淺談地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用

[摘要]三維激光掃描技術，也被稱作是實景復制技術，起源于上個世紀九十年代的中期，此項高新技術的實現，是通過激光掃描，獲取大面積的被測對象的三維數據坐標，為物體三維影像的建立提供有力的技術支持。本文通過對三維激光掃描技術的基本原理進行總結，總結了該技術在工程測量當中的具體應用。

[關鍵詞]三維激光掃描技術；工程測量實現

由于三維激光掃描技術受到很多科研人員的青睞，使其應用也越來越廣泛，作為一種新型式的測量工具，也得到了世界范圍內的廣泛認可。這種技術可以在測量中實現三維場景重現，被譽為測量領域中新一代技術革命的體現者。

1、地面三維激光掃描技術的分類和原理

地面三維激光掃描技術有很多不同的測量方式，其中包括固定掃描和移動掃描。對于傳統激光測量來說，固定式激光掃描系統更具有創新性，在內部結構中更加滿足現實測量環境，保證測量準確性。固定式激光掃描系統包括控制系統，內置數碼相機，后期處理制作等軟件組成，與傳統測量儀器不同的是，固定式激光掃描不是通過單純的掃描離散三維坐標，而是通過復雜的點云數據來實現數據收集，速度快，準確率高。移動式激光掃描系統中，運用了先進的GPS導航系統，通過慣性導航，實現了與固定式三維激光掃描的組合應用。

2、地面三維激光掃描技術的應用

在工程測量當中，固定式三維激光掃描技術的應用主要體現在四個方向上，描繪地形圖，計算實際土方量，工程完工測量和三維建模。在工作流程上包括掃描準備，數據獲取，點云數據的匹配和數據處理四大部分

在掃描前的準備工作中，要對實際測量環境進行仔細觀察，以確保在固定位置選取上安全合理。固定位置的選取一定要滿足以下條件，確保固定位置能將整個測量區域進行涵蓋，保證數據全面收集，另外還要保證減少原始數據的影響，還要對特殊地形進行全面拍照，方面后期的數據處理。

在數據的獲取，匹配和處理上，一定要保證對對工程整體的數據進行仔細分析，最終建立完整坐標，而且在工程測量中，這種固定式三維激光掃描技術獲得的數據應用較為廣泛。

2.1在地形圖測繪中的應用

在地形圖的測繪中，一定會遇到常規手段無法完成的測繪工作，比如說懸崖，高山阻隔等等，對于這種區域，可以利用激光掃描技術，在不需要接觸的條件下，就可以完成相關工作。其中主要工作過程，都是在數據處理的基礎上來實現，提取相關地形特征信息，利用相關技術信息進行重組編輯，就形成了人們所看到的地形圖。

2.1.1提取和繪制工作

這其中的提取指的是將地面的特征進行有效提取利用地面三維激光掃描之后，對數據進行多點提取，最后在系統中輸入大小比例，完成地面繪制工作。

2.1.2生成等高線

在實際的工程建筑中，一般受到地形不等高影響，使工程測量工作難以準確進行，比如說植被的影響，再比如說其它建筑物的影響，都會對最終結果帶來不準確性，因此，在測量過程中，首先要將這些不等高因素剔除，通過收集來的數據進行平均面計算，然后再將離平均面最遠的數據進行剔除，反復測量幾次之后，可以獲得最終的等高線。但在這個過程中，被剔除的數據對于地形測繪來說分布不均勻，而且電位密度也大，在這基礎上直接構建三角網絡容易產生巨大誤差，讓等高線出現偏移，對繪圖造成嚴重影響。在這種情況下，要對地貌數據進行抽稀，然后再進行繪圖，保證等高線具有等高性。

2.1.3編輯成圖

由于等高線在繪制過程中對數據進行抽稀，導致了等高線局部缺失或者扭曲情況，因此，在等高線處理過程中還需要與其他實際地物進行比對，找出其中關系，然后在與等高線進行圖形疊加，在細節上做人工調整，最后便可以進行編輯成圖了。在地面三維激光掃描技術應用與工程測量中時，可為人類降低很多工作強度，還能對整體工程的實際環境進行詳細描繪，但是在數據處理上問題很大，因為這種技術帶回來的信息量比較龐大，當前技術中也不能實現信息的收集，編輯和成圖的一體化工作，使得工作效率無法進一步被提高。

2.2土方量計算

在工程測繪當中，土方量計算較為復雜，當中使用的儀器較多，涉及到GPSRTK，全站儀，水準儀等，還要通過測繪地表的高地不平的特征點來進行三維坐標的繪制，從而得到土方量計算結果。該方法在以前雖然常用，但是也存在明顯缺點，需要進行大量的野外散點采集，導致工作量大，精確程度不高。但是通過加入三維激光掃描技術之后，以上缺點得到了很好的優化。

2.2.1構建基準面

在點云數據處理完成之后，一定要將數據坐標系轉移到工程實際坐標當中，在這個過程中，可以用二乘法來實現，在轉換過程中要確保精度不受影響，一般在基準面的構建中，要選取一個固定的平面，但在一般的工程項目中，一般都是要求進行構建曲面。

2.2.2地物去除

在土方量計算過程中，如果基準面上沒有植被或者有很好植被時，可以直接運用數據處理進行土方量計算，但如果存在大范圍的植被覆蓋，首先應該進行植被過濾，也就是地物去除，這里涉及的方法與上文類似，這里不做重復說明。

總結：

三維激光掃描技術是目前工程測繪中最先進也是最實用的技術之一，該技術對于傳統測量技術來說可以起到補充作用，并實現在無接觸，高密度以及復雜地形環境中實現精確測量，提高了工程測繪的工作效率，發展前景比較大。但在目前實際情況中，三維激光掃描技術也存在很多不足之處，發展時間短，而且價格昂貴，對于一般中小型工程企業來說，沒有太多經濟去引進這種技術，所以說這種技術并沒有大范圍普及，而且在其他領域中也沒有得到更多的發展。但隨著科技的不斷發展和相關人員的不斷努力，相信在原有基礎上，三維激光掃描技術一定會得到更多創新發展，并在各個領域中實現自身價值。