三維激光掃描技術(shù)在道路工程測(cè)量中的應(yīng)用分析

陳海鋒

（德市國(guó)土資源規(guī)劃測(cè)繪院 湖南常德 415000）

1 引言

伴隨著科技進(jìn)步現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)也在不斷提高，地面三維激光掃描技術(shù)作為一種新型高科技區(qū)別于傳統(tǒng)測(cè)繪手段的數(shù)據(jù)采集與處理方式憑借其對(duì)復(fù)雜環(huán)境深入掃描，對(duì)掃描物體的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行全面采集、三維建模，以致實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)繪項(xiàng)目的全面的分析的優(yōu)越性在測(cè)繪領(lǐng)域中應(yīng)用范圍持續(xù)擴(kuò)展，其在道路工程中的應(yīng)用是本文探討的關(guān)鍵。

2 三維激光掃描技術(shù)簡(jiǎn)介

三維激光掃描技術(shù)又名為“實(shí)景復(fù)制”技術(shù)，是指以三維激光掃描儀的誕生為代表，在測(cè)繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命，主要內(nèi)容是在重構(gòu)技術(shù)以及高精度逆向三維建模的基礎(chǔ)上，成功獲取數(shù)碼照片和研究目標(biāo)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和、同時(shí)能精確取得大型實(shí)體亦或是實(shí)景等三維立體信息的方式。該技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域時(shí)，神奇的重建了三維數(shù)據(jù)模型，將客觀存在的現(xiàn)實(shí)形態(tài)真實(shí)化。

從具體運(yùn)行平臺(tái)或掃面的地理位置區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，三維激光掃描儀包括手持型三維激光掃描儀、機(jī)載型三維激光掃描儀、地面型三維激光掃描儀，然而其各自應(yīng)用領(lǐng)域迥異，地面三維激光掃描儀為例，其一般應(yīng)用于道路工程中，其掃描主要在測(cè)量距離時(shí)使用激光，促使完整連續(xù)全面的三維坐標(biāo)獲取、實(shí)現(xiàn)垂直、水平的全自動(dòng)高精度布進(jìn)式掃描測(cè)量，并且能在確保高精度的情況下、在短時(shí)間內(nèi)精準(zhǔn)定位、迅猛記錄。

地面三維激光掃描系統(tǒng)作為一種集合了眾多新型技術(shù)的空間信息數(shù)據(jù)獲取手段，其技術(shù)優(yōu)越性還提現(xiàn)在信息傳輸，在其信息傳輸?shù)牧鞒讨校紫韧ㄟ^二極管由發(fā)射器發(fā)射出激光脈沖信號(hào)，中途借助旋轉(zhuǎn)棱鏡投射目標(biāo)，再經(jīng)過探測(cè)器反射回信號(hào)同時(shí)在記錄器同步記錄，最后轉(zhuǎn)換成能夠簡(jiǎn)單的能直接識(shí)別處理的信息數(shù)據(jù)。具體而言：在三維激光掃描儀憑借各異對(duì)象對(duì)激光的光射時(shí)間差實(shí)體掃描過程中，獲取了各實(shí)體與激光間的距離，用再在角度方面通過旋轉(zhuǎn)鏡頭以及掃描儀編碼器，促使被測(cè)對(duì)象表面每個(gè)采樣點(diǎn)立體坐標(biāo)的獲取，最終集合被測(cè)對(duì)象的離散點(diǎn)?？偡Q為“點(diǎn)云”。區(qū)別于傳統(tǒng)的掃描的柵格影像憑借其可量測(cè)性大展異彩。

外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集作為三維激光掃描作業(yè)流程的兩大重要組成部分，在技術(shù)方面同樣具有強(qiáng)大的優(yōu)越性。相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)繪作業(yè)，通過結(jié)合現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)技術(shù)，引入云數(shù)據(jù)，大大提高了測(cè)繪工作的效率。

3 道路工程測(cè)繪的要求

新建道路和道路修整是道路工程的兩個(gè)主要內(nèi)容，在新建道路時(shí)，測(cè)繪部門不僅要提供施工區(qū)域的大比例尺地形圖，還需提供道路工程各個(gè)橫截面和縱斷面數(shù)據(jù)。前者是為了讓新建道路的選線更加方便安全，大比例尺地形圖中需要標(biāo)明的地物，比如紅綠燈、各種交通指示牌、護(hù)欄等對(duì)于新建道路的選線具有決定性作用。了解了各區(qū)域的地貌地物，修建道路時(shí)有利于減少因繞路而增加道路公共設(shè)施付出的不必要成本，能夠提高效率，所以是否標(biāo)明地形中的具體地貌和地物是大比例尺地形圖合理與否的依據(jù)。在道路需要修整時(shí)，原有道路工程中的各個(gè)公交站點(diǎn)、交通建筑物都需要重新規(guī)劃，所以道路工程測(cè)繪部門在提供大比例尺地形圖和橫縱斷面的測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，還需提供對(duì)原有道路工程中的中的各項(xiàng)交通設(shè)施測(cè)量的數(shù)據(jù)，保證各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)尺寸、高程的準(zhǔn)確性。以傳統(tǒng)技術(shù)測(cè)繪道路工程，工作人員將承擔(dān)大量工作量，且容易出現(xiàn)漏測(cè)的現(xiàn)象，不利于道路工程的設(shè)計(jì)，也難以保證工作人員的安全性。因此，地面三維激光掃描技術(shù)的發(fā)明，是為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的缺點(diǎn)，同時(shí)該技術(shù)在具體應(yīng)用到道路工程測(cè)繪時(shí)，取得了良好的進(jìn)展。

4 在道路工程中具體應(yīng)用

地面三維激光掃描技術(shù)在道路工程中的具體的測(cè)繪流程如下：

道路工程外業(yè)數(shù)據(jù)采集→道路工程內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集。

其中，道路工程內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集流程如下：

外業(yè)采集點(diǎn)的云數(shù)據(jù)處理→數(shù)據(jù)濾波和抽稀→建立測(cè)繪數(shù)據(jù)的斷面圖或縱橫斷。

4.1 在高速公路測(cè)繪上的運(yùn)用

由于高速公路中車流量較大，行駛速度較快，因此對(duì)路面壓力較大，高速公路需要進(jìn)行不定期的修繕工作。但在進(jìn)行修繕工作時(shí)，極有可能因?yàn)檎加貌糠周嚨蓝斐山煌ǘ氯?，尤其是在一些交通要塞上，人們的出行需求大，車流量巨大，修繕工作?huì)給人們的出行帶來不良影響。為了保證通行過程的高效性與道路通暢性，盡量減少影響的時(shí)間，就可以采用三維激光掃描技術(shù)來減少前期測(cè)量工作帶來的影響并方便后期的修繕與建設(shè)工作。在使用該技術(shù)時(shí)，可以借用一些應(yīng)急車道等車輛基本不太駛?cè)氲牡貛нM(jìn)行測(cè)量，在這些地方建立測(cè)量站點(diǎn)，在一定范圍內(nèi)進(jìn)行三維激光掃描以獲得想采集的數(shù)據(jù)。并借助現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選分析，將有效數(shù)據(jù)做進(jìn)一步拼接，需要注意的是，在數(shù)據(jù)拼接過程中，一定要控制好拼接的誤差在行業(yè)允許范圍內(nèi)，進(jìn)而，繪制出一副有效的平面地形圖。之后，通過與一些傳統(tǒng)的測(cè)量工作相結(jié)合的方式，建立起測(cè)繪數(shù)據(jù)的斷面圖或縱橫斷面圖。通過這種技術(shù)的運(yùn)用，大大提高了前期測(cè)量的效率，對(duì)交通的影響大大減少，有利于道路的通暢。

4.2 在山區(qū)道路測(cè)繪中的應(yīng)用

在山區(qū)道路測(cè)繪中，往往需要對(duì)設(shè)計(jì)道路的中線兩側(cè)的一些指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。因?yàn)樯絽^(qū)道路往往較為崎嶇，所處的環(huán)境更為復(fù)雜，因此傳統(tǒng)的測(cè)繪工作就會(huì)面對(duì)著工作量大等等復(fù)雜的難題。因此，通過該技術(shù)的應(yīng)用可以大大減少測(cè)繪人員的工作量，提高工作效率。但需要注意的是，該技術(shù)在山區(qū)道路的運(yùn)用也存在一些弊端，因?yàn)樵摷夹g(shù)發(fā)展尚未成熟，所以在一些特殊環(huán)境中的運(yùn)用還不完善，比如在一些森林地區(qū)，該技術(shù)的測(cè)量就會(huì)存在較大的誤差，使得最后的成果不盡人意。因此在山區(qū)道路的測(cè)繪中，需要對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行考察分析，根據(jù)實(shí)際情況最后決定是否采用該技術(shù)。也可以通過將傳統(tǒng)測(cè)繪工作與三維激光掃描技術(shù)相結(jié)合的方式，克服一些自然因素，并到達(dá)提高效率的效果。

4.3 在城市道路測(cè)繪中的運(yùn)用

因?yàn)槌鞘薪煌ňW(wǎng)需要考慮到城市建筑的影響，因此，在現(xiàn)有的城市道路中，往往錯(cuò)綜復(fù)雜，交通網(wǎng)較為密集。在城市道路尤其是一線城市的交通要道的測(cè)繪上，傳統(tǒng)的測(cè)繪工作就顯得非常艱巨，且受到時(shí)間的限制，在一些交通的高峰期，測(cè)繪工作就會(huì)受到制約與限制。因此，通過結(jié)合三維激光掃描技術(shù)，可以大大減少測(cè)繪人員的工作量，提高測(cè)繪效率與可信度，在城市道路的測(cè)繪中具有重要作用與意義。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，三維激光掃描技術(shù)相比較于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)具有掃描數(shù)據(jù)大，覆蓋面光，具有一定安全性、準(zhǔn)確性的特點(diǎn)，是突破傳統(tǒng)測(cè)繪的又一項(xiàng)技術(shù)革命，其運(yùn)用對(duì)于現(xiàn)代道路工程的設(shè)計(jì)與實(shí)施具有創(chuàng)新性意義。但是，三維激光掃描技術(shù)也存在局限性，比如在測(cè)繪環(huán)境較為復(fù)雜的情況下極有可能會(huì)遇到難以解決的問題，且此掃描儀器價(jià)格昂貴，難以推廣到整個(gè)市場(chǎng)。因此，在科技高速發(fā)展的時(shí)代，三維激光掃描技術(shù)上應(yīng)不斷進(jìn)行創(chuàng)新與完善，推動(dòng)工程測(cè)繪行業(yè)快速發(fā)展。

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