工程測量中三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

邢政

齊齊哈爾市勘察測繪研究院 黑龍江齊齊哈爾 161003

三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用過程中借助于激光實(shí)施掃描，并獲得不同點(diǎn)的三維坐標(biāo)和紋理信息，并根據(jù)這些信息來獲得更具精確度的三維模型。在當(dāng)前工程測量中三維激光掃描技術(shù)發(fā)揮著非常重要的作用，有效的提高了測繪效率和準(zhǔn)確度，為工程測量工作的健康發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 三維激光掃描技術(shù)概述

三維激光掃描技術(shù)是通過應(yīng)用激光測距原理，針對物體表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)及反射率等信息進(jìn)行記錄，并在復(fù)雜實(shí)體或是實(shí)景中針對目標(biāo)進(jìn)行全景三維模型重建。作為一種新型的空間信息獲取方法，通過利用三維激光掃描技術(shù)，能夠?qū)⒛繕?biāo)實(shí)體的真實(shí)情況最大限度的反映出來，并在復(fù)雜環(huán)境和地理空間內(nèi)完成三維數(shù)據(jù)的采集，快速構(gòu)建三維模型。在實(shí)際應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)過程中，通過對實(shí)物或是實(shí)景進(jìn)行掃描，不需要經(jīng)過任何處理即能夠獲取到目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)信息，采集數(shù)據(jù)更具真實(shí)性和可靠性，而且數(shù)據(jù)采集率較高。利用三維激光掃描儀掃描過程中，不受時(shí)間和空間制約，實(shí)現(xiàn)了全時(shí)全域測量。采集的數(shù)據(jù)為數(shù)字信號，具有全數(shù)字的特性，更便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、輸出和共享，數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的數(shù)字化和兼容性，而且掃描技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，也進(jìn)一步提高了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[1]。

2 工程測量中三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

2.1 地形圖測繪中的應(yīng)用

在一些復(fù)雜地形區(qū)域內(nèi)，通過常規(guī)測繪無法獲取到具體的測繪信息，這種情況下利用三維激光掃描技術(shù)對復(fù)雜地形進(jìn)行測繪，能夠獲得較好的效果。測繪時(shí)宜先提取地面的特征點(diǎn)，并利用測圖軟件進(jìn)行地形測繪。地物測繪完成后，通過將與要求不符的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行清除，并運(yùn)用平均面迭代法，計(jì)算所有數(shù)據(jù)平均面，獲得更為精確的地貌數(shù)據(jù)。再針對點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)施有效的處理，使其與地形測繪要求相符，借助于相關(guān)軟件自動生成等高線，該等高線具有較好的可靠性和精確性，能夠更準(zhǔn)確的反應(yīng)出實(shí)際的地形。另外，將等高線圖和地物圖相疊加，及時(shí)調(diào)整和編輯相關(guān)數(shù)據(jù)，并在圖上標(biāo)上標(biāo)志，完成圖形的整飾[2]。

2.2 土方量計(jì)算中的應(yīng)用

在測量土方量時(shí)會使用到不同的儀器來獲得測量數(shù)據(jù)，并測繪特征點(diǎn)三維坐標(biāo)，這種方法獲取的土方量無法保障精度。在土方量計(jì)算中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集，并對三維坐標(biāo)進(jìn)行測繪，獲得更高精度的土方量。在具體建立基準(zhǔn)面過程中，需要對高程進(jìn)行設(shè)計(jì)，獲取掃描點(diǎn)云，并在邊界建立基準(zhǔn)面。剔除基準(zhǔn)面中多余的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用平面迭代方法實(shí)現(xiàn)土方量的計(jì)算。通過生成高精度的數(shù)字高程模型，有效的提高土方量計(jì)算的效率和精度。

2.3 道路竣工測量中的應(yīng)用

道路竣工測量過程中，道路縱橫斷和樣圖是其中較為重要的內(nèi)容。當(dāng)采用傳統(tǒng)測量方法，無法保證測量精度和效率，而且測量工作量較大。通過應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，利用激光掃描來獲得具體的縱橫斷和樣圖，可以有效的提高測量工作的效率和精確度。而且道路竣工測量過程中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)整個工作流程較為簡單。具體宜以點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理為基礎(chǔ)，通過對坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提取點(diǎn)的三維坐標(biāo)，相應(yīng)點(diǎn)提取時(shí)宜保持一定的間隔，自動生成等高線，完成縱橫斷和樣圖繪制。

2.4 三維建模中的應(yīng)用

在當(dāng)前古建筑修復(fù)過程中，可以利用三維激光掃描技術(shù)來構(gòu)建三維模型，不需要與古建筑進(jìn)行接觸即能夠獲取到相關(guān)的數(shù)據(jù)，完成三維模型的構(gòu)建，測繪出古建筑的細(xì)節(jié)特征，從而完成具體的修復(fù)施工。在具體三維激光掃描技術(shù)在三維建模中應(yīng)用時(shí)，建模時(shí)宜以點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理作為基礎(chǔ)，依托點(diǎn)云來完成三角網(wǎng)模型構(gòu)建操作，需要對云數(shù)據(jù)疏密程度進(jìn)行確定，同時(shí)三角網(wǎng)數(shù)據(jù)中還要具備較多的紋理信息。也可以使用點(diǎn)云數(shù)據(jù)采用3dsmax進(jìn)行建模，通過完成規(guī)則形體剖面的繪制，并與具體的精度要求相符。另外，為了增強(qiáng)三維模型的真實(shí)性，還需要實(shí)施紋理映射，即利用掃描儀上的數(shù)碼相機(jī)來獲得紋理信息，完成紋理映射，并針對紋理圖像進(jìn)行縮放、糾正和匹配處理[3]。

（1）精細(xì)三維建模。利用掃描技術(shù)來獲得影像數(shù)據(jù)和三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建古建筑的高精細(xì)三維模型，并使用紋理映射來獲得彩色的三角網(wǎng)面片，針對邊緣實(shí)施有效的處理，將多個三角網(wǎng)面片組成一個整體模型，獲得真實(shí)尺寸的彩色三維模型。利用這種方式實(shí)施測繪時(shí)，有效的保證了模型的準(zhǔn)確性，而且能夠?qū)⒔ㄖ?shí)際效果更好的反映出來，實(shí)現(xiàn)對不同距離和凸凹紋理的測量，獲得較好的建模效果。

（3）復(fù)雜工業(yè)設(shè)備建模。在實(shí)際工程測量工作實(shí)施過程中，對于一些工業(yè)建筑較為復(fù)雜的情況，特別是建筑中設(shè)備管線數(shù)量較多時(shí)，在具體規(guī)劃和改造過程中，宜實(shí)施工程測量，當(dāng)采用傳統(tǒng)的測量方式時(shí)，無論是測量效率還是精確度都無法滿足工程要求。這種情況下宜應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，通過生成具體的3D模型，快速完成模型構(gòu)建操作，能夠有效的保證建模的精確度，具有較好的可視化特點(diǎn)，能夠?yàn)閺?fù)雜情況下工業(yè)建筑的建設(shè)和改造提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

3 結(jié)語

在當(dāng)前測繪領(lǐng)域中，三維激光掃描技術(shù)作為一種較為先進(jìn)測繪技術(shù)，其在工業(yè)測量中的應(yīng)用獲得了較好的成效，具有較好的應(yīng)用前景。由于三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用時(shí)間較短，在工業(yè)測量中應(yīng)用時(shí)還存在一定的缺陷。因此還需要針對三維激光掃描技術(shù)加大研究力度，積極完善具體的性能，確保在工程測量中能夠獲得更好的應(yīng)用效果。