工程測繪中關于地面三維激光掃描技術(shù)的應用分析

龔 瓊，朱 波

（1.玉溪云玉測繪有限公司，云南 玉溪 653100；2.玉溪農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，云南 玉溪 653106）

工程測繪技術(shù)隨著采集設備的不斷升級，數(shù)據(jù)儲備、分析、應用技術(shù)的不斷成熟，以三維激光掃描技術(shù)為典型代表，為工程測繪工作降低了人工成本，勞動強度，提高了數(shù)據(jù)采集的全面性和準確性，促進了工作的科學性和高效性。本文將結(jié)合其技術(shù)概念和特點，在地質(zhì)勘探測繪領域的應用進行深入分析。

1 三維激光掃描技術(shù)概述

（1）三維激光掃描技術(shù)的概念。該技術(shù)又叫實景復制技術(shù)，通過高度激光掃描的測量方法，實現(xiàn)對勘測區(qū)域的大面積覆蓋掃描，以1:1的模型結(jié)構(gòu)制作成三維點云框架，然后根據(jù)坐標、反射強度和顏色等信息數(shù)據(jù)實現(xiàn)勘探區(qū)域的效果圖的可視化再現(xiàn)[1]。三維激光掃描技術(shù)因在地質(zhì)勘測中準確性高，數(shù)據(jù)采集詳實，因此受到地質(zhì)技術(shù)人員的青睞。

（2）三維激光掃描技術(shù)的特點。在工程測繪中利用三維激光掃描，實現(xiàn)地形圖的精確繪制使其基本應用之一，能夠?qū)崿F(xiàn)一次測量，利用激光掃描的精細點云直接生成三維地形模型，還能實現(xiàn)等高線的自動提取，通過模型間的比對計算，精確分析出工程施工中的土石方開發(fā)數(shù)據(jù)，從而為制定科學合理的工程施工方案提供數(shù)據(jù)支持，從而合理規(guī)劃施工進度，提高開發(fā)效率，節(jié)省開發(fā)成本，降低工人勞動強度。

因此，可以得出三維激光掃描技術(shù)在工程測繪中地形、地質(zhì)應用的特點為測量過程簡單快捷，只需要專業(yè)的技術(shù)人員掌握基本的操作方法即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息采集的全面性，測量結(jié)果的精確性；而且三維技術(shù)掃描技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)軟件處理，大數(shù)據(jù)云儲存和分析技術(shù)具有極高的關聯(lián)度，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的海量儲存，輕松檢索，廣泛應用。

（3）三維激光掃描技術(shù)的應用領域。三維激光掃描作為一種突破傳統(tǒng)測量的全新技術(shù)，能夠傳承傳統(tǒng)測量無法完成的任務，提高測繪質(zhì)量，提升測繪效率，在應用領域也非常廣泛，主要涵蓋以下四個方面：第一是能夠?qū)崿F(xiàn)大型建筑結(jié)構(gòu)的從平面、到立體的精準測繪，形成真實效果圖，也可以對其整體質(zhì)量進行檢測。第二是對地質(zhì)環(huán)境、地形狀態(tài)、地質(zhì)災害、因采礦引發(fā)的地層變形等情況進行及時，科學的測繪，為地質(zhì)工作提供強有力的數(shù)據(jù)指導；第三是可以實現(xiàn)文化遺產(chǎn)的發(fā)掘提供基于三維激光掃描采集、記錄的數(shù)據(jù)信息，提高我國文物保護的水平；第四是可以對復雜工廠環(huán)境、大型裝備提供全新的測量方法，實現(xiàn)完整的模型建立，虛擬測量和分析計算。

2 三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)勘察測繪中的應用

（1）在地形地質(zhì)研究中的應用。利用此技術(shù)可以開展重要造山帶的地質(zhì)成因研究，通過無人機的協(xié)助對其整體環(huán)境進行“透視”，可以繪制地質(zhì)災害排查評估圖，提前做好相關災害的風險預防措施；同時還能繪制出礦產(chǎn)儲量分布圖，在科學技術(shù)與設備的幫助下為找礦，尋礦和礦產(chǎn)的儲量計算提供便利。

（2）在地形地質(zhì)測繪中的應用。此應用分為五個步驟，一是實地觀察周圍環(huán)境，確定掃描儀和標靶的位置能夠便于工作；二是在激光掃描區(qū)域中設置一些同名控制標靶，實現(xiàn)多測站數(shù)據(jù)統(tǒng)一坐標系，從而完成點云數(shù)據(jù)配對；三是通過地物的提取與繪制，地表數(shù)據(jù)的獲取實現(xiàn)三維全景模型的構(gòu)建；四是將地形測繪數(shù)據(jù)導入對應的數(shù)字測圖軟件之中，并按照要求進行非地貌數(shù)據(jù)的剔除和地貌數(shù)據(jù)的抽稀工作，實現(xiàn)等高線的自動生成；五是將地物圖形與等高線圖形進行效果處理，并對照實景和點云數(shù)據(jù)進行手工修改，最后加上高程注記，在處理軟件中生成圖視圖例圖廓，并進行三維立體效果圖的最后潤色，做到與實景的高度匹配。

（3）在土方測量中的應用。利用三維激光掃描技術(shù)來進行土方量計算，需要嚴格按照三維坐標的測量要求，利用GPS對土方測量全覆蓋的定位，RTK對觀測數(shù)據(jù)值的準確校對，水準儀在實際測量距離范圍內(nèi)保證掃描數(shù)據(jù)的精度，在運用通過互聯(lián)網(wǎng)三維成像技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)來實現(xiàn)土方體積、重量的精準核算。其施工步驟分為兩步：一是選擇一個符合平面設計要求的基準點，構(gòu)建一個容易測量出土方高程、邊界的地基面，然后依此為三維激光掃描的工作臺，進行土方整體的一次性全范圍的數(shù)據(jù)測量，然后將數(shù)據(jù)通過點云處理之后，上傳到工程三維圖形處理系統(tǒng)之中，按照坐標體系構(gòu)建合理比例下的效果圖，在通過計算公式來算出工程需要開發(fā)的土石方量。二是要對數(shù)據(jù)的處理進行嚴謹細致的篩選，對于工程中土石方開發(fā)范圍比較大的區(qū)域，不能直接用點云數(shù)據(jù)計算，而是要考慮植被、建筑物等雜物測繪數(shù)據(jù)的干擾，導致計算數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)有出入，造成開發(fā)成本的不合理支出，一般情況下是通過掃描技術(shù)將測量面進行平均計算處理以符合客觀實際。

（4）在地質(zhì)礦產(chǎn)中的應用。地質(zhì)礦產(chǎn)中應用此技術(shù)主要表現(xiàn)為礦床資源儲備量的數(shù)據(jù)換算，其應用過程主要為利用超長距離的三維激光掃描儀，在采集的點云上通過多個坐標的設定來實現(xiàn)對礦山全部測繪范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)采集，從而完成精準的三維地形圖的繪制，這樣就可以避免人工敵實地勘探存在的風險，直接可以通過簡單的定點工作實現(xiàn)基于數(shù)字成圖條件下的科學研判，為礦山的合理開發(fā)和綜合治理提供真實可靠的數(shù)據(jù)支撐。

3 三維激光掃描應用過程中的注意事項

首先，工作人員在使用掃描儀的時候要注意讓掃描距離要符合其技術(shù)要求，盡量在科學合理的范圍來進行，這樣才能保障測點數(shù)據(jù)采集的精準度符合三維效果圖的繪制條件。其次，三維激光掃描儀的技術(shù)設備型號主要是RIEGLVZ-1000，測點由于自身結(jié)構(gòu)的影響，其工程坐標系和本身坐標系的變換機制是靠調(diào)整后視標靶里面的儀器設備完成，這樣會導致掃描精度和后視點的實測精度因誤差讓測點的數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)問題，導致最終結(jié)果與實際不符合[2]。對此工作人員要首先確定掃描距離，保證標靶大小符合數(shù)據(jù)測量精確之要求，盡量規(guī)避人為操作帶來的測繪問題。第三，利用圖形處理軟件進行數(shù)據(jù)編輯工作時，要實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)拼接零差錯的同時，也要讓鄰站彼此間的掃描范圍的重合率在規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，不能過大，因為會帶來外業(yè)工作量，也不能過小，因為會對拼接精度造成重大的偏差。第四，工作人員要具備專業(yè)的三維激光掃描技術(shù)的數(shù)據(jù)采集、儲存、編輯和基于此的圖形繪制、調(diào)整能力，對硬件設備與軟件系統(tǒng)，人工處理與智能方法要熟練掌握，方能應對其中各種突發(fā)問題和技術(shù)難題。

4 結(jié)語

總之，科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力，三維激光掃描技術(shù)應用廣泛，前景廣闊，能夠為中國工程測繪事業(yè)帶來前所未有的大變革，應該通過政策鼓勵，資金支持和社會資源的引導，對該技術(shù)進行普遍性地推廣。