地面三维激光扫描技术在工程测量实践中的应用

王田磊

摘 要：近几年来，地面三维激光扫描技术作为新兴的科学技术，被大家称为“GPS 技术以后的又一次技术革命”。地面三维激光扫描技能够快速的得到空间数据，因为它具有迅速、精准、没有接触测量等等这些优点，使得地面三维激光扫描技在越来越多的领域发挥着重要的作用。在传统的工程测量中，需要投入很大的才能进行测量，并且最终的测量结果可能还不太精准。本文探讨的就是将地面三维激光扫描技运用到工程测量中，希望对工程测量工作有所帮助。

关键词：地面三维激光扫面技术；工程测量；应用

随着科学技术的不断创新和发展，大量的工程正在进行施工，工程测量作为最基本的部分尤为重要。随着时代的发展，我们对于工程测量的精准度要求越来越高，传统的测量技术一般只是进行单点的测量，无法满足工程的要求。而地面三维激光扫描技能快速的对测量的对象进行测量作业，并且可以利用三维的软件对测量的对象进行三维的建模，能够很好的提高工程测量的精确度，很好的满足测量工程的要求。

1 概述

三维激光扫描技术是信息科技化时代的一门新技术，最先是在国外研究开发而成的。它主要是以三维激光扫描仪作为主要仪器设备，根据激光测距的基本原理，运用扫描镜、伺服马达设备，根据既定目标要求对相关的领域进行扫描定位，从而按流程获取三维坐标和纹理信息，进而体现三维场景。

根据地面三维激光扫描技术的测量方式划分为固定式激光扫描系统和移动式激光扫描系统。前者和之前所用方法里使用全站仪差不多，通过激光扫描仪和控制系统等软件构成。和前者不一样的是，该扫描仪所收集并非是离散单点三维坐标，其收集的是一系列点云数据，其工作特点是扫描区域大、更迅速以及精度更高，有着非常好野外操作性。移动式激光扫描系统，利用车载平台，包括全球定位系统、惯性导航系统结合固定式三维激光扫描系统组合而成的。这一技术主要原理即为激光测距，其具体工作开展时候其实即把之前数据收集以及助理等过程进行重复。收集扫描反射接受激光强度，来对于相关点展开颜色灰度匹配。

2 地面三维激光扫描技术的特点

2.1 精确度高

地面三维激光扫描技术和传统的工程测量方法想比较精确度更高，传统的测量方法在读取数据、数据计算时都会有一定的人为误差，这是不可避免的，这一系列的误差到最后就会影响整体的结果。而地面三维激光扫描技术只要对准测量的区域，机器会自行的读数，并且按照既定的程序进行计算，避免了人为的误差，它还能够通过一系列的软件对测量的数据进行校正，因此地面三维激光扫描技术精确度高。

2.2 扫描信息的区域广

地面三维激光扫描技术在工程测量中能够测得更加广阔的区域，在传统的测量中，需要人工测量采集到的数据点比较少。地面三维激光扫描技术能够结合扫描仪进行扫描，能很快的测得大量的点的数据，并且通过后台的系统进行处理，很快就能得到整个区域的地形，并且可以建立三维的虚拟模型，非常的方便。

2.3 获取信息的途径快捷、安全

在传统的测量技术中，我们要得到工程的测量数据，通常需要派大量的人去进行实地测量。由于很多工程都比较的偏僻，并且工程测量是工程的初期阶段，很多基础设施都不完善，因此需要进行大量的野外作业。野外作业过多容易浪费大量的人力、物力和财力，带来很大的安全隐患，并且工作效率十分的低下，测量的质量也不高。地面三维激光扫描技术，只需要拍少量的人进行仪器的操作即可，能够节约大量的时间，效率高，测量的也准确，安全系数也高。并且地面三维激光扫描技术在测量的时候能够自动的存储数据，也可以避免数据的丢失，因此地面三维激光扫描技术能够方便、快捷、安全的等到工程所需要的数据。

2.4 数据处理功能强大

在传统的数据测量技术中，对于测量的数据需要过后才能处理，不能及时的发现问题，一旦出现问题就需要重新的进行测量，十分的麻烦。另外传统的测量数据处理比较依靠专业技术人员，甚至有些时候，都是专业的人员进行手算。这样的做法使得数据处理容易受到人为因素的影响，不太准确。地面三维激光扫描技术在测量的同时就能进行数据的存储、简单的处理，在测量的当时对于一些有问题的数据就能够很好的显示，操作人员能够及时的进行复测。另外地面三维激光扫描技术能够很好的进行数据的处理，将所有的数据进行汇总，最后能够进行虚拟的三维模型的建立，让人们更为直观的观测测量的区域。这是传统的测量技术无论如何也不能够做到的。

3 地面三维激光扫描技术在工程测量中的实际应用

3.1 地形图的测绘

这种技术主要是为了解决采用传统的测量方式不能测量的情况，比如在断臂地区等，可以运用激光扫描技术运用非接触性手段，测量被测目标的地貌等，在进行地形图的测绘过程中，在进行点云数据的处理分析时必须要结合周边的地形地貌以及外界因素进行全面数据收集和测量，不能单一地只对测量目标进行信息采集，否则这样就会造成地形图的不完整、不全面、不系统，不能对工程施工开展提供准确和全面的测量信息和数据支持。需要说明的是在提取和绘制地物的过程中，要进行信息的全面提取，充分运用三维激光扫描技术的软件性能，对点云数据的房屋的具体角度、地点进行选取，进而按照软件编程和技术规范进行绘制，按照公式进行计算从而确定具体比例，完成整个绘制的全过程。在计算等高线时，要对地物地貌的点云数据进行排除，从而运用人工绘制和自动绘制两种方式相结合的方式，具体可以应用平均面迭代法进行不必要的数据排除，然后在此基础上进行数据计算，这是一个反复的过程，只有多次进行测算和数据排除，才能保证获取准确的地物地貌数据。最后一步成图制作和编辑阶段，这时候需要根据前两步对等高线、地形图之间的关系进行系统分析，将所有的数据进行叠加计算，对照实际采集的照片和计算的点云数据，从而进行手工校对和核实、调整。总之通过运用地面三维激光扫描技术在进行地形图测绘时可以大大提高测绘效率、准确性，克服信息采集的模式和难度，更容易获得地貌的具体特征。

3.2 土方量计算

该技术的主要流程是第一步进行图点云数据处理，以此设计基准面，再是对地物进行剔除，最后按照计算公式得出土方量。这个过程必须要注意的是要和工程实际相结合，对各个控制点进行准确测算和监控，从而提高准确性。比如在某个工程中，需要根据道路纵横断的信息，对土方填挖量进行计算，这时按步骤进行一步步操作，第一步收集数据，包括设计道路的纵横断、道路红线以及边坡三个方面的数据，第二部构建模型，在收集完数据之后根据相关技术构建曲面模型，第三部运用外也扫描数据建立实地的地面模型，并进行坐标转化。最后一步，将曲面模型和地面模型按比例进行增减计算，从而核算出土方量。

3.3 道路竣工测量

该技术主要是通过三维激光扫描仪代替水准仪进行测绘，从而获得道路中的样图以及纵横段，它进一步减少的外业的工作强度，全面促进工作效率的提高。具体流程是首先转换坐标系，然后提取三維坐标、等高线生成，最后绘制道路样图和纵横断，在精确度方面有很大的优势。

参考文献

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