基于三維激光的工程測量技術(shù)研究

任士峰

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局七0六隊，新疆 阿勒泰 836500）

目前，在項目的竣工測量中主要應(yīng)用的是二維平面測量技術(shù)。采用二維平面測量技術(shù)可以為區(qū)域規(guī)劃管理提供一些科學(xué)的數(shù)據(jù)知識。隨著施工技術(shù)的快速發(fā)展，二維竣工測量圖已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代化施工管理的需求，所以三維竣工測量技術(shù)廣泛的應(yīng)用到了竣工測量領(lǐng)域。

1 工程總述及測量流程

（1）工程總述。該工程項目為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的集合是立面結(jié)構(gòu)，所以采用傳統(tǒng)的規(guī)劃驗收測量方式對施工項目進行測量是很難開展的。因此，在該項目竣工驗收的時候采用了三維激光掃描技術(shù)對其進行測量。

（2）操作流程。鑒于上述的在建項目結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以項目組決定采用三維激光掃描技術(shù)對其進行竣工驗收的測量。其主要操作流程如下圖1所示。

圖1 基于三維激光掃描技術(shù)的竣工測量流程圖

通過圖1可以知道，利用三維激光掃描技術(shù)對該現(xiàn)代化項目工程進行竣工測量的基本流程包括：測量前的準備工作、外業(yè)工作實施、測量目標的掃描、點云配準及坐標轉(zhuǎn)換、全局坐標點云數(shù)據(jù)等。

2 三維竣工測量數(shù)據(jù)采集

與傳統(tǒng)的竣工測量方法相比較，三維激光掃描技術(shù)具備以下優(yōu)勢：首先，在竣工測量的過程中應(yīng)用地面三維激光掃描技術(shù)，可以依據(jù)在建項目的特點來進行數(shù)據(jù)測量，所以三維激光掃描技術(shù)可以很好的應(yīng)用到規(guī)模較大、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的施工項目中，這樣可以有效地避免因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜而導(dǎo)致測量工作無法開展現(xiàn)象的出現(xiàn)。其次，在竣工測量的過程中采用三維激光掃描技術(shù)可以提高所獲得點云數(shù)據(jù)的可靠性和真實性。與二維竣工圖相比較，三維激光掃描技術(shù)所得出的三維竣工圖顯得更加真實，同時還能大幅度縮小不同部門的專業(yè)限制。其次，利用三維激光掃描技術(shù)可以依據(jù)所測量的數(shù)據(jù)快速的得到三維模型，所以能夠快速實現(xiàn)施工管理系統(tǒng)的智能化。

（1）控制測量。為了能夠充分的滿足工程規(guī)劃對該現(xiàn)代化施工項目測量數(shù)據(jù)精準度的要求標準，該在建工程在驗收測量的過程中是以為《衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范》為依據(jù)開展的。該項目在竣工測量之前，在直徑為80m的范圍之內(nèi)鋪設(shè)了4個靜態(tài)的GPS控制網(wǎng)，該GPS控制網(wǎng)能夠?qū)⒅苓呉淹瓿傻氖┕ろ椖咳扛采w到其中。

（2）激光掃描測量數(shù)據(jù)采集。該現(xiàn)代化在建項目在使用三維激光掃描技術(shù)所用的儀器的型號為RIEGL VZ-400三維激光掃描儀。該型號的三維激光掃描儀的反射距離為500m，并且依據(jù)項目施工的特點，在本次竣工驗收測量中主要采用了以下兩種測量方式。①單站絕對定向模式。單站決定定向模式是在使用三維激光掃描儀測量的過程中，在掃描儀器上設(shè)置相應(yīng)的掃描數(shù)據(jù)，然后掃描儀就會依據(jù)測量人員所設(shè)置的相應(yīng)參數(shù)進行掃描。②無靶標相對定向。無靶標相對定向的掃描方式指的將三維激光掃描儀中的GPS定位功能打開。打開三維激光掃描儀中的GPS定位功能，可以使得三維激光掃描儀在掃描測量項目不僅能夠?qū)⑾嚓P(guān)數(shù)據(jù)測量出來，也能夠?qū)⑵銹TK坐標掃描出來。因此，在竣工驗收測量的過程中，采用五把標相對定向的掃描方式，不僅可以有效地提高外業(yè)作業(yè)的效率和質(zhì)量，而且也有利于提高內(nèi)頁配準的效率。

3 三維竣工掃描測量數(shù)據(jù)初步處理

在施工項目掃描工作完成之后，就需要將三維掃描儀所測得的點云數(shù)據(jù)進行初步的處理。

（1）點云去噪與修補。三維掃描儀所獲得的原始點云數(shù)據(jù)會因為自然界相關(guān)因素的影響造成大部分的數(shù)據(jù)都會出現(xiàn)空洞和噪音的現(xiàn)象，所以導(dǎo)致原始點云質(zhì)量不能夠滿足尖峰測量驗收的標準，所以這就需要工作人員對原始點云數(shù)據(jù)進行去噪和補洞處理。

（2）點云數(shù)據(jù)配準。因為外業(yè)數(shù)據(jù)采集有兩種方式，所以點云數(shù)據(jù)的配準也有相對應(yīng)的兩種方式。首先，后視定向配準。在對點云數(shù)據(jù)進行配準的過程中采用后定向配準的方式。采用后定向配準方式可以要求工作人員先在儀器那輸入測站坐標和靶坐標，然后再使用儀器中厚設(shè)定項配置的模塊對點云數(shù)據(jù)進行配準，從而能夠得出整個點云數(shù)據(jù)的整體坐標。其次，站站間配準。站站間配準又被稱為進行性粗配，而粗配的方式又可以采用兩種不同的方法，如下所示：①在粗配的過程中又可以采用同名特征點的方法進行配準。但是如果想要采用同名特征點的方法進行配準至少需要選擇四個同名點，這四個同名點要有相同的明顯特征，所以測量人員一般會選擇房屋角或者是電線桿頂端等具有明顯特征的物點。②在儲備的過程中也可以選擇人工交互式移動測站。人工交互式移動測站一旦到達已配準站的相應(yīng)位置，其匹配的精度將會非常的高。在點云數(shù)據(jù)粗配完成之后，軟件會自動的將點元數(shù)據(jù)進行精準匹配，并且軟件將保證點云數(shù)據(jù)的精準匹配的誤差在0.01mm以內(nèi)。

4 結(jié)果分析

該項目在竣工驗收測量的過程中采用的是地面三維激光掃描技術(shù)。并且該項目的測量人員將獲得的點云數(shù)據(jù)進行了初步的處理，然后將處理過后的點云數(shù)據(jù)連成線，與全站儀所得出的測量數(shù)據(jù)進行比較。經(jīng)過測量數(shù)據(jù)的比較得出，在測量的過程中采用三維激光掃描技術(shù)所測得的點云數(shù)據(jù)誤差小于3.4cm，能夠很好的滿足竣工驗收測量隊誤差的需求。因此，可以將地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用到施工完成驗收測量工作中，從而能夠有效地降低工程測量工作的難度。

5 結(jié)語

這篇文章對三維激光掃描技術(shù)的操作流程進行了詳細的描述，并且以現(xiàn)代化在建工程項目為例子。通過前文的論述可以發(fā)現(xiàn)，將三維激光掃描技術(shù)利用到項目竣工驗收測量過程中是非常可靠的。