工程測(cè)量中地面三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用分析

單鵬

摘要：三維地面激光掃描在工程測(cè)量中的應(yīng)用越來越廣泛，特別是在三維建模、道路測(cè)量、地圖測(cè)繪以及土方工程的計(jì)算等方面具有十分明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。因此技術(shù)人員要準(zhǔn)確掌握三維地面激光固定式掃描技術(shù)的應(yīng)用方法和工藝流程，充分發(fā)揮該技術(shù)的特點(diǎn)，提高工程測(cè)量的精確度。同時(shí)隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，三維地面激光的移動(dòng)式掃描技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用也逐漸成熟，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：地面三維激光掃描技術(shù);工程測(cè)量;應(yīng)用

一、引言：

在工程測(cè)量技術(shù)隨著工程項(xiàng)目快速發(fā)展對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)越來越高要求的影響下，各種工程測(cè)量相關(guān)的革新技術(shù)快速出現(xiàn)，地面三維激光掃描技術(shù)可以說是工程測(cè)量技術(shù)的第二次跨越式發(fā)展。這是因?yàn)檫@種技術(shù)能夠通過點(diǎn)云密度和掃描范圍對(duì)地面各種復(fù)雜環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，不但大幅提高工程測(cè)量效率，還降低了工程測(cè)量的誤差。目前這種技術(shù)被應(yīng)用在很多工程測(cè)量中，并且取得了較好的效果。

二、地面三維激光掃描技術(shù)介紹

地面三維激光掃描技術(shù)是信息科技化時(shí)代的一門新技術(shù)，最先是在國外研究開發(fā)而成的。它主要是以三維激光掃描儀作為主要儀器設(shè)備，根據(jù)激光測(cè)距的基本原理，運(yùn)用掃描鏡、伺服馬達(dá)設(shè)備，根據(jù)既定目標(biāo)要求對(duì)相關(guān)的領(lǐng)域進(jìn)行掃描定位，從而按流程獲取三維坐標(biāo)和紋理信息，進(jìn)而體現(xiàn)三維場(chǎng)景。三維激光掃描技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)的流程，通過進(jìn)行準(zhǔn)確定位、測(cè)量、記錄、計(jì)算然后上傳從而完成整個(gè)掃描定位過程。根據(jù)掃描空間的不同，具體可以分成地面激光掃描技術(shù)和空中激光掃描技術(shù)，在國外很多國家三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，應(yīng)用在船舶、航天航空、建筑業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)、交通、汽車、考古等多方面領(lǐng)域都有所涉及和應(yīng)用，國內(nèi)的話主要在考古和工程建設(shè)方面應(yīng)用比較多，比較常見。由于空中激光掃描技術(shù)都有固定的領(lǐng)域、模式和應(yīng)用途徑，所以本文主要研究地面激光掃描技術(shù)，其實(shí)操作流程非常簡(jiǎn)單，主要是運(yùn)用水平與垂直的全自動(dòng)高精度進(jìn)行掃描，進(jìn)而根據(jù)具體原理和測(cè)算公式畫出明確的三維坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)和真實(shí)情況相一致的虛擬三維模擬場(chǎng)景。地面型三維激光掃描技術(shù)主要組成部分是三維激光掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、內(nèi)部控制軟件等組成。

三、地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用分析

（1）應(yīng)用在地圖測(cè)繪中

在工程測(cè)量過程中，地圖測(cè)繪是比較復(fù)雜和基礎(chǔ)的步驟，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)不僅需要耗費(fèi)較大人工，而且需要在三維軟件中進(jìn)行建模。而掃描技術(shù)應(yīng)用在地圖測(cè)繪中就存在較大優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)檫@種技術(shù)可以通過激光測(cè)距原理對(duì)工程環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。掃描技術(shù)在應(yīng)用過程中一般可以分為三個(gè)步驟具體為：掃描前準(zhǔn)備、獲取數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。掃描技術(shù)應(yīng)用在地圖測(cè)繪中，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，生成等高線，這一過程的主要作用是去除點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的非地貌數(shù)據(jù)。比如在二廣高速的修建中，掃描技術(shù)就可以利用平均面法進(jìn)行6次左右的迭代，就能較好地去除工程環(huán)境中的數(shù)目和建筑物等數(shù)據(jù)，然后在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽吸處理，最后放到相關(guān)的測(cè)繪軟件中就能夠生成有效地等高線;第二，成圖編輯，經(jīng)過等高線處理后，效果圖會(huì)出現(xiàn)較多缺陷，不利于地圖最終的形成，因此需要對(duì)成圖進(jìn)行編輯。在編輯時(shí)需要把使用掃描技術(shù)獲得的等高線進(jìn)行有效疊加，這樣就能形成有效的工程測(cè)量地圖。

（2）應(yīng)用在計(jì)算土方量中

傳統(tǒng)對(duì)土方量的計(jì)算不僅需要大量的散點(diǎn)采集工作，還需要較多工作人員的配合，這樣不但不利于工作效率的提高，還降低了土方計(jì)算的準(zhǔn)確性，這是因?yàn)橥练接?jì)算設(shè)計(jì)人員和測(cè)量所需步驟都比較復(fù)雜而繁冗，這樣就加大了土方量技術(shù)數(shù)據(jù)在后期結(jié)果上所造成的誤差性，影響了工程項(xiàng)目需要技術(shù)數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性，而掃描技術(shù)通過相關(guān)原理不僅可以提高人員優(yōu)質(zhì)配置，還能提高計(jì)算的準(zhǔn)確性。掃描技術(shù)應(yīng)用在計(jì)算土方量中，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，基準(zhǔn)面構(gòu)建，比如在立交橋的土方量計(jì)算中，數(shù)據(jù)處理完成之后，需要把相關(guān)數(shù)據(jù)放到工程測(cè)量環(huán)境的坐標(biāo)系中。在轉(zhuǎn)換過程中要使用最小二乘法來進(jìn)行轉(zhuǎn)化，具體轉(zhuǎn)化精度需要對(duì)控制點(diǎn)精度進(jìn)行較好把控。在計(jì)算中需要注意，計(jì)算前要設(shè)立相關(guān)基準(zhǔn)面，這樣才能使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際進(jìn)行有效配合。在立交橋修建中，由于不涉及到復(fù)雜基準(zhǔn)面設(shè)定，因此不需要構(gòu)建曲面基準(zhǔn)面;第二，剔除地物，在土方量計(jì)算過程中，對(duì)于植被較少或者沒有的地方可以直接進(jìn)行計(jì)算。而對(duì)于植被比較茂密的方法，就需要剔除植被后再進(jìn)行計(jì)算，這樣才能保證計(jì)算的有效性。比如在荊門植物園的修建中，由于建設(shè)環(huán)境是在深林區(qū)，所以植被會(huì)比較茂密，因此在土方量計(jì)算中就需要對(duì)植被進(jìn)行剔除，剔除的時(shí)候還是使用平面法進(jìn)行剔除。

（3）應(yīng)用在道路竣工中

在道路竣工測(cè)量中，不僅需要對(duì)道路樣圖進(jìn)行測(cè)量，還需要對(duì)縱橫段進(jìn)行測(cè)量。傳統(tǒng)的測(cè)量需要進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，對(duì)道路高程進(jìn)行逐次測(cè)量，以此獲得有效數(shù)據(jù)，所以工作量會(huì)比較大。而通過掃描技術(shù)就能夠降低測(cè)量的會(huì)工作量，并且提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。掃描技術(shù)應(yīng)用在道路竣工中，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系，比如在省道公路修建完成后，需要把掃描技術(shù)收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化坐標(biāo)系，這樣才能為樣圖繪制大量倆號(hào)基礎(chǔ);第二，三維坐標(biāo)提取，數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換后已經(jīng)能夠有效地展示在現(xiàn)實(shí)工程環(huán)境坐標(biāo)系中，此時(shí)需要對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行三維坐標(biāo)提取，這樣才能形成有效地三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以便于縱橫斷的有效測(cè)量;第三，自動(dòng)生成等高線，相比于其他技術(shù)來說，掃描技術(shù)可以通過平均面法自動(dòng)讓登高線生成，這樣就避免了大量復(fù)雜的工作，從而提高了樣圖的繪制效率，為工程測(cè)量打下良好基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語

在地面三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用當(dāng)中，現(xiàn)階段已經(jīng)能夠運(yùn)用該技術(shù)對(duì)復(fù)雜地形進(jìn)行精密的測(cè)繪工作，在此技術(shù)的支持下越來越多的工程也應(yīng)用到了原本技術(shù)手段不能實(shí)現(xiàn)的區(qū)域。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，在地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用當(dāng)中的設(shè)備也會(huì)不斷地隨之完善，逐漸成為能夠被廣泛應(yīng)用，適應(yīng)各種復(fù)雜地形的成熟測(cè)繪技術(shù)，在未來工程建設(shè)當(dāng)中發(fā)揮出重要的力量，也使得工程測(cè)繪更為全面和精確。

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