地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用研究

盧群

（丹江口市城市房地產測量中心 湖北省丹江口市 442700）

0 引言

地面三維激光掃描技術實現了由點測量到面測量的突破，隨著技術不斷升級優化，其適用性大幅度提升，如今被廣泛應用與航天、軍事、醫學、能源、交通、汽車、考古等多個領域。對于工程測量來說，想要精確掌握地面數據，采用人工的方式不僅測量容易出現誤差，而且效率低下，影響工程建設方案的科學制定，同時也不利于大型工程的建造。地面三維激光掃描技術的應用為工程測量提供了支持，對該方面進行研究具有較高的現實應用價值。基于此，本文針對地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用原理、優勢、方向進行以下探究。

1 地面三維激光掃描技術的應用原理

地面三維激光掃描技術主要用來精確記錄地面的三維空間信息，利用激光測距的原理，全方位記錄各個地面點的相對空間位置，從而得到完整的地面全部數據點坐標。將坐標以三維影像的方式呈現出來，在計算機中用3D數字模型來實現還原實地地物地貌信息，從而為建筑工程方案的制定提供可靠依據，同時也大大提高了地面測量的精確度與信息的可利用價值[1]。從一定程度上來看，地面三維激光掃描技術不僅包括掃描儀、數字成像等硬件設備，還包括一系列數據處理軟件，共同實現技術效果。

2 地面三維激光掃描技術應用的具體步驟

在工程測量當中，地面三維激光掃描技術的應用主要包括數據采集、數據處理兩個部分。其中，數據采集工作主要包括測量、掃描兩個部分。在測量的過程中，不僅要充分考慮到平面數據，同時也要對地面高程數據進行測量。數據掃描的方式有兩種：①三維激光逐步掃描；②標靶坐標掃描。由于不同的工程測量環境相差較大，大型工程需要多站掃描才能夠完全覆蓋研究對象，因此在掃描的過程中應格外注意拼接縫。為了確保每一站的數據掃描能夠順利連接，可采用數據拼接的方法，設置標靶數量，獲得標靶的數據與空間位置，而后實現多站掃描圖的拼接[2]。同時，不同的工程測量精度要求不同，在進行地面三維激光掃描之前，應明確掃描的精確度，使其符合工程標準，防止二次掃描事件的發生。

從以上地面三維激光掃描步驟可以看出，掃描后的數據量十分龐大，需要大量存儲空間與數據處理空間。傳統的測繪軟件是無法直接處理掃描數據的，需要將大量的點云數據導入后，對數據進行與處理工作，無規則抽析。根據實地工程地面勘測的情況，人工篩選數據，再進行平面圖繪制。平面圖繪制工作的開展需要依賴特定的軟件平臺，結合圖例，將地面特征表示出來，根據實物的比例尺進行標定。而后結合高程數據，利用專業軟件生成三角網模型，得到3D圖像。完成后的三維圖像可在軟件操作下獲取查看地表斷面的數據情況，大大提高了工程測量數據的應用效率。

3 地面三維激光掃描技術應用的優勢

通過對以上地面三維激光掃描的過程進行分析，能夠看出該技術具有較強的應用優勢，具體表現在以下四個方面：

（1）測量精度較高。盡管該技術在我國的應用范圍有限，在多個行業的應用仍舊處于探索階段，但通過在工程測量方面的實際使用，其測量精度要遠遠超出人工測量，完全滿足我國在大工程建設過程中對測量精度的要求，符合絕大多數情況下地面測量的標準，測量后的數據具有較高的應用價值。

（2）測量包含的信息量較大。相對于傳統的工程測量數據來說，地面三維激光掃描技術需要對全空間內的數據進行掃描，得到大量的三維坐標數據，這對于城市建立完成的地面信息數據庫具有重要價值，為城市空間規劃等行業的發展提供有利信息，無需再進行二次地面勘察。

（3）數據采集過程安全可靠。對于高速公路、立交橋等工程地面測量來說，傳統的測量方式具有較強的危險性，技術人員需要在危險的環境中集中注意力作業，才能夠準確采集到的測量數據。由于該技術的非接觸性，從根本上提高了測量效率，節省了人力，保障了技術人員的生命安全。

（4）數據處理能力強，信息應用價值高。相對于傳統數據處理方式來說，采用地面三維激光掃描數據建模更加直觀，能夠迅速生成橫斷面、縱斷面圖，從根本上加快了數據處理的效率，減少了大量的傳統數據處理工作流程。同時，三維模型的應用價值較高，可在工程建設過程中反復對比查看，尋找解決方案。

4 地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用方向

通過對地面三維激光掃描技術的應用原理、優勢進行分析，筆者結合當下該技術的具體應用情況，對其在工程測量中的應用方向進行展望。

4.1 在交通工程中的應用

對于交通工程來說，地面測量數據至關重要。采用該技術對道路的情況進行掃描，從獲得的數據中獲取道路信息，加上實地地質環境勘測，能夠在很大的呈上確保交通工程的順利建設，避免出現大的漏洞與缺陷，提高工程建設方案的適用性與可行性。隨著我國城市化建設進程的加快，交通工程的復雜程度顯著增加，城市空間地下管道、線網復雜，采用地面三維激光掃描技術能夠提高工程建設的可靠性，及時發現管道、線網存在的異常情況，及時對方案進行調整，加快交通工程的建設。

4.2 在建筑測量中的應用

城市化建設當中，大多建筑翻修、保護工程需要精密測量。對于建筑自身來說，采用傳統的測量技術與測量儀器，往往實際得出的測量數據與實際效果相差較大，需要人工對數據進行調整，來減小圖紙與實際測量的誤差。尤其是在古建筑修復方面，大多古建筑建設時間較長，結構變形嚴重，采用常規建筑測量手段難度較大，準確性較低，影響古建筑修復設計和施工的順利開展。采用地面三維激光掃描技術，可對建筑空間進行全方面的掃描與測量，按照標準建筑數據對古建筑結構變形的情況進行檢測和分析，制定最佳的修復方案，達到保護建筑，延長建筑使用壽命的目標。

4.3 在工程變形監測中的應用

對于大型電站、長隧道、大壩等工程來說，其工程建筑是否存在嚴重變形直接影響著人民生命和財產的安全。一旦長隧道、大壩等長期缺少監測，變型嚴重出現崩塌，將造成人員傷亡和巨大的財產損失，影響人們的正常生活。工程竣工后，采用三維激光掃描技術定期對工程掃描監測，可以獲取海量的工程表面三維數據，作進一步的分析，能夠及時發現其潛在的安全隱患，調整維護方案。與基于全站儀或GPS的變形監測相比，其數據采集效率較高，且獲得海量點云數據，實現了測量技術的從點到面的飛躍，有效地避免了以往基于變形監測點數據的應力應變分析結果所帶有的局部性和片面性。由此可以看出，該技術不僅在工程測量當中具有重要作用，更是能夠確保建設工程的順利運行。

5 結論

綜上所述，通過對地面三維激光掃描技術在工程檢測中的應用原理、優勢、具體步驟以及未來應用前景等進行分析，能夠看出該技術具有較強的靈活性，能夠應用在多種建筑工程當中，適用多個行業和領域。工程測量人員應注重該技術的應用與實踐，探索更多的技術應用方法，提高技術的應用價值，注重技術的優化升級，使其更加符合我國工程測量的現狀，強化技術的應用效果，讓該技術融入到工程建設的全過程當中去，確保大型建筑工程的順利實施，為工程設計施工運營提供技術支持。