三維激光掃描技術在工程測量中的應用

王 柘

（深圳市大華勘測科技有限公司，廣東 深圳 518000）

1 三維激光掃描技術概述

三維激光掃描技術是基于激光測距原理及物體反射率等特性，分析被測點的三維空間信息，實時獲取被測物體表面高密度高精度的三維點云數據，利用專業的點云處理軟件，對所獲取的點云數據進行解算、糾正、拼接、去噪分類等處理，通過人機交互操作，輸出各類成果數據、構建各領域空間信息數據庫。

三維激光掃描技術能快速、連續獲取所需項目的空間信息數據。利用非接觸的方式直接獲得被測目標的空間位置信息，在掃描過程中無需過多的人為干預，充分保證了信息數據的真實性和客觀性。后期點云數據處理軟件的自動化和智能化處理，大大提升了項目的生產效率和質量。

隨著人類社會飛速的發展，各領域科學技術日新月異的進步，測繪工具和測繪技術也在不斷更新。三維激光掃描技術具有高效、直觀、高精度、智能化的優點，作為一種新的測繪手段，在工程測量中得到廣泛應用。

2 三維激光掃描技術在工程測量領域的應用

2.1 三維激光掃描技術在地形圖測繪中的應用

地形圖是城鎮規劃、建設和管理，工程設計、施工、運營等各階段重要的基礎資料。傳統的地形圖測繪主要采用全站儀、RTK 等常規測繪手段，因其效率低、人力成本高、且更新慢等缺點，已無法滿足當今社會快節奏發展對基礎數據現勢性的需求。而三維激光掃描技術能很好的解決這一問題。在基于三維激光掃描技術的地形測繪中，根據不同的項目要求和地形特點，可采用機載、車載或背包等不同平臺作業方式，快速獲取海量高精度地表點云數據。在掃描過程中，多平臺的激光雷達測量系統通過自主發射激光，利用多次回波技術，能有效避免作業環境及地表植被覆蓋的影響，真實獲取地物地貌要素信息。內業采用相應的專業軟件，對平臺軌跡進行解算，獲取高精度的位置、速度和姿態信息，建立測區坐標控制系統，對所獲取的地形點云數據進行糾正，配合立體測圖、地形成圖等軟件，基于三維場景進行多視角便捷捕捉和繪制地物，直觀快速完成聯合繪圖。

2.2 三維激光掃描技術在邊坡監測中的應用

近年來，我國各地的建設如火如荼，工程活動越來越頻繁，規模也越來越大。同時，由于工程場地的可選余地正在減少，工程設計在一定程度上將面臨更加復雜的地質條件。 因此，在進行邊坡設計時需要更多的考慮邊坡的地質條件對其穩定性的影響及其變化趨勢。邊坡穩定問題由于受其復雜的地質條件的影響，一直是巖土工程界關注的焦點問題。因此，邊坡監測與反饋分析成了邊坡工程中的一個重要環節，它是保證工程施工和運行安全的前提、是評價邊坡理論分析結果和經驗判斷成果的依據、是修改設計和指導施工的客觀標準，同時邊坡監測也為工程巖土體力學參數的反演分析和掌握邊坡變形特征及規律提供資料，指導在邊坡發生嚴重變形條件下的應急處理，預測邊坡變形破壞趨勢，為評價邊坡的長期穩定性提供條件。

三維激光掃描技術作為一種新興的測繪技術，兼具高效、快速、高精度、非接觸、并能直接全方位獲取測繪對象表面的空間幾何數據，具有很強的工程適用性。在巖土工程設計和邊坡變形監測中應用三維激光掃描技術具有重要的理論及現實意義，有著巨大的應用潛力。傳統的邊坡監測方法無論是設備安裝布置，還是施測都需要人工干預，效率較低，而且存在較多安全隱患，同時在大多數情況下由于存在人為誤差，難以及時獲取邊坡形變的真實數據。

在邊坡監測中，目前應用較多的是脈沖式長測程三維激光掃描儀，其最大測程可達2000 米，測點速率最高可達50萬點/秒。

通過三維激光掃描儀分期獲取邊坡全方位的海量點云數據，快速實景復制邊坡。然后通過專業的點云數據處理軟件對獲取的點云數據進行濾波、去噪、拼接建模等處理，然后將多期點云數據疊加分析，得出邊坡變形情況。

將三維激光掃描技術引入到巖土地質工程和邊坡變形監測中，大大降低了測繪人員的勞動強度和安全風險，消除了測繪過程中的人為因素誤差， 提高了工作效率。而且三維激光掃描技術所獲取的數據完全覆蓋了整個邊坡表面，能全面真實地反映邊坡形變情況，成果也更加翔實準確，在指導安全施工、驗證設計理論以及地質災害預報等方面都具有重要作用。

2.3 三維激光掃描技術在舊城改造測量中的應用

我國是一個歷史悠久的國度，城市發展在不同的歷史時期，有著不同時期的歷史文化。通過幾千年的積淀，不同的城市也呈現出了不同的建筑風格。在新時代的城市建設中，尤其是對于具有歷史文化價值的特殊建筑群體，一般都予以保留或者保護性開發。那么，如何讓新城舊貌安全和諧共存便成了當前城市建設者們要解決的矛盾。

在當前舊城改造工作中，三維激光掃描技術對于復原古建筑和老舊建筑的改造，顯然是最先進的首選手段。以下就三維激光掃描技術在合肥市三河古鎮景區沿街立面改造測量中的應用實例，略說一二，以彰其比常規測繪手段的優勢。

合肥三河古鎮是國家AAAAA 級景區，因存在建筑年久失修、分區不明、店招雜亂等問題。為了消除安全隱患、滿足游客要求、提升景區整體面貌。景區管理部門決定對景區內主要街道沿街建筑進行改造。在沿街建筑立面改造測繪中應用了三維激光掃描技術。

測區道路長度約2.8 公里，掃描測量對象為道路兩側的建筑物。本次使用設備為組合式地面激光掃描系統。

使用組合式地面激光掃描系統進行測站掃描，為保證掃描精度，架站點的布設原則上要保障相鄰站點間通視情況良好、掃描設站數最小、掃描內容和范圍最大、冗余數據最小。因此采用后視定向，遞進發展，按順序一站一站掃描。

外業數據采集完成后，將數據導入工作站，對點云數據進行糾正、拼接、去噪等處理。

將處理好的點云數據導入成圖軟件，通過人機交互繪制建筑立面圖，最后按照要求整理出成果資料。該項目共設置架站點140 個，采集激光點云數據25.7GB、采集現場照片735 張、制作建筑立面圖46 棟，現場實測門窗尺寸與激光掃描系統成果校核精度優于0.03m。整個項目自進場測繪至成果提交驗收，用時5 個工作日，真正做到了快速、精準、高效。

3 結語

三維激光掃描技術作為一種新的測繪手段，獲取數據快速全面、精準客觀、作業方式自動化程度高、效率提升顯著。已在工程測量乃至整個測繪領域得到廣泛的應用。隨著5G 網絡的普及，海量空間數據的傳輸處理及應用有了強大的通訊基礎保障。伴隨人工智能的快速發展和成熟，測繪技術+三維激光掃描技術……作為一種全新的技術組合形式將日臻完善，無論在智慧城市建設還是在科研生產等領域都將大有可為。

圖1 立面點云及立面圖