三維激光掃描技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

摘?要：三維激光掃描技術(shù)在我國的工程測量中不斷發(fā)展和應(yīng)用，并且在道路測繪、建筑測量中都有著重要的作用，其發(fā)展與推廣對我國的建筑施工意義深遠。本文通過闡述當前三維激光掃描技術(shù)的實際應(yīng)用情況，對于三維激光掃描技術(shù)的原理進行分析，提出三維激光掃描技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用趨勢，以供讀者參考。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描;工程測繪;激光測距;三維建模;應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)是基于激光測距原理，并且還原三維場景。近代三維激光掃描技術(shù)不斷被重視，甚至許多學(xué)者認為其是繼GPS技術(shù)以來的工程測量新革命，對于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析工作有著不可小覷的作用。而作為新型的測量方法，三維激光掃描技術(shù)在國內(nèi)外各項工程施工中也有十分廣泛的應(yīng)用，國外更多的是應(yīng)用于工程設(shè)計、測繪，三維激光掃描技術(shù)在地形圖測繪、土方量測算及道路橋梁測量、建模方面也有著重要的應(yīng)用。

一、 三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用分類及原理

三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用依據(jù)測量方式的不同可以分為固定激光掃描與移動激光掃描兩種系統(tǒng)。前者采集的不是離散的單點坐標，而是構(gòu)建出“點狀云”的體系，有著掃描范圍廣泛、速度快捷、精度較高的特點，在野外也有較大的操作空間。移動激光掃描技術(shù)是與固定激光掃描系統(tǒng)技術(shù)融合進行數(shù)據(jù)的采集和匯總。移動激光掃描技術(shù)可以獲取更多反射的激光，對于掃描點進行灰度匹配。整體來說移動式激光掃描技術(shù)還是不穩(wěn)定的，固定式激光掃描系統(tǒng)在一定程度上更為穩(wěn)定有效。

二、 固定式三維激光掃描在工程測量中的應(yīng)用

在掃描前需要對于固定式三維激光掃描區(qū)域內(nèi)的環(huán)境進行整體考察，并確定掃描儀與標靶的位置。保障掃描的數(shù)據(jù)可以有效代表測量區(qū)域，并且選擇盡量少的測站來減少原始數(shù)據(jù)的處理量。在掃描測量的時候也要對測量區(qū)域內(nèi)的獨特地形進行拍照記錄，從而讓后期的數(shù)據(jù)處理更有效，可以更全面的進行考察。

點狀云的數(shù)據(jù)采集需要通過測站的精細掃描獲取，可以精確得到標靶中心的坐標，并作用于不同區(qū)域內(nèi)的點狀云數(shù)據(jù)。其配準則分為相對和絕對兩部分，更主要的是要以某一個掃描站坐標系為基礎(chǔ)建立全站儀或者其他儀器的精確測量，目的在于獲取標靶的精確坐標，在配準的過程中要求各個測站都轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標系中;在進行點狀云數(shù)據(jù)的采集與匯總、配準后，最重要的操作就是對數(shù)據(jù)的處理，而處理后的點狀云數(shù)據(jù)有助于地形圖測繪精確化、道路橋梁竣工測量、三維建模等工程應(yīng)用。

（一）在地形圖測繪中的應(yīng)用

地形圖的測繪是對于某一片區(qū)域的整體地形測繪，針對這些區(qū)域的地形圖測繪可以采用激光掃描技術(shù)，不需要傳統(tǒng)測量的接觸測量、匯總、處理以及地物地貌特征的提取、編輯、處理，整合成為地形圖。

（二）在土方量計算中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的土方量計算采用的是工程測繪的GPS、水準儀等儀器進行實際測量，同時對于地表不平整的特征，可以采用三維坐標進行測算的方式進行測算，進一步也可以構(gòu)建土方量的計算體系。這種方法的缺點在于工作量巨大，需要工作者在野外進行大量散點的采集與數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采集的間隔也較大，精度則較低。而采用固定式三維激光掃描技術(shù)就可以讓土方量的計算更為便捷和準確，可以有效降低野外的工作強度，并且提升計算的精確程度。其流程包括對于點狀云數(shù)據(jù)的處理，構(gòu)建一定土方量的基準面，并進行特征地貌地物的去除，從而生成DEM并進一步測算土方量。

（三）在道路橋梁竣工測量中的應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)在道路橋梁的竣工測量中也有著不可小覷的作用，其可以有效獲取道路橋梁的樣圖以及縱橫斷面，查看其穩(wěn)定性與穩(wěn)固性。傳統(tǒng)的測量方法在道路橋梁竣工測量中工作量較大，且數(shù)據(jù)處理自動化程度較低，這也體現(xiàn)了三維激光掃描技術(shù)對于當代道路竣工測量有著重要的作用。

運用三維激光掃描技術(shù)可以讓外業(yè)的工作效率提升將近4倍。地形圖的測繪是對于某一片區(qū)域的整體地形測繪，針對這些區(qū)域的地形圖測繪可以采用激光掃描技術(shù)，但其應(yīng)用也存在不足之處：首先激光掃描技術(shù)的發(fā)展時間較為短暫，對應(yīng)的設(shè)備和儀器耗費的資金較多，難以在短時間內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模的普及，且激光掃描在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用仍舊在探索中;其次三維激光掃描設(shè)備在使用中仍舊沒有統(tǒng)一的旋轉(zhuǎn)軸系參數(shù)，其矯正體系和誤差難以界定;除此之外，三維激光掃描技術(shù)對于數(shù)據(jù)的處理十分迅速，也有著較大的數(shù)據(jù)處理量，但對應(yīng)的軟件處理數(shù)據(jù)存在誤差與不穩(wěn)定的兼容性，道路橋梁如果僅依賴三維激光掃描技術(shù)可能會造成處理周期較長。

三、 小結(jié)

三維激光掃描技術(shù)是當前世界上獲取三維空間數(shù)據(jù)非常先進的技術(shù)，同時這種三維激光掃描技術(shù)可以為傳統(tǒng)的工程測量提供一定的補充，也有著更快速度、更遠距離的特點，對信息的處理更快捷，可以有效提升外業(yè)的工作效率;本文以傳統(tǒng)的測量作為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域地形圖的測繪技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)，對待測地區(qū)進行全方面的測繪。同時三維激光掃描技術(shù)不僅可以用于地形圖測繪，還可以運用在土方量計算、竣工的測量以及建筑的三維建模等方面。同時也有旋轉(zhuǎn)軸系參數(shù)不確定，其矯正體系和誤差難以界定等缺點，因此三維激光掃描技術(shù)在工程測量中仍舊需要深入研究與拓展。

作者簡介：胡清云，江蘇拓嘉工程設(shè)計研究研有限公司。