關(guān)于城市測(cè)量中三維激光掃描技術(shù)的實(shí)踐

陳嘉偉

摘要：本文主要以介紹三維激光掃描技術(shù)在目前城市建設(shè)中進(jìn)行城市數(shù)據(jù)測(cè)量的實(shí)際應(yīng)用情況為主，對(duì)三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用的基本原理以及其主要應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行淺要分析以及探討，在分析過程中通過列舉實(shí)際的相關(guān)案例，來驗(yàn)證三維激光掃描技術(shù)的高精度以及高效率的性能特點(diǎn)。最后以三維激光掃描技術(shù)的目前使用現(xiàn)狀來對(duì)該技術(shù)在未來城市測(cè)量中的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行相應(yīng)的討論以及分析。

關(guān)鍵詞：城市測(cè)量;三維激光掃描技術(shù);應(yīng)用原理;應(yīng)用實(shí)例;發(fā)展前景

引言：常規(guī)的測(cè)量手段以及測(cè)量工具往往會(huì)受到時(shí)間以及地理位置等外在因素的影響以及限制，因各種外在因素限制進(jìn)而致使其無法高效完成部分測(cè)量工序。但隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技實(shí)力的日益提升，三維激光掃描技術(shù)逐漸進(jìn)入了人們的視野，該技術(shù)在進(jìn)行稱是測(cè)量方面在很多層面取得了較大的突破性發(fā)展。三維激光掃描技術(shù)測(cè)量城市主要是通過采集城市的三維坐標(biāo)以及其他相應(yīng)的位置信息，利用激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)來獲取城市的空間以及屬性信息。

一、三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用原理

三維激光掃描技術(shù)在實(shí)際生活中的應(yīng)用范圍越加廣泛，現(xiàn)階段，在實(shí)際生活中的應(yīng)用主要是以采用脈沖的方式為主，該方式主要是通過激光發(fā)射器發(fā)射脈沖后脈沖與地物發(fā)生碰撞后發(fā)生反射脈沖，利用兩者之間的頻率差值來對(duì)掃描儀與地物之間的距離差值進(jìn)行計(jì)算后結(jié)合激光脈沖的方向計(jì)算三維坐標(biāo)。三維激光掃描技術(shù)根據(jù)平臺(tái)層次大致可以劃分為地面激光掃描、車載激光掃描以及機(jī)載激光掃描三大種類。地面激光掃描是指在地面上直接獲取三維點(diǎn)的方式，車載以及機(jī)載激光掃描則是指將三維坐標(biāo)掃描儀搭載至車輛或者飛機(jī)上進(jìn)行移動(dòng)性測(cè)量的方式。

二、三維激光掃描的主要應(yīng)用領(lǐng)域以及應(yīng)用實(shí)例

三維激光掃描技術(shù)的測(cè)量在最開始時(shí)僅僅應(yīng)用于城市建設(shè)之中，由于城市建設(shè)隨著時(shí)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而發(fā)展，周邊事物逐漸變得復(fù)雜，而常規(guī)的測(cè)量手段以及方法又受到時(shí)間以及地理位置等外在要素的制約，無法完成部分測(cè)量工作，因此，三維激光掃描技術(shù)被引入到現(xiàn)代化的城市測(cè)量之中，由于其性能強(qiáng)大，適用范圍也逐漸得到擴(kuò)大。三維重建對(duì)于人力、物力以及投入成本都是一項(xiàng)高額度的投入，并且傳統(tǒng)的技術(shù)手段很難高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量地來完成此項(xiàng)工作。而三維激光掃描技術(shù)可以高效率、高精準(zhǔn)度的來完成此項(xiàng)工作。

2.1、城市建設(shè)

城市建設(shè)工程的測(cè)量工作環(huán)節(jié)貫穿于整個(gè)城市建設(shè)工程的始終。工程建設(shè)前期的勘察工作需要對(duì)城市建設(shè)區(qū)域的地理位置以及周邊環(huán)境的地形、地址等要素進(jìn)行精準(zhǔn)勘測(cè)，以便為城市建設(shè)工作的穩(wěn)定進(jìn)行提供高精度的數(shù)據(jù)作為支撐。傳統(tǒng)的測(cè)量手段需要耗費(fèi)大量的人力、物力以及財(cái)力資源，而且測(cè)量時(shí)間冗長(zhǎng)。采用車載或是機(jī)載的三維激光掃描方式可以高時(shí)效、高精度的來獲取數(shù)據(jù)信息，省時(shí)省力。

應(yīng)用實(shí)例：某鄉(xiāng)鎮(zhèn)在進(jìn)行城市規(guī)劃建設(shè)中利用三維激光掃描技術(shù)總共獲取約1856萬個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并根據(jù)所獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取到了25cm分辨率的數(shù)字表面模型。與此同時(shí)，該鄉(xiāng)鎮(zhèn)還利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割技術(shù)為不同的地物進(jìn)行了分類標(biāo)記，標(biāo)記事物包含了電力線、汽車等地物，進(jìn)而建造三維城市建筑物模型為城市建設(shè)工程提供參考。

2.2、城市建筑古跡的測(cè)量

建筑以及古跡的測(cè)量主要是利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)古建筑、古雕像等歷史遺留古跡進(jìn)行測(cè)量，主要目的是對(duì)一些歷史悠久、價(jià)值高以及殘缺不全的歷史古跡進(jìn)行測(cè)量，從而為后續(xù)的保存以及修復(fù)工作提供數(shù)據(jù)支持。對(duì)于歷史古跡的測(cè)量一定要慎之又慎，必須采用高精度的測(cè)量工具來完成對(duì)于古物測(cè)量，以保測(cè)量的精準(zhǔn)度，因?yàn)楹罄m(xù)的修復(fù)工作需要超高精度的數(shù)據(jù)來為工作的順利進(jìn)行提供保障。對(duì)于小型的建筑古跡利用人力等手段就可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，但針對(duì)于大型建筑物亦或是損壞程度較大的文物就需要利用三維激光掃描的技術(shù)手段來對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，因三維激光掃描技術(shù)具有收集數(shù)據(jù)精度高、密集性大的特點(diǎn)，因而可以為修復(fù)工作后續(xù)的順利進(jìn)行提供保障。

應(yīng)用實(shí)例：石峁遺址發(fā)現(xiàn)于上世紀(jì)七十年代，該遺址中涵蓋了數(shù)千件流散的玉器，石峁遺址的覆蓋范圍十分廣大。由于其中散落了數(shù)千件玉器，石峁遺址逐漸因此而聞名于世，因而人們?yōu)榱烁髯缘睦骈_始在遺址內(nèi)部進(jìn)行建設(shè)，其中包含了修路、取土等活動(dòng)，更甚者還出現(xiàn)了盜掘等違法行為。由于人們的活動(dòng)越加惡劣，古跡遺址的保護(hù)工作逐步得到重視。其中就采用了三維激光掃描技術(shù)來對(duì)石峁遺址進(jìn)行監(jiān)測(cè)。主要是通過對(duì)石峁遺址進(jìn)行掃描來獲取石峁遺址土墻表面的缺陷數(shù)據(jù)，總共進(jìn)行兩期掃描，然后將掃描所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。在對(duì)比分析中得到石峁遺址墻體凹陷的數(shù)據(jù)。

三、三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展前景

隨著時(shí)代的發(fā)展，科技實(shí)力的不斷提升，三維激光掃描技術(shù)已逐漸成為多個(gè)建設(shè)領(lǐng)域不可或缺的測(cè)量工具，三維激光掃描技術(shù)具有時(shí)效性高以及精準(zhǔn)度高等優(yōu)勢(shì)，與此同時(shí)該技術(shù)還可以將未知的難以測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，進(jìn)而將整合后的數(shù)據(jù)完整精確地呈現(xiàn)在人們眼前。三維激光掃描技術(shù)現(xiàn)階段已不再僅僅適用于城市建設(shè)測(cè)量，該技術(shù)還被廣泛地應(yīng)用于自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)之中。由此可見，三維激光掃描技術(shù)已經(jīng)被普遍應(yīng)用于我們的日常生活之中。

四、結(jié)束語

綜上所述，可知三維激光掃描技術(shù)相較于傳統(tǒng)的測(cè)量工具而言具有極大的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量工具中時(shí)間耗費(fèi)大、受空間限制、受天氣影響等不足。三維激光掃描技術(shù)在彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量工具的不足的同時(shí)，還為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┝藰O大的便利。三維激光掃描技術(shù)現(xiàn)階段已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ钪械母鞔箢I(lǐng)域，已不再局限于城市建設(shè)中個(gè)大環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的測(cè)量，三維激光掃描技術(shù)還被應(yīng)用于泥石流、地震等自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)方面。由此可見，三維激光掃描技術(shù)的使用效果是很好的，但其技術(shù)層面仍需要不斷的提高精準(zhǔn)度以及不斷的進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，以此來進(jìn)一步推進(jìn)。

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