地面三維激光掃描技術在工程測量實踐中的應用

王田磊

摘 要：近幾年來，地面三維激光掃描技術作為新興的科學技術，被大家稱為“GPS 技術以后的又一次技術革命”。地面三維激光掃描技能夠快速的得到空間數據，因為它具有迅速、精準、沒有接觸測量等等這些優點，使得地面三維激光掃描技在越來越多的領域發揮著重要的作用。在傳統的工程測量中，需要投入很大的才能進行測量，并且最終的測量結果可能還不太精準。本文探討的就是將地面三維激光掃描技運用到工程測量中，希望對工程測量工作有所幫助。

關鍵詞：地面三維激光掃面技術；工程測量；應用

隨著科學技術的不斷創新和發展，大量的工程正在進行施工，工程測量作為最基本的部分尤為重要。隨著時代的發展，我們對于工程測量的精準度要求越來越高，傳統的測量技術一般只是進行單點的測量，無法滿足工程的要求。而地面三維激光掃描技能快速的對測量的對象進行測量作業，并且可以利用三維的軟件對測量的對象進行三維的建模，能夠很好的提高工程測量的精確度，很好的滿足測量工程的要求。

1 概述

三維激光掃描技術是信息科技化時代的一門新技術，最先是在國外研究開發而成的。它主要是以三維激光掃描儀作為主要儀器設備，根據激光測距的基本原理，運用掃描鏡、伺服馬達設備，根據既定目標要求對相關的領域進行掃描定位，從而按流程獲取三維坐標和紋理信息，進而體現三維場景。

根據地面三維激光掃描技術的測量方式劃分為固定式激光掃描系統和移動式激光掃描系統。前者和之前所用方法里使用全站儀差不多，通過激光掃描儀和控制系統等軟件構成。和前者不一樣的是，該掃描儀所收集并非是離散單點三維坐標，其收集的是一系列點云數據，其工作特點是掃描區域大、更迅速以及精度更高，有著非常好野外操作性。移動式激光掃描系統，利用車載平臺，包括全球定位系統、慣性導航系統結合固定式三維激光掃描系統組合而成的。這一技術主要原理即為激光測距，其具體工作開展時候其實即把之前數據收集以及助理等過程進行重復。收集掃描反射接受激光強度，來對于相關點展開顏色灰度匹配。

2 地面三維激光掃描技術的特點

2.1 精確度高

地面三維激光掃描技術和傳統的工程測量方法想比較精確度更高，傳統的測量方法在讀取數據、數據計算時都會有一定的人為誤差，這是不可避免的，這一系列的誤差到最后就會影響整體的結果。而地面三維激光掃描技術只要對準測量的區域，機器會自行的讀數，并且按照既定的程序進行計算，避免了人為的誤差，它還能夠通過一系列的軟件對測量的數據進行校正，因此地面三維激光掃描技術精確度高。

2.2 掃描信息的區域廣

地面三維激光掃描技術在工程測量中能夠測得更加廣闊的區域，在傳統的測量中，需要人工測量采集到的數據點比較少。地面三維激光掃描技術能夠結合掃描儀進行掃描，能很快的測得大量的點的數據，并且通過后臺的系統進行處理，很快就能得到整個區域的地形，并且可以建立三維的虛擬模型，非常的方便。

2.3 獲取信息的途徑快捷、安全

在傳統的測量技術中，我們要得到工程的測量數據，通常需要派大量的人去進行實地測量。由于很多工程都比較的偏僻，并且工程測量是工程的初期階段，很多基礎設施都不完善，因此需要進行大量的野外作業。野外作業過多容易浪費大量的人力、物力和財力，帶來很大的安全隱患，并且工作效率十分的低下，測量的質量也不高。地面三維激光掃描技術，只需要拍少量的人進行儀器的操作即可，能夠節約大量的時間，效率高，測量的也準確，安全系數也高。并且地面三維激光掃描技術在測量的時候能夠自動的存儲數據，也可以避免數據的丟失，因此地面三維激光掃描技術能夠方便、快捷、安全的等到工程所需要的數據。

2.4 數據處理功能強大

在傳統的數據測量技術中，對于測量的數據需要過后才能處理，不能及時的發現問題，一旦出現問題就需要重新的進行測量，十分的麻煩。另外傳統的測量數據處理比較依靠專業技術人員，甚至有些時候，都是專業的人員進行手算。這樣的做法使得數據處理容易受到人為因素的影響，不太準確。地面三維激光掃描技術在測量的同時就能進行數據的存儲、簡單的處理，在測量的當時對于一些有問題的數據就能夠很好的顯示，操作人員能夠及時的進行復測。另外地面三維激光掃描技術能夠很好的進行數據的處理，將所有的數據進行匯總，最后能夠進行虛擬的三維模型的建立，讓人們更為直觀的觀測測量的區域。這是傳統的測量技術無論如何也不能夠做到的。

3 地面三維激光掃描技術在工程測量中的實際應用

3.1 地形圖的測繪

這種技術主要是為了解決采用傳統的測量方式不能測量的情況，比如在斷臂地區等，可以運用激光掃描技術運用非接觸性手段，測量被測目標的地貌等，在進行地形圖的測繪過程中，在進行點云數據的處理分析時必須要結合周邊的地形地貌以及外界因素進行全面數據收集和測量，不能單一地只對測量目標進行信息采集，否則這樣就會造成地形圖的不完整、不全面、不系統，不能對工程施工開展提供準確和全面的測量信息和數據支持。需要說明的是在提取和繪制地物的過程中，要進行信息的全面提取，充分運用三維激光掃描技術的軟件性能，對點云數據的房屋的具體角度、地點進行選取，進而按照軟件編程和技術規范進行繪制，按照公式進行計算從而確定具體比例，完成整個繪制的全過程。在計算等高線時，要對地物地貌的點云數據進行排除，從而運用人工繪制和自動繪制兩種方式相結合的方式，具體可以應用平均面迭代法進行不必要的數據排除，然后在此基礎上進行數據計算，這是一個反復的過程，只有多次進行測算和數據排除，才能保證獲取準確的地物地貌數據。最后一步成圖制作和編輯階段，這時候需要根據前兩步對等高線、地形圖之間的關系進行系統分析，將所有的數據進行疊加計算，對照實際采集的照片和計算的點云數據，從而進行手工校對和核實、調整。總之通過運用地面三維激光掃描技術在進行地形圖測繪時可以大大提高測繪效率、準確性，克服信息采集的模式和難度，更容易獲得地貌的具體特征。

3.2 土方量計算

該技術的主要流程是第一步進行圖點云數據處理，以此設計基準面，再是對地物進行剔除，最后按照計算公式得出土方量。這個過程必須要注意的是要和工程實際相結合，對各個控制點進行準確測算和監控，從而提高準確性。比如在某個工程中，需要根據道路縱橫斷的信息，對土方填挖量進行計算，這時按步驟進行一步步操作，第一步收集數據，包括設計道路的縱橫斷、道路紅線以及邊坡三個方面的數據，第二部構建模型，在收集完數據之后根據相關技術構建曲面模型，第三部運用外也掃描數據建立實地的地面模型，并進行坐標轉化。最后一步，將曲面模型和地面模型按比例進行增減計算，從而核算出土方量。

3.3 道路竣工測量

該技術主要是通過三維激光掃描儀代替水準儀進行測繪，從而獲得道路中的樣圖以及縱橫段，它進一步減少的外業的工作強度，全面促進工作效率的提高。具體流程是首先轉換坐標系，然后提取三維坐標、等高線生成，最后繪制道路樣圖和縱橫斷，在精確度方面有很大的優勢。

參考文獻

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