三维激光扫描技术在道路测绘中的应用研究

文/薛广杰、李春伟 天津市万贸科技有限公司 天津 300000

1、三维激光扫描技术的应用

1.1 三维激光扫描技术系统原理

三维激光扫描技术的发展涉及较多的应用学科，具备较多的学科应用优势。但是三维激光扫描技术的工作模式与传统的工程测绘技术存在本质的区别，该技术可以实现大规模范围内的数据高度重样化采集，继而获取三维空间坐标数据，以突出测量的精准性。三维激光扫描技术的工作原理是借助内部测量设备测量距离点，通过垂直方向和水平方面的观测角度，确定测量点的三维空间坐标。除此之外，该设备可以依据测量点的能量差异，对颜色信息做出准确的分析和判断。测量点的计算公式：X=Scosαcosβ；Y=Scosαsinβ；Z=Ssinα。利用该技术，在测量点的三维空间坐标数据的准确性方面，需要首先考虑设备与测量点之间的距离，另外，采用不同的测距方式对于相同测量点进行测距的精度也是不同的。为此，需要根据三维激光扫描技术的系统原理，采取最佳的测距方式，继而提高设备的测量准确度。

1.2 三维激光扫描技术的数据结构特点

在三维激光扫描技术数据采集方面，是通过采用直线数据采集的方式。并按照一定的次序关系。在扫描获得云数据构成像素点，该像素的排列方式是依据矩阵的方式依次排列，也就是数据结构呈现矩阵的形状特点。利用该技术不仅可以获取目标区域的信号，而且也可以获取空间坐标、颜色信息、激光反射强度信息等，进而得到具体的扫描数据。一般来说，数据的储存是通过纯文本TXT的格式进行保存。应用该技术在获取空间数据时，具有立体化、数据量大、密度高等特点。最后，需要建立测绘点的三维数字模型，通过一系列的数据处理评估流程，方可实现数据采集的作用。

2、道路整体变形的监测

2.1 道路整体变形的原因

目前，在道路施工阶段，随着道路高度的增加，以及人们后期的使用，会对道路的地基造成较大压力，继而使得地基以及周围底层出现变形问题。同时，道路也会由于自身的重力因素导致变形问题。为此，在道路建设阶段需要施工人员，对道路进行变形监测，进而保证变形问题在规定的范围之内。现阶段，造成道路整体变形的因素较多，主要的原因为以下三个方面：一是道路所处的自然环境以及地质条件；二是道路自身的施工质量问题；三是道路施工方对道路的管理存在弊端。例如，在道路物周边进行深基坑的施工作业，也会造成道路出现变形等问题。所有的道路变形问题是相互关联的，并贯穿于整个施工建设全过程。

2.2 道路整体变形监测的任务

在道路整体变形监测中，需要首先明确监测任务，并对监测点加强监测力度，继而在不同的观测周期中得到数据的变化值。同时，对于不同的数据变化，可以采用三维激光技术完成瞬时变化量的获取。在道路施工阶段，都会或多或少地发生形变。形变的变化区间在规定的范围之内，则说明是正常的，但是一旦超出形变的规定范围，就对道路造成影响，严重的情况下将会威胁人类的生命健康。为此，需要对道路进行变形监测，进而掌握道路的变形规律，在道路发生形变之前，可以采取相应的措施予以解决。

2.3 道路整体变形监测的方法

现如今，对道路整体变形监测的应用方法较多，而且在应用技术和设备上也会有所不同。目前，主要采用三种常见的监测方法：一是使用全站仪设备的监测方法；二是应用全球定位技术的监测方法；三是三维激光扫描技术的监测方法。对于三维激光扫描技术的监测方法，具备点云数据测量精度高的特点。该技术可以获取空间数据，也可以获取测量点的颜色信息。但是该技术的应用也具有弊端，比如，采集的云数据是一个较大的数据集合，也就造成了数据处理的困难，同时在数据点的格式和坐标值上各异，进一步加大了数据处理的难度。

3、三维激光扫描技术在道路监测中的应用

在道路变形监测中应用三维激光扫描技术时，可以构建道路的三维数据模型，对整个道路进行周期性扫描，继而获取点云数据，并借助设备内部的处理器，导入Geomagicstudio内，可以建立具体的三维数据模式，完成数据采集、数据处理、数据评估等一系列流程。在数据采集阶段，勘测的道路周围安装三维激光技术设备，需要保证测量视野处于空旷的局面，并在道路的周围建立六个数据采集点；在数据处理方面，需要完成三个步骤：一是点云数据的拼接和纠正过程；二是点云数据的滤波过程；三是数据的缩减过程。在点云数据的预处理阶段，需要对多余的点进行处理，主要采用人工的方式删除多余的测量点。最后，需要分析点云数据的误差，依据误差理论展开探究。误差包括仪器设备自身误差、点云拼接产生的误差等。

结语：

综上所述，通过使用三维激光扫描技术，可以建立相应的道路模型，进而监测数据信息。具体的案例结果表明，三维激光扫描技术可以有效地解决道路监测点布设问题，同时可以为道路材料应力分析做出贡献，满足道路监测的基本变形计算需求。由此可见，三维激光扫描技术的应用，可以为道路变形监测提供可靠数据，并为道路的稳定性奠定基础。