三维激光扫描技术在道路工程测量中的应用

摘  要：道路工程测量是道路工程的施工基础和保障，因此道路工程测量的质量一直以来都是受到重点关注的。尤其是随着社会经济的不断发展，道路工程的作用越来越重要，对道路工程测量的要求也就越来越高。传统的道路工程测量技术已经无法满足现代道路工程测量的基本要求，新的技术受到了越来越广泛的应用。该文主要研究的是三维激光扫描技术在道路工程测量中的应用。

关键词：三维激光扫描技术  道路工程  测量

中图分类号：TH457                                文献标识码：A                         文章编号：1672-3791（2019）04（b）-0046-02

道路工程对我国社会经济的发展有着十分重要的影响，因此道路工程的施工质量一直以来都备受关注。而作为道路工程施工质量的基础和保障，道路工程测量工作也受到了较多的关注。传统的道路工程测量技术已经完全无法满足现代道路工程测量的基本需求，新的技术手段在实际测量过程中不断被开发和应用，使用现代化技术手段以及设备进行道路测量工作已经是常态，但是这种应用依旧是平面化的，没有办法将测量工作以及测量数据立体化，使得测量数据在实际运用的过程中无法发挥更大的作用。由此，三维激光扫描技术进入了人们的视野，并在道路工程测量工作中得到了越来越广泛的应用。在道路工程测量中使用三维激光扫描技术不仅能够将测量数据立体化，还能对测量区域进行空间描绘，让测量数据更加精准，具有更高的参考价值，有利于道路工程测量工作的长期发展。

1  技术概况

1.1 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术主要是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。三维激光扫描系统包含数据采集的硬件部分和数据处理的软件部分。按照载体的不同，三维激光扫描系统又可分为机载、车载、地面和手持型几类。应用扫描技术来测量工件的尺寸及形状等原理来工作。主要应用于逆向工程，负责曲面抄数，工件三维测量，针对现有三维实物（样品或模型），在没有技术文档的情况下，可快速测得物体的轮廓集合数据，并加以建构、编辑、修改生成通用输出格式的曲面数字化模型。

三维激光扫描技术的关键技术有点云、建模、空间点阵扫描，其中空间点阵扫描属于核心技术，通过扫描仪与目标距离的远近来划分采样点的大小，不同大小的采样距离适用于不同的对象，中远距离一般用于大型目标的测量，近距离则用于小物体的精准测量。

1.2 道路工程中三维激光扫描原理

道路测量中运用的三维激光扫描由扫描仪、电源以及控制器3个部件组成。与一般的三维扫描不同，道路测量工程中面对的扫描对象不再是一个物体，而是一片区域，因此在道路工程中运用的激光扫描仪中有一套独立的坐标系统，以扫描仪的位置为原点，横向的扫描面为X，垂直的扫描面为Y，与扫描面立面垂直的为Z，对扫描的位置进行三维的立体定位，并且在扫描的过程中能够进行快速的旋转，应用灵活，扫描范围广，并且得出的数据更加准确。

2  道路工程中三维激光扫描作业流程

2.1 外业数据采集

外业数据采集主要针对的是被扫描对象的外观数据，包括长、宽、高、面积、体积等。在进行外业数据采集的过程中需要布设一定距离的标靶和测量点，然后再进行目标的全景扫描，数据扫描主要有三维激光扫描与标靶三维坐标测量两项作业内容，在进行数据采集的过程中要特别关注以下两个方面。

2.1.1 标靶与测量点的布置

三维激光扫描的扫描范围虽然很广，但毕竟是有限的，和道路工程中涉及到的道路来比就显得十分狭窄，再加上激光扫描仪和扫描目标之间还存在着不同程度的夹角，对空间测量结果的分辨率会造成一定的影响。此外，道路工程属于室外作业，在整个工程范围内植被、水文、地形都有所不同，整个工程范围并不是一览无余的，总会存在障碍物。这些障碍物是极广不能穿透的。因此在对道路工程进行测量的过程中需要设置很多的测量点，再将这些测量点的数据连成一体，得到最终的测量结果。这些测量点数据的连贯性就需要由标靶来保证，根据扫描仪的测程，在各相邻测站的重合位置布设3个以上不规则图形的标靶，以便在后续处理时能够通过点云拼接将测量点的数据连成完整的整体。

2.1.2 确定采样间隔与扫描作业

道路工程是一项范围比较广，距离比较长的工程，面对这样的工程进行测量作业就需要借助采样点来保证测量的准确性，采样点的密集程度会对数据结果以及后期的数据处理造成十分大的影响。采样点间隔太大会导致采样数据不连贯，一些重要的地势变化和道路情况就会被遗漏掉，给后期的施工带来不必要的麻烦;而采样点间隔太小又会造成测量数据过于密集，点云数据庞大，这对环境和条件相对较差的户外作业来说，会给数据的传输、存储、分类都带来较大的麻煩，可能会造成数据的误差，而如此大体量的数据也增加了后期处理数据的复杂性，大大降低了测量工作的效率。因此在实际测量的过程中，对于采样点的间隔距离要进行严格的把控，在无障碍的情况下，保持在30～50m的距离范围内，从而保证数据的合理性和连贯性，对于有地势变化的路段则要根据实际情况来进行调整。

2.2 内业数据处理

内业数据处理则主要包括与被测量对象相关的树木、车辆、行人、水文、环境等相关信息，在进行内业数据处理的过程中要根据相关的要求，将无用的信息剔除出去，留下有用的信息进行分析研究。內业数据处理的主要流程包括有设计方案、收集数据、数据滤波、点云拼接、平面虚拟测量、DEM建模、纵横断面图生成几个步骤，其中重点需要关注的是以下几个步骤。

2.2.1 数据滤波

数据滤波就是对三维激光扫描收集到的数据进行过滤，将例如行人、车辆、树木等对道路测量无用的数据剔除出去，这个过滤和剔除主要是利用噪声数据不连续、无规律、稀疏、杂乱的特点将噪声数据与有用数据区分出来，再进行剔除的。

2.2.2 点云拼接

从个测量点上扫描得到的点云数据都是不连贯或者存在重叠的一段一段的独立数据，要想得到整个道路工程的具体数据就需要通过点云拼接将这些独立的数据段落连接起来，然后通过控制点构建三维坐标，将拼接后的点云放入到三维坐标系中。

2.2.3 平面虚拟测量

虽然点云拼接具有三维坐标，但是与实际情况还是具有一定差距的，并不能形成有效的参考。平面虚拟测量就是将点云拼接得到的数据与CCD相机拍摄的图像结合起来，将数据尺寸在实景中标识出来，表明高程点信息，形成所需的地形图。

3  结语

综上所述，三维激光扫描技术在道路测量工程中受到了越来越广泛的应用，不仅大大节省了人力，提高了测量效率，更提高了测量工程的准确度和精确度，对我国道路工程的施工与发展有着极大的推动作用。在运用三维激光技术的过程中，要注意相关的操作要求，对重点的操作步骤要谨慎对待，反复检查，以保证测量数据的准确性和参考价值。

参考文献

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[2] 李旭，孙永康.地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用[J].城市地理，2018（2X）：79-80.

[3] 王利岗，胡建军，陈凯，等.基于三维激光扫描技术的某磷矿充填回采应用[J].中国矿业，2018（6）：216-221.

①作者简介：王佳乐（1998—），男，汉族，河北石家庄人，本科在读，研究方向：激光。