關于城市測量中三維激光掃描技術的實踐

陳嘉偉

摘要：本文主要以介紹三維激光掃描技術在目前城市建設中進行城市數(shù)據(jù)測量的實際應用情況為主，對三維激光掃描技術的應用的基本原理以及其主要應用領域進行淺要分析以及探討，在分析過程中通過列舉實際的相關案例，來驗證三維激光掃描技術的高精度以及高效率的性能特點。最后以三維激光掃描技術的目前使用現(xiàn)狀來對該技術在未來城市測量中的發(fā)展趨勢進行相應的討論以及分析。

關鍵詞：城市測量;三維激光掃描技術;應用原理;應用實例;發(fā)展前景

引言：常規(guī)的測量手段以及測量工具往往會受到時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而致使其無法高效完成部分測量工序。但隨著時代的進步，科技實力的日益提升，三維激光掃描技術逐漸進入了人們的視野，該技術在進行稱是測量方面在很多層面取得了較大的突破性發(fā)展。三維激光掃描技術測量城市主要是通過采集城市的三維坐標以及其他相應的位置信息，利用激光點云數(shù)據(jù)處理技術來獲取城市的空間以及屬性信息。

一、三維激光掃描技術的應用原理

三維激光掃描技術在實際生活中的應用范圍越加廣泛，現(xiàn)階段，在實際生活中的應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掃描儀與地物之間的距離差值進行計算后結(jié)合激光脈沖的方向計算三維坐標。三維激光掃描技術根據(jù)平臺層次大致可以劃分為地面激光掃描、車載激光掃描以及機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的方式，車載以及機載激光掃描則是指將三維坐標掃描儀搭載至車輛或者飛機上進行移動性測量的方式。

二、三維激光掃描的主要應用領域以及應用實例

三維激光掃描技術的測量在最開始時僅僅應用于城市建設之中，由于城市建設隨著時代經(jīng)濟的發(fā)展而發(fā)展，周邊事物逐漸變得復雜，而常規(guī)的測量手段以及方法又受到時間以及地理位置等外在要素的制約，無法完成部分測量工作，因此，三維激光掃描技術被引入到現(xiàn)代化的城市測量之中，由于其性能強大，適用范圍也逐漸得到擴大。三維重建對于人力、物力以及投入成本都是一項高額度的投入，并且傳統(tǒng)的技術手段很難高標準高質(zhì)量地來完成此項工作。而三維激光掃描技術可以高效率、高精準度的來完成此項工作。

2.1、城市建設

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

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

2.2、城市建筑古跡的測量

建筑以及古跡的測量主要是利用三維激光掃描技術對古建筑、古雕像等歷史遺留古跡進行測量，主要目的是對一些歷史悠久、價值高以及殘缺不全的歷史古跡進行測量，從而為后續(xù)的保存以及修復工作提供數(shù)據(jù)支持。對于歷史古跡的測量一定要慎之又慎，必須采用高精度的測量工具來完成對于古物測量，以保測量的精準度，因為后續(xù)的修復工作需要超高精度的數(shù)據(jù)來為工作的順利進行提供保障。對于小型的建筑古跡利用人力等手段就可以實現(xiàn)高精度測量，但針對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手段來對其進行數(shù)據(jù)收集，因三維激光掃描技術具有收集數(shù)據(jù)精度高、密集性大的特點，因而可以為修復工作后續(xù)的順利進行提供保障。

應用實例：石峁遺址發(fā)現(xiàn)于上世紀七十年代，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)部進行建設，其中包含了修路、取土等活動，更甚者還出現(xiàn)了盜掘等違法行為。由于人們的活動越加惡劣，古跡遺址的保護工作逐步得到重視。其中就采用了三維激光掃描技術來對石峁遺址進行監(jiān)測。主要是通過對石峁遺址進行掃描來獲取石峁遺址土墻表面的缺陷數(shù)據(jù)，總共進行兩期掃描，然后將掃描所得數(shù)據(jù)進行對比分析。在對比分析中得到石峁遺址墻體凹陷的數(shù)據(jù)。

三、三維激光掃描技術的發(fā)展前景

隨著時代的發(fā)展，科技實力的不斷提升，三維激光掃描技術已逐漸成為多個建設領域不可或缺的測量工具，三維激光掃描技術具有時效性高以及精準度高等優(yōu)勢，與此同時該技術還可以將未知的難以測量的數(shù)據(jù)進行整合，進而將整合后的數(shù)據(jù)完整精確地呈現(xiàn)在人們眼前。三維激光掃描技術現(xiàn)階段已不再僅僅適用于城市建設測量，該技術還被廣泛地應用于自然災害的監(jiān)測之中。由此可見，三維激光掃描技術已經(jīng)被普遍應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相較于傳統(tǒng)的測量工具而言具有極大的優(yōu)勢，該技術彌補了傳統(tǒng)測量工具中時間耗費大、受空間限制、受天氣影響等不足。三維激光掃描技術在彌補了傳統(tǒng)測量工具的不足的同時，還為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┝藰O大的便利。三維激光掃描技術現(xiàn)階段已經(jīng)被廣泛地應用于人們?nèi)粘Ｉ钪械母鞔箢I域，已不再局限于城市建設中個大環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的測量，三維激光掃描技術還被應用于泥石流、地震等自然災害的監(jiān)測方面。由此可見，三維激光掃描技術的使用效果是很好的，但其技術層面仍需要不斷的提高精準度以及不斷的進行優(yōu)化升級，以此來進一步推進。

參考文獻：

[1]黃杰云.關于在城市測量中三維激光掃描技術的實踐研究[J].測繪與空間地理信息，2020，43（02）：85-87.

[2]皮志榮.地面三維激光掃描技術在工程測量中的實踐[J].江西建材，2017（24）：219+224.

[3]羅茜.地面三維激光掃描技術在建筑物立面測量中的應用與實踐[J].江西測繪，2017（02）：36-38.

[4]朱立軒.三維激光掃描技術在建筑物外立面測量中的實踐及應用[J].礦山測量，2016，44（04）：49-52.

上海元易勘測設計有限公司 上海市 201210