三維激光掃描技術在地質測繪和工程測量中的綜合應用探討

鄧 麗

（福建省閩西地質大隊廈門閩礦測繪院，福建 廈門 361000）

在工程測繪中，對工程測量與地質測繪有著十分嚴謹的標準。在進行實際的操作時，要對技術進行仔細分析，并且還要對測繪的精準度有一個全面的掌握，進而提高測繪的質量和效率。然而，受到許多因素的干擾，經常會出現測繪的質量與要求不符的現象，這在很大程度上增加了測繪的困難。三維激光掃描技術在地質測繪與工程測量中有著十分關鍵的影響。根據已有的測繪方案，預先做好基礎工作，這樣才能使測繪技術具有更高的合理性與有效性。

1 三維激光掃描技術理論

三維激光掃描技術是以非接觸的形式進行飛速激光測量，對所測量物體的幾何參數與影音方面資料進行實時獲取，并應用在后期的處理軟件中，使其可以進行探究工作[1]?？梢詫ζ鋮颠M行處理，把它變成坐標體系的3D空間模型，并且適應多種類型的參數方式輸出，對于空間參數庫中參數本源方面的需求充分滿足。除此之外，還可以對該技術中不同使用階段的需求進行滿足。

2 三維激光掃描技術的特點

2.1 非接觸式

三維激光掃描技術是一種非接觸式的快速激光測量方法，不虛要對棱鏡的反射使用進行設置就可以對目標物體進行直接的掃描，并對所測量物體的三地坐標、云點參數進行實時采集。如果被測物體處于環境惡劣，并且工作人員不可以現場操作的情況下，三維激光掃描技術就可以很好的將這項任務完成，這就把三維激光掃描技術的非接觸特點充分的發揮了出來。

2.2 使用領域廣泛

三維激光掃描技術可以廣泛的應用于工程建設等領域，例如道路、橋梁、地下坑道等施工工程現場，具有較強的適應能力，環境影響較小。

2.3 較高的時效性

三維激光掃描技術具有較高的時效性。它對測繪目標完成掃描的時間幾乎可以控制在一秒以里，使得測繪時長大大縮短，不僅節省了相關測繪工作人員的時間，還提高了工作效率，時效性較高。

2.4 高普適性

三維激光掃描技術運用的是紅外激光，外界的環境光源幾乎不會對它產生任何的干擾，即使在黑夜里也能夠對測繪目標完成掃描工作，這與傳統的測量方式有著很大的區別。它不需要人工的參與和配合，具有較高的普適性[2]。

2.5 高環保性

三維激光掃描技術可以快速的完成掃描任務，它的掃描時間是用秒進行計算的，幾乎不會對測繪目標以及周圍環境產生其他的光化學污染，環保性較高。

2.6 較高的精準率

三維激光掃描技術可以把掃描時間控制在一秒之內，并且同時對測繪目標的表面形成并獲取幾十萬個測點，并且幾乎不會受到任何的外部干擾，這樣不但提高了對掃描目標信息獲取的準確率，還大大提高了研究數據的精準度。

2.7 具有較高的數字化程度和擴展性

三維激光掃描技術獲得的信息數據都是數字的信號數據，數字化程度較高，處理起來也更加的方便，有利于數據的顯示、分析和輸出。同時，可以和其他軟件進行人機信息共享，能夠與GPS、數碼相機等設備共同使用，使其應用范圍得到了拓展，這也說明了三維激光掃描技術的可擴展性較好。

3 三維激光掃描技術的應用優勢

三維激光掃描技術比傳統的測量方式有著不可比擬的優勢。它的應用范圍較廣、速率較高，過程也更加的簡單便捷。并且測繪數據具有較高的精準度，為工程項目的設計與安全提供了重要的理論支持，對地質測繪工程測量的應用起到了積極的推動作用。

4 三維激光掃描技術在地質測繪和工程測量中的綜合應用

4.1 在地質測繪中的應用

在進行地質測繪的過程中，三維激光掃描技術在數據的獲取與數據配備方面有著較高的優勢。地質測繪經常會有斷壁、懸崖等情況的出現，要對整個測繪區間進行評估，這時就可以運用激光掃描技術進行非接觸方式的測繪與掃描，以便對其的地貌特征與實時數據有一個充分的了解，在后期的編輯過程中可以迅速成型。第一，對地質材料的獲取。主要是通過三維激光掃描后，對相關數據進行軟件處理，包括對房屋焦點的提取等。根據數據要求和應用格式，運用大比例的數字測繪軟件，進而滿足地質資料獲取的需求。第二，等高線的測量。等高線的測量是重點內容，需要對植被的高度進行去除，應根據數據的具體類型進行測量。另外，在對數據進行分析的過程中，要運用人工與機器的自動化相配合，采用平面處理手段，依據相關數據對平面和要求數據進行評價，最后計算出平均面，得到準確的地貌數據。第三，數據編輯。在得到了地貌點的云數據之后，通常會有等高線殘缺不全的情況，這時就要對相關數據進行及時的處理。在對等高線進行處理之后，再把地質資料與等高線的圖形進行聯合處理，進行人工編輯與調整，做出標記，最后生成輪廓并整理成圖。利用三維激光掃描技術對地形進行測繪，不僅減小了工作人員的工作強度，還提高了數據信息的采集效率。目前，對數據的采集、編輯和一體化處理方面有著十分嚴謹的標準。

4.2 在土方測量中的應用

在進行工程測繪的過程中，對土方測量計算標準有著十分嚴格的要求。利用GPS、RTK、全站儀和水準儀等，依照三維坐標進行實際測量。這在很大程度上確保了土方測量數據的準確性和與合理性。然而，這種測量方式存在著很大的缺陷。要對各類信息數據進行采集，數據量較大，并且會耗費大量的時間，這樣就會使得數據間的間隔時間延長，降低了準確度。運用三維激光掃描技術進行測繪與計算，不但可以降低工作人員的工作強度，還能在很大程度上提高數據的準確率。首先，在地基面的構建上。在對點云數據進行處理之后，運用到實際的坐標體系中，按照相關的計算公式進行具體施工。在轉換的過程中，要對所控制的點進行準確度的評估，提前做好擬合工作。在進行挖填計算之前，要對邊界以及高程等方面進行全面掌握，并做好截取工作，以基準點為基礎，按照平面設計圖紙的要求進行施工。其次，雜物的處理。在進行測繪的時候，對數據有著相當嚴格的要求。在對基準面進行切取之后，要全面掌握數據的類型，并以點云數據為例，對各個區的數據進行測量與評估。在對范圍較大的覆蓋區域進行測量時，不能只依靠原有的點云數據計算土方量，要運用平均面計算方式。運用三維激光掃描技術，可以在很短的時間內就得到三維點云具體的數據信息，大大減少了戶外的測繪工作量，同時要對數據的密度進行評價，進而計算出實際的土方量。

圖1 三維掃描土方計算流程

4.3 在道路竣工測量中的應用

在道路施工處理的過程中，對測量要求也十分的嚴格。依據橫縱斷圖與信息的來源可知，運用傳統的測繪方式進行測量，不僅會增大戶外的工作量，并且對數據的自動化處理程度也較低。運用三維激光掃描技術進行測試，可以有效的減少戶外工作量，提高工作的質量與效率。根據目前已有的工作體系，在對坐標系進行轉換以后，根據間隔時間來對提取點設立三維坐標，并按照自動生成的等高線進行具體的設計。

4.4 在三維建模中的應用

依據三維激光掃描技術的具體要求，只有建立完整的三維模型之后才能實現準確率較高的測量。三維激光掃描技術運用的是非接觸式的測量方式，事先建立好三維模型，對細節特點進行高度還原，進而實現對尺寸與點的測量。例如，在精細化的處理方面，利用三維激光掃描技術可以獲取三維點云數據與影視資料，進而制作出更高級別的三維模型。通過紋理映射可知，可以對照片進行分塊的處理，進而實現整體模型的完善與創新。以多個模型的面、片處理作為基礎，依據色彩模型的網面要求進行設計，對紋理的深淺進行記錄后，掌握整體的坐標信息，從而實現測量的合理化與高效性，所得到的測繪結果也可以作為外部表面結構的理論依據和基礎。

5 結語

綜上所述，三維激光掃描技術在地質測繪和工程測量的綜合應用中起著十分重要的作用。要依據地質與工程測量的具體要求進行測繪，并對整個過程給予高度的重視，嚴格要求測試流程。把三維激光掃描技術應用到地質測繪與工程測量當中，按照相關要求進行落實，按照相關參數要求進行標準設定，提高數據的自動化處理水平，完成校正管理體系，進而對三維激光掃描技術進行不斷的完善和創新。