GBSAR的观测成果，即高分辨率的三维模型和高精度的视线方向位移图；②通过坐标转换和投影的方法将二者的成果融合生成三维干涉雷达点云；③综合分析融合成果，对目标物的变形情况作出判断或者预测。

为了验证GBSAR与TLS数据融合方法的有效性，采用IBIS-L地基雷达系统和Riegl公司的VZ-400型号三维激光扫描仪对清江隔河岩大坝进行变形监测实验。该大坝位于长江支流的清江干流上，下距清江河口62km，最大坝高151m，坝顶高程为206m，全长650m。大坝为混凝土结构，对GBSAR和三维激光扫描仪照射回波反射率较高，能够有效地减少信号的透射，有利于获取更多的有效数据。对大坝周围环境进行全景扫描，采样率设定为系统自动采样率，粗扫完成后，重新设定采样率为10mm，再对大坝进行精扫，实验时间共维持十几分钟，可快速获取大坝的三维模型；然后，采用GBSAR对大坝进行观测实验，将设备安置在距离大坝300多米的正前方，这样保证了GBSAR的视线方向与大坝形变方向相一致，所获结果能直接反映大坝的形变情况，采样频率设定为单幅影像20min，观测时间共维持了8个多小时，共获取28幅影像。