三维激光扫描技术在工程测绘中的应用

赵洪礼

摘  要：三维激光扫描技术具有实时动态、无需接触、高精度等特点。文章通过介绍三维激光扫描系统的构成和基本原理，对其在工程测绘中的应用情况进行了探讨，同时提出了几点浅显的建议，希望能给广大同行提供借鉴。

关键词：三维激光扫描技术;工程测绘;点云;噪声数据

1引言

三维激光扫描技术于上世纪90年代中期诞生，它是继GPS技术出现后测绘领域的又一次重大的革命性成果。相比较于传统的测量方法， 三维激光扫描技术通过发射高速激光来全面扫描被测物体，可以快速、大面积、高分辨率地获取到被测目标的表面反射率、纹理以及三维坐标数据，进而可以复建出物体的线、面、体等各种图件信息以及三维模型，具有实时动态、无需接触、高精度等特点。作为一种新型的测绘方法，目前，三维激光扫描技术已广泛应用于工程测绘领域，对于提升我国测绘行业的整体水平具有十分重要的意义。

2 三维激光扫描系统构成及原理

三维激光扫描系统主要由三维激光扫描仪、计算机、控制器、数据处理平台及其他相关设备组成（如图1所示），该系统是一种集合多方面高新技术的全新空间数据信息采集手段。作业时，发射器利用二极管发射激光脉冲信号，经旋转棱镜将信号射向目标，同时利用探测器来接收反射回来的激光信号，并通过记录器来记录，最后将其转化成为可以被识别并处理的信息数据。三维激光扫描仪在扫描实体目标时，能够获得不同目标对激光产生的光射时间差，进而将物体与激光之间的距离测量出来，再通过编码器测量扫描仪的镜头旋转角度与水平旋转角度，最终获得被测物体表面的所有离散点的空间三维坐标，所有离散点的集合称为“点云”或“距离影像”，由点云构成的影像和扫描栅格影像的主要差异就是其是可测量的，激光扫描不需要光源，能够在黑暗环境和夜间进行扫描作业。

2 三维激光掃描技术在工程测绘中的应用

2.1技术流程

以某道路工程为例，三维激光扫描技术的作业流程主要有控制测量、标靶扫描、数据滤波、点云拼接、DEM建模、纵横断面图生成（如图2所示）。

2.2 外业数据采集

本文以徕卡HDS8800三维激光扫描仪为例，该仪器具备对中整平功能，属于全站式三维激光扫描仪，能够像全站仪那样开展外业数据的采集工作，并且测量获取的点云就是实际中的三维坐标。在进行测量的时候首先需要观察周围坏境，将控制点布设在测区之中，平面控制测量采用全站仪、全球定位系统完成。高程控制测量采用水准仪进行，扫描作业的时候利用在已知控制点进行设站操作，然后将各个站点和其他地理坐标之间的关系进行科学合理的设置。采样间隔确认后进行扫描，如果采样间隔过大的话，那么就会对后期的数据处理精度产生一定影响;如果采样间隔过小的话，采集到的点云数量就会比较庞大，这些都会给后期的数据处理造成一定的困难。在通视条件良好时，相邻站扫描距离宜在80m左右，这样能够保证相邻测站之间的点云存在一定的重叠。如果通视情况并不理想，则需要合理增加扫描的站数，一直到扫描所有的区域目标为止。

2.3 内业数据处理

外业扫描工作完成后，会获取到大量的三维点云数据，这些数据中未免会包含一些如树叶、风沙和车辆等无用的数据，将这些数据称之为噪声数据，必须将这些点云处理之后再进行利用，从点云到测绘结果的获取包括拼接点云数据、滤波、构建TIN等，图3为应用车载三维激光扫描技术进行道路测绘的点云与全景影像。

2.3.1 点云数据拼接

将不同测站扫描得到的数据进行拼接并统一在相同的坐标系下，主要的方法就是利用网络RTK等常规测量手段将测站坐标联测出来。在进行扫描的时候，各个定向点与测站点可以直接定位在控制点的坐标上，并且还可以将其数据统一规划到测量区域的地理坐标中去。通过这种方式进行测量不会发生多站坐标转换时所导致的传递误差，同时整体精度较为均匀。

2.3.2 数据滤波

在扫描的时候由于会受到树木、行人植被及地表复杂程度等方面的影响，因而容易产生噪声点，这些噪声点会造成点云存在会使得点云发生误差，所以只有将这些噪声点充分清除掉，才能开展其他方面的操作，因而将剔除错误数据的过程叫做数据滤波。

2.3.3 构建TIN生成等高线及纵断面图

处理后的点云数据的组成主要有高密度的三维离散点，通过网络软件将这些点生成连续而不规则的三角网并将其优化，进而生成等高线，并且依据需要进行等高线的间距设置。在TIN模型中插入附带有设计桩号的道路设计中线，依据设计方案的中线断面间距和横断面宽度，最终生成满足需求的纵横断面图。

3 结束语

三维激光扫描技术是一种比较先进的三维空间数据获取手段，与传统的测绘方法相比，该技术体现出无可比拟的优势，其必将具有广阔的应用前景。但该技术目前还处在发展阶段，相关规范和标准还不完善，使用成本也比较高，配套的内业处理系统也不够成熟，相信随着科技的不断发展，这几方面的问题必定会得到解决，从而发挥出其应有的价值。

参考文献：

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