三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用

杨朝兴 刘韦华 谢梅秀

（江西省煤田地质局测绘大队，江西 南昌330001）

道路工程作为现代交通体系的重要组成部分，在国民经济发展和人们生产生活中扮演重要角色。可见，强化道路工程施工质量的重要性。而道路工程测绘作为道路工程施工的基础性工作，因道路工程施工行业的快速发展，传统测量技术无法满足现代道路工程测绘精度要求，使用现代高科技设备和技术提高道路工程测绘精度是测绘工作发展必然趋势。三维激光扫描技术作为现代高科技测绘技术，广泛应用在道路工程测绘中，可进一步提高测量数据的精度，且可以对测量区域进行空间描述，从而有助于进一步提高测量数据的参考价值，进而有助于推动道路工程测绘行业的长远发展。

1 三维激光扫描技术基本内容概述

三维激光扫描技术的应用，通常以固定方式进行。基于固定式的三维激光扫描技术测绘，测量原理如同全站仪测量原理，运用专业计算机系统及其相关技术软件，高精度控制扫描仪器，待扫描仪器获取完整图像之后，工作人员需对图像展开针对性的综合处理。需强调的是三维激光扫描技术并非用于工程项目某个点的扫描，而是用于工程项目某个范围的扫描，且扫描获取的数据主要以点位数据形式为主[1]。基于固定式的三维激光扫描技术测绘具有一定的优势，如测绘结果精度高、测绘范围广泛等。三维激光扫描技术的工作原理是激光测距，通俗来说就是在道路工程所处区域测量不同地方的距离，并在设备运转过程中，采集和整理各项测绘数据，以此获取完整的道路工程测绘数据。在此基础上，相关技术工作人员通过建构、编辑、修改等一系列操作，生成通用输出格式的三维数字化模型[2]。如下图1 所示，为三维激光扫描技术测绘作业流程图。

图1 三维激光扫描技术测绘作业流程图

值得注意的是，道路工程测绘中应用三维激光扫描技术，通常涉及扫描仪、电源、控制器，相比一般三维扫描方式，有显著的区别，集中体现在道路工程测绘中扫描对象并非单一物体，而是一片区域[3]。因此，道路工程测绘中应用三维激光扫描技术，需构建以扫描仪为原点的三维坐标体系，横向面为X，垂直面为Y，与扫描面立面垂直的面是Z，以此对扫描位置进行三维定位，且可以在整个扫描过程中，扫描仪可以快速、自主转动，具有扫描范围广、测绘数据精度高等优势[4]。

2 道路工程测绘中三维激光扫描技术的具体应用分析

2.1 在数据采集当中的应用

基于道路工程测绘过程中，其数据采集一般会设置少量的测站，一方面省略原始海量数据量；另一方面确保测绘数据的精准[5]。在道路工程测绘过程总采集数据涉及：标靶位置、扫描仪以及测站数等。并且，在点云数据和纹理数据获取过程中一般会实施同步操作方式，其目的是便于后续数据匹配工作高效完成。基于此，扫描工作需遵循依次原则，确依据相关规定选择对应的采样标准，具体技术方法如下：a.标靶和控制点的测量及分布。数据采集期间，因为三维激光扫描设备和被扫描物体会产生的夹角存在差异，使得其空间分辨率也存在差异，造成这类变化的主要原因在于扫描仪测距不同而造成。道路工程的测绘工作的完成，往往要设置多个测站，以此提高测绘数据的精度。之所以如此，是因为数据精度与扫描距离和点的精度息息相关，且测量工作中具有较大几率受到其他障碍物的影响。所以，考虑到点云拼接的成功，需在相邻测站的重合位置将三个或者以上的标靶设置好，并依据扫描仪的测距，有机整合道路工程测绘数据。b.采样的间隔扫描。采样的间隔也要合理控制，原因在于间隔过大会直接影响后续数据处理，反之间隔过少，会采集到大量数据，给后续数据传输和保存增加负担。可见，科学合理设置采样的间隔非常作用。一般，基于视力观察条件良好状态下，有必要确保相邻的测站之间存在点云的重叠区域，并且测站扫描距离需控制在30-50cm 范围内；如在视力观察条件缺乏的情况下，扫描对象测量工作要想高质高效完成，唯有依据测量工作要求，选择合适的位置设置一定数量的扫描站，并考虑适当增加扫描站，以此保证测绘结果的有效性。

2.2 数据处理中应用三维激光扫描技术

点云数据处理过程中，往往要确保不同站点获取的点云数据匹配度高，主要涉及：点石匹配、噪声消除、坐标转换、图像匹配等，将点云数据进行目标构模即定量分析，然后将增加于同一三维空间坐标系内，实践操作中，常采取如下方式：a.借助GPS获得道路工程中各个扫描点的具体坐标，后导入获取的点云数据，即可在同步处理各项数据的基础上，获得比较准确的点云地理位置。噪音数据相比点云数据，最大的差异在便是缺乏规律，且主要表现为不连续、杂乱等特点。如车辆、树木等一些无价值的道路测量数据，在此类数据剔除处理中，可紧紧围绕噪音数据的特点，将其及时删除。并且，需对点云构建目标模型进行分割出来，将其当做道路工程特定区域的地理样貌特征信息资料，进一步选择清晰的纹理图像，和点石相匹配。b.三维激光扫描过程中，若连续获取同样的扫描目标，要进行数据抽隙处理，以此便于后续数据传输、处理和存储。之所以如此，是因为采集的点云数据量过多，必然会影响后续整理归纳。c.点云拼接。不同测站采集的数据都是一些不连续、重叠的独立数据，唯有将各点云数据拼接在一起，后将其拼接完成的点云数据放置在建立好的准确性三维坐标体系中。d.平面虚拟测量。点云数据在拼接处理之后，虽剔除了一些非地貌影响数据之后，但是与现实情况存在一定的差异性，无法保障其数据的真实性，从而无法保证数据的应用价值。之所以如此，是因为道路工程测绘过程中，若点位过于密集或者分布不均匀，必然会高线混乱，无法保障测量数据的真实可靠性。而平面虚拟测量就是将点云拼接获取的数据与CCD 相机拍摄的图像有机结合起来，后在图像当中标识各数据尺寸，标明高程点信息，形成道路工程施工所需的地形图。e.点云数据处理时，若出现等高线不完整、变形等问题，可采取手动方式进行点云数据的修复，期间可以结合影像资料或现场照片将高程做好标记，在形成轮廓之后，进行局部的修改处理。通常情况下，这种操作广泛存在于道路工程所处区域地形图编辑过程中，需对等高线的图形和地面物体的图形重叠进行详细编辑，以此剔除一些无价值的物体数据，以此保证地形图的绘制质量。

3 结论

总之，道路工程测绘中应用三维激光扫描技术，具有一系列优势，如测量数据精度高、测量工作效率高等。因此，道路工程测量中，需加大三维激光扫描技术的应用力度，并在实践中重视三维激光扫描技术及其应用的研究，以此不断提高三维激光扫描技术应用价值，推动我国道路工程测绘行业进一步发展。