三維激光掃描技術(shù)在道路工程測量中的應(yīng)用分析

陳海鋒

（德市國土資源規(guī)劃測繪院 湖南常德 415000）

1 引言

伴隨著科技進步現(xiàn)代測繪技術(shù)也在不斷提高，地面三維激光掃描技術(shù)作為一種新型高科技區(qū)別于傳統(tǒng)測繪手段的數(shù)據(jù)采集與處理方式憑借其對復雜環(huán)境深入掃描，對掃描物體的三維數(shù)據(jù)進行全面采集、三維建模，以致實現(xiàn)對測繪項目的全面的分析的優(yōu)越性在測繪領(lǐng)域中應(yīng)用范圍持續(xù)擴展，其在道路工程中的應(yīng)用是本文探討的關(guān)鍵。

2 三維激光掃描技術(shù)簡介

三維激光掃描技術(shù)又名為“實景復制”技術(shù)，是指以三維激光掃描儀的誕生為代表，在測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命，主要內(nèi)容是在重構(gòu)技術(shù)以及高精度逆向三維建模的基礎(chǔ)上，成功獲取數(shù)碼照片和研究目標的三維坐標數(shù)據(jù)和、同時能精確取得大型實體亦或是實景等三維立體信息的方式。該技術(shù)應(yīng)用于計算機技術(shù)領(lǐng)域時，神奇的重建了三維數(shù)據(jù)模型，將客觀存在的現(xiàn)實形態(tài)真實化。

從具體運行平臺或掃面的地理位置區(qū)分標準出發(fā)，三維激光掃描儀包括手持型三維激光掃描儀、機載型三維激光掃描儀、地面型三維激光掃描儀，然而其各自應(yīng)用領(lǐng)域迥異，地面三維激光掃描儀為例，其一般應(yīng)用于道路工程中，其掃描主要在測量距離時使用激光，促使完整連續(xù)全面的三維坐標獲取、實現(xiàn)垂直、水平的全自動高精度布進式掃描測量，并且能在確保高精度的情況下、在短時間內(nèi)精準定位、迅猛記錄。

地面三維激光掃描系統(tǒng)作為一種集合了眾多新型技術(shù)的空間信息數(shù)據(jù)獲取手段，其技術(shù)優(yōu)越性還提現(xiàn)在信息傳輸，在其信息傳輸?shù)牧鞒讨校紫韧ㄟ^二極管由發(fā)射器發(fā)射出激光脈沖信號，中途借助旋轉(zhuǎn)棱鏡投射目標，再經(jīng)過探測器反射回信號同時在記錄器同步記錄，最后轉(zhuǎn)換成能夠簡單的能直接識別處理的信息數(shù)據(jù)。具體而言：在三維激光掃描儀憑借各異對象對激光的光射時間差實體掃描過程中，獲取了各實體與激光間的距離，用再在角度方面通過旋轉(zhuǎn)鏡頭以及掃描儀編碼器，促使被測對象表面每個采樣點立體坐標的獲取，最終集合被測對象的離散點。總稱為“點云”。區(qū)別于傳統(tǒng)的掃描的柵格影像憑借其可量測性大展異彩。

外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集作為三維激光掃描作業(yè)流程的兩大重要組成部分，在技術(shù)方面同樣具有強大的優(yōu)越性。相對于傳統(tǒng)的測繪作業(yè)，通過結(jié)合現(xiàn)在的計算機技術(shù)，引入云數(shù)據(jù)，大大提高了測繪工作的效率。

3 道路工程測繪的要求

新建道路和道路修整是道路工程的兩個主要內(nèi)容，在新建道路時，測繪部門不僅要提供施工區(qū)域的大比例尺地形圖，還需提供道路工程各個橫截面和縱斷面數(shù)據(jù)。前者是為了讓新建道路的選線更加方便安全，大比例尺地形圖中需要標明的地物，比如紅綠燈、各種交通指示牌、護欄等對于新建道路的選線具有決定性作用。了解了各區(qū)域的地貌地物，修建道路時有利于減少因繞路而增加道路公共設(shè)施付出的不必要成本，能夠提高效率，所以是否標明地形中的具體地貌和地物是大比例尺地形圖合理與否的依據(jù)。在道路需要修整時，原有道路工程中的各個公交站點、交通建筑物都需要重新規(guī)劃，所以道路工程測繪部門在提供大比例尺地形圖和橫縱斷面的測量數(shù)據(jù)時，還需提供對原有道路工程中的中的各項交通設(shè)施測量的數(shù)據(jù)，保證各項測量數(shù)據(jù)尺寸、高程的準確性。以傳統(tǒng)技術(shù)測繪道路工程，工作人員將承擔大量工作量，且容易出現(xiàn)漏測的現(xiàn)象，不利于道路工程的設(shè)計，也難以保證工作人員的安全性。因此，地面三維激光掃描技術(shù)的發(fā)明，是為了彌補傳統(tǒng)測繪技術(shù)的缺點，同時該技術(shù)在具體應(yīng)用到道路工程測繪時，取得了良好的進展。

4 在道路工程中具體應(yīng)用

地面三維激光掃描技術(shù)在道路工程中的具體的測繪流程如下：

道路工程外業(yè)數(shù)據(jù)采集→道路工程內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集。

其中，道路工程內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集流程如下：

外業(yè)采集點的云數(shù)據(jù)處理→數(shù)據(jù)濾波和抽稀→建立測繪數(shù)據(jù)的斷面圖或縱橫斷。

4.1 在高速公路測繪上的運用

由于高速公路中車流量較大，行駛速度較快，因此對路面壓力較大，高速公路需要進行不定期的修繕工作。但在進行修繕工作時，極有可能因為占用部分車道而造成交通堵塞，尤其是在一些交通要塞上，人們的出行需求大，車流量巨大，修繕工作會給人們的出行帶來不良影響。為了保證通行過程的高效性與道路通暢性，盡量減少影響的時間，就可以采用三維激光掃描技術(shù)來減少前期測量工作帶來的影響并方便后期的修繕與建設(shè)工作。在使用該技術(shù)時，可以借用一些應(yīng)急車道等車輛基本不太駛?cè)氲牡貛нM行測量，在這些地方建立測量站點，在一定范圍內(nèi)進行三維激光掃描以獲得想采集的數(shù)據(jù)。并借助現(xiàn)在的計算機技術(shù)對數(shù)據(jù)進行篩選分析，將有效數(shù)據(jù)做進一步拼接，需要注意的是，在數(shù)據(jù)拼接過程中，一定要控制好拼接的誤差在行業(yè)允許范圍內(nèi)，進而，繪制出一副有效的平面地形圖。之后，通過與一些傳統(tǒng)的測量工作相結(jié)合的方式，建立起測繪數(shù)據(jù)的斷面圖或縱橫斷面圖。通過這種技術(shù)的運用，大大提高了前期測量的效率，對交通的影響大大減少，有利于道路的通暢。

4.2 在山區(qū)道路測繪中的應(yīng)用

在山區(qū)道路測繪中，往往需要對設(shè)計道路的中線兩側(cè)的一些指標進行測量。因為山區(qū)道路往往較為崎嶇，所處的環(huán)境更為復雜，因此傳統(tǒng)的測繪工作就會面對著工作量大等等復雜的難題。因此，通過該技術(shù)的應(yīng)用可以大大減少測繪人員的工作量，提高工作效率。但需要注意的是，該技術(shù)在山區(qū)道路的運用也存在一些弊端，因為該技術(shù)發(fā)展尚未成熟，所以在一些特殊環(huán)境中的運用還不完善，比如在一些森林地區(qū)，該技術(shù)的測量就會存在較大的誤差，使得最后的成果不盡人意。因此在山區(qū)道路的測繪中，需要對周邊環(huán)境進行考察分析，根據(jù)實際情況最后決定是否采用該技術(shù)。也可以通過將傳統(tǒng)測繪工作與三維激光掃描技術(shù)相結(jié)合的方式，克服一些自然因素，并到達提高效率的效果。

4.3 在城市道路測繪中的運用

因為城市交通網(wǎng)需要考慮到城市建筑的影響，因此，在現(xiàn)有的城市道路中，往往錯綜復雜，交通網(wǎng)較為密集。在城市道路尤其是一線城市的交通要道的測繪上，傳統(tǒng)的測繪工作就顯得非常艱巨，且受到時間的限制，在一些交通的高峰期，測繪工作就會受到制約與限制。因此，通過結(jié)合三維激光掃描技術(shù)，可以大大減少測繪人員的工作量，提高測繪效率與可信度，在城市道路的測繪中具有重要作用與意義。

5 結(jié)語

綜上所述，三維激光掃描技術(shù)相比較于傳統(tǒng)測繪技術(shù)具有掃描數(shù)據(jù)大，覆蓋面光，具有一定安全性、準確性的特點，是突破傳統(tǒng)測繪的又一項技術(shù)革命，其運用對于現(xiàn)代道路工程的設(shè)計與實施具有創(chuàng)新性意義。但是，三維激光掃描技術(shù)也存在局限性，比如在測繪環(huán)境較為復雜的情況下極有可能會遇到難以解決的問題，且此掃描儀器價格昂貴，難以推廣到整個市場。因此，在科技高速發(fā)展的時代，三維激光掃描技術(shù)上應(yīng)不斷進行創(chuàng)新與完善，推動工程測繪行業(yè)快速發(fā)展。

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