地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用

邢偉

摘要：社會經(jīng)濟的發(fā)展促進了城市化進程的加快，建筑工程行業(yè)的發(fā)展迅速，建筑工程項目在施工建設的過程中，施工水平不斷提高，工程測量技術也不斷先進，工程測量中應用的 地面三維激光掃描技術屬于新型的測量技術，屬于實景復制技術的一種，在工程測量領域的應用，能夠在以往的單點測量基礎上，對物體表面進行三維掃描，建立云數(shù)據(jù)，獲得高分辨率和高精度數(shù)據(jù)后，建立數(shù)字地形模型，地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用優(yōu)勢較為明顯，本篇文章在此基礎上，主要對地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用方法、應用作用以及應用要求等進行研究與分析。

關鍵詞：地面三維激光掃描 工程測量 數(shù)據(jù)分析 實景復制 模型

建筑工程行業(yè)在迅速發(fā)展的過程中，對于工程設計以及工程測量等提出了更高的要求和標準，建筑工程項目的施工建設，受外界環(huán)境以及人工要素的影響，容易導致各種工程風險的產(chǎn)生，因而在工程測量中要使用先進的技術、設備實施工程測量。地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用具有測量精度高和分辨率高等特點，主要用途是獲取高精度高分辨率數(shù)字地形模型 ，屬于高新技術的一種，在測繪領域中的應用效用突出[1]。地面三維激光掃描是在激光高速掃描中完成工程測量，可以對監(jiān)測對象表面掃描的三維坐標數(shù)據(jù)予以高分辨率、大面積的快速獲取，對空間點信息能夠進行大量的采集，并利用三維影像建模，因而具有測量主動以及實時動態(tài)監(jiān)測的特點，關于地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用實效性和應用方法等均需要從實踐分析的角度展開研究與探討。

一、地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用分析

（一）技術原理分析

地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用主要是根據(jù)激光掃描測定距離值，并對步進角進行測量和計算，在使用地面三維激光掃描技術的過程中，確定目標物后，對其目標面發(fā)射激光，激光在發(fā)射出后碰到建筑物界面反射回來，激光從發(fā)射到反射的整個過程中，產(chǎn)生的時間差，可以計算出掃描距離[2]。利用地面三維激光掃描的時間點差，獲得三維坐標，激光掃描過程是連續(xù)和快速的，因而可以得到若干三維坐標，對這些數(shù)據(jù)值存儲在云數(shù)據(jù)庫中，并使用計算機計算和分析，綜合化處理后即可得到3D建模數(shù)據(jù)，形成三維影像。

（二）系統(tǒng)構成分析

工程測量對于工程規(guī)劃和項目建設等具有重要的作用，工程測量的數(shù)據(jù)和結果等則能夠進一步給工程設計以及施工方案的完善提供必要參照，先進的測量技術在工程測量中的應用則能夠保證項目建設的合理性和規(guī)范性。工程測量中應用的地面三維激光掃描技術，系統(tǒng)組成包括數(shù)字照片成像設備、地面三維激光掃描儀、云數(shù)據(jù)處理軟件以及其他的附件設備等。地面三維激光掃描儀發(fā)射激光，完成在數(shù)據(jù)分析的基礎上完成數(shù)字成像，后期在軟件處理中對云數(shù)據(jù)進行讀取和分析，綜合化實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉變、編輯，最后三維建模。

（三）技術優(yōu)勢

地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用具有鮮明的技術優(yōu)勢，相較于傳統(tǒng)的工程測量技術，地面三維激光掃描技術先進，并且能夠在三維形式的坐標測量和分析中，完成數(shù)字建模。地面三維激光掃描技術對工程測量中存在的限制性問題也能夠集中克服，受時間限制較小，對全部的工程建筑物均能夠實現(xiàn)空間掃描，獲得的三維坐標數(shù)據(jù)也較為精確，另外，還可以在高精度的快速掃描中，及時獲取建筑工程項目的內(nèi)部細節(jié)特征，完成信息轉換后即可處理云數(shù)據(jù)[3]。

二、地面三維激光掃描技術在工程測量中的基本流程分析

（一）數(shù)據(jù)采集

建筑工程項目在施工建造的過程中，完善工程測量工作，能夠對建筑物的基本參數(shù)進行了解，掌握建筑工程項目內(nèi)部特征，使用地面三維激光掃描技術實施工程測量，需要做好數(shù)據(jù)采集的工作[4]。由于地面三維激光掃描儀具有中整平的功能，因而可以將地面三維激光掃描儀架設在已知點上，并在此基礎上完成外業(yè)的數(shù)據(jù)采集工作，最后獲得的云數(shù)據(jù)即為三維坐標的點。使用地面三維激光掃描技術進行工程測量，需要對建筑工程項目的周邊環(huán)境實施勘察，然后在測量區(qū)域內(nèi)對控制點進行合理的布設，應用實時定位和全球定位的方法，完成對建筑工程的水平測量和高程測量等。

（二）掃描控制

在實施工程測量的過程中使用地面三維激光掃描技術，需要對激光發(fā)射、目標物掃描等予以控制，對地面三維激光掃描中的已知點上設置觀測站點，但是對不同站點的地理坐標關系要處理好，使用采樣間隔的方法實施地面三維激光掃描[5]。但是對于采樣間隔的大小要控制好，采樣間隔過小的情況下，會導致采集的點云量過大，影響后期的數(shù)據(jù)處理工作；而采樣間隔過大，則不利于數(shù)據(jù)處理精度控制。一般在通視情況較好的狀態(tài)下，對于每個站點的掃描間隔控制在80m左右，這主要是為了保證相鄰監(jiān)測站之間的點云具有重疊區(qū)；但是在通視條件不夠好的情況下，則需要適當增加掃描站點數(shù)，直到完成區(qū)域內(nèi)的掃描目標。

（三）數(shù)據(jù)處理

建筑工程測量中涉及的參數(shù)內(nèi)容較好，應用地面三維激光掃描技術進行工程測量，能夠獲得三維坐標數(shù)據(jù)，因而在后期的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理中工作量較大，要保證地面三維激光掃描測量效果，需要對內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理精度進行有效控制[6]。三維點坐標的云數(shù)據(jù)量較大，其中包含了具有實用價值的數(shù)據(jù)內(nèi)容，也包含了無實用價值的數(shù)據(jù)內(nèi)容，例如在工程測量中具有實用價值的數(shù)據(jù)內(nèi)容有構筑物水平差和高程等，無實用價值的數(shù)據(jù)內(nèi)容有行人、風沙和車輛等。應用相關軟件系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)內(nèi)容實施分類和分析，對云數(shù)據(jù)完成拼接處理等，最后構成等高線，云數(shù)據(jù)拼接要求對控制點的三維坐標進行測量和分析，然后對坐標系進行統(tǒng)一，最后進行站點數(shù)據(jù)的一次放入、處理。

結語：

建筑工程測量對建筑施工環(huán)境勘測以及施工質(zhì)量保證等具有重要的作用，隨著現(xiàn)代建筑業(yè)的不斷發(fā)展，人們對于工程質(zhì)量方面的要求和標準不斷提升，在此過程中，需要對工程測量技術予以不斷的完善和提升。地面三維激光掃描技術作為一種新型的測量技術，在地形測繪、隧道工程、建筑測量、管道設計以及采礦等行業(yè)領域中均有應用，工程測量中應用地面三維激光掃描技術要對控制點測量的數(shù)據(jù)進行采集和記錄，并且在全景掃描中控制好采樣點的間距以及數(shù)據(jù)精確度。地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用，依據(jù)的測量原理是步進角度測量和激光距離測量，對準建筑物后發(fā)射激光，利用激光發(fā)射和反射的時間點差對距離值進行計算，同時記錄和計算垂直方向、水平方向的角度值，在這種形式的觀測測量基礎上獲得三維相對坐標，使用計算機對坐標值進行計算，建立云數(shù)據(jù)庫，軟件處理后，即可完成3D建模。地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用，獲得的工程構筑物內(nèi)部尺寸數(shù)據(jù)較為詳細，對觀測目標的空間結構分析到位，監(jiān)測精度高、測量效率高。

參考文獻：

[1]朱清海.基于EPS2008的地面三維激光掃描技術在隧道測量中應用研究[J].城市勘測，2015，01：133-136.

[2]臧偉，錢林，孫寶軍，董明.地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用[J].北京測繪，2015，03：130-135.

[3]吳麗娜.三維激光掃描技術在地質(zhì)測繪和工程測量中的綜合應用研究[J].世界有色金屬，2016，22：108+110.

[4]樊穎，劉躍.地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用[J].科學技術創(chuàng)新，2017，20：76-77.

[5]劉新洪.淺談地面三維激光掃描技術在市政工程測量中的應用[J].信息化建設，2016，04：238.

[6]祁春輝.淺談三維激光掃描技術與BIM技術在工程測量中的應用[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2017，12：176-177.