地面三維激光掃描技術在工程測繪中的應用

王水明

（重慶市勘測院 401121）

地面三維激光掃描技術在工程測繪中的應用

王水明

（重慶市勘測院 401121）

近些年來，隨著我國經濟水平的不斷提升，測繪技術也得到了極大的提升，地面的三維激光掃描儀已經成為了一種現代的高科技被逐漸應用在了測繪領域當中，和傳統的測繪手段相比較，地面三維激光掃描技術具有相當的優點。本文首先對三維激光掃描技術進行了概述；其次對地面三維激光掃描儀的工作原理和業務領域范圍進行了研究；最后以固定式的三維激光掃描為主要的研究對象，對其在工程測量當中的應用進行了研究。

地面三維激光掃描技術；工程測繪；應用

隨著現代科技的不斷發展，測繪技術也在不斷的更新變化當中，在近些年來三維的激光掃描技術已經成為了一項新興的技術，可以說是“繼GPS技術以來的測繪領域當中的又一次技術革命”，利用該技術可以對空間數據進行有效的捕獲，利用激光掃描測量的方式，也可以對其空間的信息數據進行了解，并且形成專業的影像數據，從而建立起地物地貌的三維模型圖，為我國的測繪領域提供了一種全新的技術手段。

一、三維激光掃描技術

三維激光掃描技術屬于在近些年來發展起來的一項新興測繪技術，已經得到了很多發達國家的廣泛認可。三維激光掃描技術的出現主要是以三維激光掃描儀的出現為代表的，根據掃描的空間位置或者系統運行的平臺來進行劃分的話，可以將其分為機載型三維激光掃描儀、地面型三維激光掃描儀以及手持型的三維激光掃描儀這三種類型，主要應用于地面的道路測量。

和傳統的測量技術相比較的話，可以和全站儀進行結合，從而對單點的目標信息進行有效的獲取，在操作方面是相當簡單方便的，并且測量的速度也是相對較快的，并且在一些精度的要求方面也是可以達到相關的標準的。在地面三維激光掃描儀的工作原理當中，主要是利用水平和垂直的全自動高精度來進行掃描測量，最終實現完整的、連續的全面的三維坐標，并且也可以對其中的數據進行在短時間之內完成高速度的記錄，形成形象完整的三維模擬場景。

二、地面三維激光掃描儀的工作原理和業務領域范圍

在本文當中主要以地面三維激光掃描儀為主要的研究對象，目前市場當中最流行的地面三維激光掃描儀主要是脈沖式的掃描儀，主要是利用時間漂移的原理來對其中對距離進行有效的測量。在儀器的內部當中的伺服馬達系統會反射棱鏡進行快速轉動的控制，從而使得其中的脈沖激光可以進行線陣列或者面陣列的掃描方式，最終實現高精度的小角度掃描范圍。三維激光掃描儀最原始的觀察數據當中主要包括激光光束的水平角度、垂直角度、儀器本身到掃描儀的距離、實體表面的反射距離值等。在現代社會當中，地面的三維激光掃描技術已經廣泛的應用在了土木工程、古建筑保護、林業調查、規劃設計以及虛擬現實的建模方面，并取得了一定的成果。

三、工程測量當中的應用

地面三維激光掃描技術在工程測量的領域當中可以分為幾個方面來進行分析，其中包括地形圖的測繪、土方量的計算、竣工測量以及三維建模這四個方面，在本文當中主要以固定式的三維激光掃描技術為主要的研究對象，對其在工程測量當中的應用進行了分析，在整體的測量技術當中，首先需要在掃描之前進行貯備，其次就需要對點云數據進行有效的獲取，之后就可以對點云數據進行配準，之后就會對點云數據進行處理分析了。

在地形圖的測繪應用當中，主要對采取常規的測量手段難以測量的地區進行測量，比如懸崖和斷壁等，采取激光掃描的技術利用無接觸的方式，對地物地貌進行有效的測量。在地形圖的測繪過程當中，在對點云數據處理的過程當中，需要對其地物和地貌等相關的外界因素環境特點進行提取，從而對其數據進行分析，最后形成完整的地形圖。

在地物的提取和繪制構成當中，主要對其特征進行有效的提取，利用地面的三維激光掃描技術在軟件的處理之下就可以將點云數據當中的房屋角點進行提取，在一定格式的基礎之上，按照比例來進行繪制。

在等高線的生成過程當中，在經過了對地物地貌的點云數據的剔除之后，就可以利用自動和人工相結合的方式進行繪制，采取平均面迭代法的方式，對地物地貌當中的不符合特征的數據進行排除，之后就可以利用所有的數據進行平均面的有效計算，經過了多次的數據篩選和剔除之后，得出更加準確的地貌數據。

在對成圖進行編輯的過程當中，需要對剔除數據之后的等高線和地形圖之間的關系進行分析，將數據進行疊加，從而對照照片和點云數據，來進行人工的編輯和調整工作。利用地面三維激光掃描技術進行地形圖的測繪過程當中可以有效的降低外業數據采集的工作難度和強度，獲取到地貌的詳細特征。

在對土方量的計算過程當中，主要是利用各種一起來對地表當中高低不平的特點進行有效的測量，并且形成三維坐標，比如GPS、PTK以及全站儀和水準儀等相關的儀器設備，主要的方式方法為首先需要在圖點云數據處理的基礎之上對基準面進行構建，之后就可以對地物進行剔除了，最后經過計算之后生成土方量。在構建基準面的過程當中，一般都會將坐標轉換到工程的實際坐標當中，對其控制點的精度進行嚴格的把控，在對挖填土方進行計算的過程當中，還需要以設計高程、邊界為基本數據來對基準面進行計算，對掃描點云進行有效的切換。

在對道路竣工測量的應用當中，主要是獲取到道路當中的樣圖和縱橫斷，如果采用傳統方法進行測量的話，就需要利用水準儀等相關的儀器設備來對其進行逐點的數據自動化處理。但是利用地面三維激光掃描技術來對道路進行測繪，可以有效的降低外業的工作強度，提升其工作效率。其中，主要的工作流程為，在進行坐標系的轉換，之后從點云當中根據一定間隔來進行三維坐標的提取，進行等高線的生成，并且對道路的樣圖以及縱橫斷也要進行繪制，地面的三維激光掃描技術主要應用于道路竣工的測量，和傳統的作業方式來進行比較的話，可以提升測量數據的精確程度。

在三維建模應用過程當中，主要以構建其三維模型的能力，來對其文物進行保護，利用其無接觸的方式對文物的表面和其他相關的數據進行測量，從而建立出三維的模型，對文物表面的特征進行精確的還原。在整個過程當中可以分為建模和紋理映射兩個部分。建模是在點云數據處理的基礎上進行的，可以按照點云來進行構建，也可以根據點云數據來利用3Dsmax的方式來進行模型的構建，從而做出滿足精度要求的規則模型。紋理映射主要是利用架設在掃描儀上的數碼相機對其紋理信息進行有效的獲取，來構建出建筑物的表面模型。

結語：綜上所述，三維激光掃描技術已經成為了現階段獲取三維空間數據的先進技術之一，在該技術的應用之下，可以實現無接觸、高密度以及高精度的有效補充，提升了在外業測量當中的工作效率，被廣泛的應用在了工程測量當中。但是現階段的應用情況還存在著很大的不足之處，仍然需要進行不斷的改進，形成系統的檢測方式，完善其三維激光掃描儀的應用范圍和標準，推動我國工程測量技術的有效發展。

[1]謝雄耀,盧曉智,田海洋等.基于地面三維激光掃描技術的隧道全斷面變形測量方法[J].巖石力學與工程學報,2013,(11)∶2214-2224.

[2]王徐,曹暉.探析道路工程測繪中地面三維激光掃描技術的運用研究[J].地球,2016,(9)∶235-236.

[3]史玉峰,張俊,張迎亞等.基于地面三維激光掃描技術的隧道安全監測[J].東南大學學報（自然科學版）,2013,(z2)∶246-249.

K928

B

1007-6344（2017）01-0108-01