移動式三維激光掃描儀在地下管廊測量中的應(yīng)用分析

朱微

（常州市測繪院，江蘇 常州 213003）

1 引言

三維激光掃描儀是進行地下管廊測量中經(jīng)常使用的掃描儀器。隨著我國信息技術(shù)的不斷提升，人們對三維激光掃描儀進行了改良以及優(yōu)化，轉(zhuǎn)變了三維激光掃描儀傳統(tǒng)的測量模式。傳統(tǒng)測量儀器（如全站儀）在進行地下管廊測量過程中，測量工作效率較低，測量結(jié)果也缺乏準(zhǔn)確性，給地下管廊測量工作帶來了較大的難度。移動式激光掃描儀在進行地下管廊測量時，所具備的靈活性以及自由度更高，能夠使地下管廊測量工作更加簡單便捷。測量人員在利用移動式激光掃描儀進行測量工作時，掃描儀能夠更快地獲取掃描區(qū)域的數(shù)據(jù)，并且能夠保證數(shù)據(jù)結(jié)果更加精準(zhǔn)，有效保證了地下管廊的測量效果。

2 移動式三維激光掃描儀

2.1 移動掃描儀

移動掃描儀是三維激光掃描儀中的一種，測量人員在使用移動掃描儀進行掃描時，主要是采用手持的方式對物體進行掃描。傳統(tǒng)的三維激光掃描儀在使用時，不方便測量人員攜帶以及掃描，增加了地下管廊測量工作的難度，使地下管廊測量工作更加復(fù)雜。移動式三維激光掃描儀方便測量人員攜帶，還能夠隨時進行移動測量，使地下管廊測量工作更加簡單。工作人員在開展測量工作時，利用移動掃描儀對需要測量的區(qū)域進行掃描，能夠快速獲取相關(guān)測量數(shù)據(jù)，并且能夠保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。移動掃描儀使地下管廊測量工作更加簡單，也成為地下管廊測量的主要方式[1]。

2.2 控制測量

測量人員在利用移動式三維激光掃描技術(shù)進行地下管廊測量時，需要在測量區(qū)域設(shè)置合適密度和精度的控制測量點，這樣才能夠保證移動式三維激光掃描數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，符合地下管廊的測量要求。在測量區(qū)域設(shè)置控制測量點時，測量人員要能夠結(jié)合地下管廊的實際情況，充分考慮地下管廊所在位置以及地形的影響，使控制測量點的密度以及精度更加合理。測量人員可以設(shè)置2 組控制測量點，一組在地下管廊的頭部，另一組在地下管廊的尾部?？刂茰y量點的設(shè)置還需要保證地下管廊內(nèi)部位置較為空曠，這樣才能夠使地下管廊測量結(jié)果更加清晰，控制測量點要呈三角形分布，控制測量點的間距可以根據(jù)地下管廊的實際情況進行調(diào)整[2]。如圖1 所示。

圖1 地下管廊控制測量點

2.3 掃描作業(yè)

在利用移動式三維激光掃描技術(shù)對地下管測量時，測量人員要對地下管廊的現(xiàn)場情況進行了解，根據(jù)實際情況確定合理的掃描測量路線，使掃描測量工作更加具有規(guī)劃性，保證掃描測量工作能夠順利進行[3]。在進行掃描測量的過程中，測量人員可以采用多任務(wù)的掃描方法，測量人員可以選擇地下管廊中具有明顯特征的區(qū)域，并分別對這部分區(qū)域進行掃描測量，測量完畢之后再將這些區(qū)域拼接起來，從而得到較為精準(zhǔn)的地下管廊測量結(jié)果。測量人員在對地下管廊進行單次掃描時，測量人員要能夠掌握好測量距離，同時還要控制好掃描時間，測量人員可以根據(jù)地下管廊的實際長度計算出測量距離以及掃描時間，保證地下管廊的掃描以及測試結(jié)果更加準(zhǔn)確。

3 移動式三維激光掃描儀在地下管廊測量中的應(yīng)用

3.1 點云配準(zhǔn)

在地下管廊測量中應(yīng)用移動式三維激光掃描儀，測量人員可以采取分段掃描的方式對地下管廊進行測量。在進行分段掃描的過程中，移動式三維激光掃描儀所掃描出的點云參數(shù)都不同，需要測量人員對地下管廊進行重復(fù)掃描，將參數(shù)不同的點云數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)，再將配準(zhǔn)好的點云參數(shù)放置在合適的坐標(biāo)內(nèi)，促進點云參數(shù)能夠在坐標(biāo)內(nèi)形成三維圖形[4]。測量人員在進行點云配準(zhǔn)時，可以選擇利用基于點云配準(zhǔn)以及基于目標(biāo)配準(zhǔn)2 種方式進行，基于點云配準(zhǔn)的掃描方式，需要測量人員對地下管廊的重疊區(qū)域進行掃描，之后再對點云進行配準(zhǔn)?；谀繕?biāo)配準(zhǔn)需要測量人員在地下管廊測量區(qū)域設(shè)置目標(biāo)點，并獲取目標(biāo)點的點云參數(shù)，測量出目標(biāo)點的坐標(biāo)，最后對其進行點云配準(zhǔn)。如圖2 所示。

圖2 點云配準(zhǔn)

3.2 數(shù)據(jù)降噪

在進行地下管廊測量的過程中，測量數(shù)據(jù)容易受到外界因素的干擾，會將不必要的掃描信息錄入地下管廊的測量結(jié)果內(nèi)，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度不夠。地下管廊測量數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)，會增加測量人員的后期工作量，為了能夠使測量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，測量人員需要對數(shù)據(jù)進行分析以及優(yōu)化，增加了測量人員的工作難度。

通過與點云特征矩陣庫對比的方式，可自動識別出點云場景內(nèi)的特征物，并進行剔除。隨著掃描作業(yè)的增多，后期還會通過SVM 算法用更多的樣本對點云特征矩陣庫進行訓(xùn)練和擴充，以提高點云特征矩陣庫識別特征物的種類及識別的準(zhǔn)確性，達到數(shù)據(jù)降噪的目的，保證測量數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。在對地下管廊進行掃描時，移動三維激光掃描儀能夠使地下管廊整體可視化，并且能夠清除外界因素對測量工作的干擾，保證地下管廊的測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，緩解測量人員的工作壓力[5]。

3.3 數(shù)據(jù)重復(fù)采樣

測量人員在利用分段掃描的方式對地下管廊進行測量時，所掃描出的數(shù)據(jù)會出現(xiàn)小部分重疊，給數(shù)據(jù)拼接工作帶來較大的難度，影響地下管廊測量工作效率。為了減少這種情況的發(fā)生，測量人員可以對測量區(qū)域進行重復(fù)掃描、重復(fù)采樣。測量人員在對地下管廊數(shù)據(jù)重復(fù)采樣的過程中，要保證數(shù)據(jù)的精確性，這樣才能夠保證測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，可以作為有效數(shù)據(jù)進行參考。測量人員在進行數(shù)據(jù)采樣時，需要結(jié)合地下管廊的實際情況合理控制采樣之間的距離。重復(fù)采樣能夠使測量結(jié)果更加精確，對提高地下管廊的數(shù)據(jù)測量工作水平有著重要作用。

3.4 分類提取

為了保證地下管廊測量結(jié)果更加精準(zhǔn)，測量人員在利用移動式三維激光掃描儀進行測量時，要做好地下管廊管線的分類提取工作，使地下管廊整體空間結(jié)構(gòu)更加清晰，管線屬性特征也更加明顯。測量人員在對地下管廊管線進行提取時，可以將管線分為不同種顏色，這樣能夠更好地區(qū)分不同的管線，使地下管廊測量工作更加簡單。測量人員可以將不同顏色的管線進行標(biāo)注和記錄，使地下管廊的管線更加清晰，使測量人員更容易進行辨別[6]。

3.5 精度分析

為了檢驗移動式三維掃描儀測量地下管廊數(shù)據(jù)結(jié)果的可靠性，采用傳統(tǒng)測量方法對測量結(jié)果進行檢測。從檢測結(jié)果看，移動掃描技術(shù)可以應(yīng)用于地下管廊測繪。

4 結(jié)語

綜上所述，移動式三維激光掃描儀在地下管廊測量中的應(yīng)用，能夠使測量結(jié)果更加精準(zhǔn)，還能夠有效提高地下管廊的測量效率，為測量人員提供更多的工作便利。使用移動式三維激光掃描儀進行測量，能夠使地下管廊的空間結(jié)構(gòu)更加清晰，實現(xiàn)地下管廊測量可視化。