地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用研究

卢群

（丹江口市城市房地产测量中心 湖北省丹江口市 442700）

0 引言

地面三维激光扫描技术实现了由点测量到面测量的突破，随着技术不断升级优化，其适用性大幅度提升，如今被广泛应用与航天、军事、医学、能源、交通、汽车、考古等多个领域。对于工程测量来说，想要精确掌握地面数据，采用人工的方式不仅测量容易出现误差，而且效率低下，影响工程建设方案的科学制定，同时也不利于大型工程的建造。地面三维激光扫描技术的应用为工程测量提供了支持，对该方面进行研究具有较高的现实应用价值。基于此，本文针对地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用原理、优势、方向进行以下探究。

1 地面三维激光扫描技术的应用原理

地面三维激光扫描技术主要用来精确记录地面的三维空间信息，利用激光测距的原理，全方位记录各个地面点的相对空间位置，从而得到完整的地面全部数据点坐标。将坐标以三维影像的方式呈现出来，在计算机中用3D数字模型来实现还原实地地物地貌信息，从而为建筑工程方案的制定提供可靠依据，同时也大大提高了地面测量的精确度与信息的可利用价值[1]。从一定程度上来看，地面三维激光扫描技术不仅包括扫描仪、数字成像等硬件设备，还包括一系列数据处理软件，共同实现技术效果。

2 地面三维激光扫描技术应用的具体步骤

在工程测量当中，地面三维激光扫描技术的应用主要包括数据采集、数据处理两个部分。其中，数据采集工作主要包括测量、扫描两个部分。在测量的过程中，不仅要充分考虑到平面数据，同时也要对地面高程数据进行测量。数据扫描的方式有两种：①三维激光逐步扫描；②标靶坐标扫描。由于不同的工程测量环境相差较大，大型工程需要多站扫描才能够完全覆盖研究对象，因此在扫描的过程中应格外注意拼接缝。为了确保每一站的数据扫描能够顺利连接，可采用数据拼接的方法，设置标靶数量，获得标靶的数据与空间位置，而后实现多站扫描图的拼接[2]。同时，不同的工程测量精度要求不同，在进行地面三维激光扫描之前，应明确扫描的精确度，使其符合工程标准，防止二次扫描事件的发生。

从以上地面三维激光扫描步骤可以看出，扫描后的数据量十分庞大，需要大量存储空间与数据处理空间。传统的测绘软件是无法直接处理扫描数据的，需要将大量的点云数据导入后，对数据进行与处理工作，无规则抽析。根据实地工程地面勘测的情况，人工筛选数据，再进行平面图绘制。平面图绘制工作的开展需要依赖特定的软件平台，结合图例，将地面特征表示出来，根据实物的比例尺进行标定。而后结合高程数据，利用专业软件生成三角网模型，得到3D图像。完成后的三维图像可在软件操作下获取查看地表断面的数据情况，大大提高了工程测量数据的应用效率。

3 地面三维激光扫描技术应用的优势

通过对以上地面三维激光扫描的过程进行分析，能够看出该技术具有较强的应用优势，具体表现在以下四个方面：

（1）测量精度较高。尽管该技术在我国的应用范围有限，在多个行业的应用仍旧处于探索阶段，但通过在工程测量方面的实际使用，其测量精度要远远超出人工测量，完全满足我国在大工程建设过程中对测量精度的要求，符合绝大多数情况下地面测量的标准，测量后的数据具有较高的应用价值。

（2）测量包含的信息量较大。相对于传统的工程测量数据来说，地面三维激光扫描技术需要对全空间内的数据进行扫描，得到大量的三维坐标数据，这对于城市建立完成的地面信息数据库具有重要价值，为城市空间规划等行业的发展提供有利信息，无需再进行二次地面勘察。

（3）数据采集过程安全可靠。对于高速公路、立交桥等工程地面测量来说，传统的测量方式具有较强的危险性，技术人员需要在危险的环境中集中注意力作业，才能够准确采集到的测量数据。由于该技术的非接触性，从根本上提高了测量效率，节省了人力，保障了技术人员的生命安全。

（4）数据处理能力强，信息应用价值高。相对于传统数据处理方式来说，采用地面三维激光扫描数据建模更加直观，能够迅速生成横断面、纵断面图，从根本上加快了数据处理的效率，减少了大量的传统数据处理工作流程。同时，三维模型的应用价值较高，可在工程建设过程中反复对比查看，寻找解决方案。

4 地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用方向

通过对地面三维激光扫描技术的应用原理、优势进行分析，笔者结合当下该技术的具体应用情况，对其在工程测量中的应用方向进行展望。

4.1 在交通工程中的应用

对于交通工程来说，地面测量数据至关重要。采用该技术对道路的情况进行扫描，从获得的数据中获取道路信息，加上实地地质环境勘测，能够在很大的呈上确保交通工程的顺利建设，避免出现大的漏洞与缺陷，提高工程建设方案的适用性与可行性。随着我国城市化建设进程的加快，交通工程的复杂程度显著增加，城市空间地下管道、线网复杂，采用地面三维激光扫描技术能够提高工程建设的可靠性，及时发现管道、线网存在的异常情况，及时对方案进行调整，加快交通工程的建设。

4.2 在建筑测量中的应用

城市化建设当中，大多建筑翻修、保护工程需要精密测量。对于建筑自身来说，采用传统的测量技术与测量仪器，往往实际得出的测量数据与实际效果相差较大，需要人工对数据进行调整，来减小图纸与实际测量的误差。尤其是在古建筑修复方面，大多古建筑建设时间较长，结构变形严重，采用常规建筑测量手段难度较大，准确性较低，影响古建筑修复设计和施工的顺利开展。采用地面三维激光扫描技术，可对建筑空间进行全方面的扫描与测量，按照标准建筑数据对古建筑结构变形的情况进行检测和分析，制定最佳的修复方案，达到保护建筑，延长建筑使用寿命的目标。

4.3 在工程变形监测中的应用

对于大型电站、长隧道、大坝等工程来说，其工程建筑是否存在严重变形直接影响着人民生命和财产的安全。一旦长隧道、大坝等长期缺少监测，变型严重出现崩塌，将造成人员伤亡和巨大的财产损失，影响人们的正常生活。工程竣工后，采用三维激光扫描技术定期对工程扫描监测，可以获取海量的工程表面三维数据，作进一步的分析，能够及时发现其潜在的安全隐患，调整维护方案。与基于全站仪或GPS的变形监测相比，其数据采集效率较高，且获得海量点云数据，实现了测量技术的从点到面的飞跃，有效地避免了以往基于变形监测点数据的应力应变分析结果所带有的局部性和片面性。由此可以看出，该技术不仅在工程测量当中具有重要作用，更是能够确保建设工程的顺利运行。

5 结论

综上所述，通过对地面三维激光扫描技术在工程检测中的应用原理、优势、具体步骤以及未来应用前景等进行分析，能够看出该技术具有较强的灵活性，能够应用在多种建筑工程当中，适用多个行业和领域。工程测量人员应注重该技术的应用与实践，探索更多的技术应用方法，提高技术的应用价值，注重技术的优化升级，使其更加符合我国工程测量的现状，强化技术的应用效果，让该技术融入到工程建设的全过程当中去，确保大型建筑工程的顺利实施，为工程设计施工运营提供技术支持。