三維激光掃描技術在道路測繪中的應用研究

文/薛廣杰、李春偉 天津市萬貿科技有限公司 天津 300000

1、三維激光掃描技術的應用

1.1 三維激光掃描技術系統原理

三維激光掃描技術的發展涉及較多的應用學科，具備較多的學科應用優勢。但是三維激光掃描技術的工作模式與傳統的工程測繪技術存在本質的區別，該技術可以實現大規模范圍內的數據高度重樣化采集，繼而獲取三維空間坐標數據，以突出測量的精準性。三維激光掃描技術的工作原理是借助內部測量設備測量距離點，通過垂直方向和水平方面的觀測角度，確定測量點的三維空間坐標。除此之外，該設備可以依據測量點的能量差異，對顏色信息做出準確的分析和判斷。測量點的計算公式：X=Scosαcosβ；Y=Scosαsinβ；Z=Ssinα。利用該技術，在測量點的三維空間坐標數據的準確性方面，需要首先考慮設備與測量點之間的距離，另外，采用不同的測距方式對于相同測量點進行測距的精度也是不同的。為此，需要根據三維激光掃描技術的系統原理，采取最佳的測距方式，繼而提高設備的測量準確度。

1.2 三維激光掃描技術的數據結構特點

在三維激光掃描技術數據采集方面，是通過采用直線數據采集的方式。并按照一定的次序關系。在掃描獲得云數據構成像素點，該像素的排列方式是依據矩陣的方式依次排列，也就是數據結構呈現矩陣的形狀特點。利用該技術不僅可以獲取目標區域的信號，而且也可以獲取空間坐標、顏色信息、激光反射強度信息等，進而得到具體的掃描數據。一般來說，數據的儲存是通過純文本TXT的格式進行保存。應用該技術在獲取空間數據時，具有立體化、數據量大、密度高等特點。最后，需要建立測繪點的三維數字模型，通過一系列的數據處理評估流程，方可實現數據采集的作用。

2、道路整體變形的監測

2.1 道路整體變形的原因

目前，在道路施工階段，隨著道路高度的增加，以及人們后期的使用，會對道路的地基造成較大壓力，繼而使得地基以及周圍底層出現變形問題。同時，道路也會由于自身的重力因素導致變形問題。為此，在道路建設階段需要施工人員，對道路進行變形監測，進而保證變形問題在規定的范圍之內。現階段，造成道路整體變形的因素較多，主要的原因為以下三個方面：一是道路所處的自然環境以及地質條件；二是道路自身的施工質量問題；三是道路施工方對道路的管理存在弊端。例如，在道路物周邊進行深基坑的施工作業，也會造成道路出現變形等問題。所有的道路變形問題是相互關聯的，并貫穿于整個施工建設全過程。

2.2 道路整體變形監測的任務

在道路整體變形監測中，需要首先明確監測任務，并對監測點加強監測力度，繼而在不同的觀測周期中得到數據的變化值。同時，對于不同的數據變化，可以采用三維激光技術完成瞬時變化量的獲取。在道路施工階段，都會或多或少地發生形變。形變的變化區間在規定的范圍之內，則說明是正常的，但是一旦超出形變的規定范圍，就對道路造成影響，嚴重的情況下將會威脅人類的生命健康。為此，需要對道路進行變形監測，進而掌握道路的變形規律，在道路發生形變之前，可以采取相應的措施予以解決。

2.3 道路整體變形監測的方法

現如今，對道路整體變形監測的應用方法較多，而且在應用技術和設備上也會有所不同。目前，主要采用三種常見的監測方法：一是使用全站儀設備的監測方法；二是應用全球定位技術的監測方法；三是三維激光掃描技術的監測方法。對于三維激光掃描技術的監測方法，具備點云數據測量精度高的特點。該技術可以獲取空間數據，也可以獲取測量點的顏色信息。但是該技術的應用也具有弊端，比如，采集的云數據是一個較大的數據集合，也就造成了數據處理的困難，同時在數據點的格式和坐標值上各異，進一步加大了數據處理的難度。

3、三維激光掃描技術在道路監測中的應用

在道路變形監測中應用三維激光掃描技術時，可以構建道路的三維數據模型，對整個道路進行周期性掃描，繼而獲取點云數據，并借助設備內部的處理器，導入Geomagicstudio內，可以建立具體的三維數據模式，完成數據采集、數據處理、數據評估等一系列流程。在數據采集階段，勘測的道路周圍安裝三維激光技術設備，需要保證測量視野處于空曠的局面，并在道路的周圍建立六個數據采集點；在數據處理方面，需要完成三個步驟：一是點云數據的拼接和糾正過程；二是點云數據的濾波過程；三是數據的縮減過程。在點云數據的預處理階段，需要對多余的點進行處理，主要采用人工的方式刪除多余的測量點。最后，需要分析點云數據的誤差，依據誤差理論展開探究。誤差包括儀器設備自身誤差、點云拼接產生的誤差等。

結語：

綜上所述，通過使用三維激光掃描技術，可以建立相應的道路模型，進而監測數據信息。具體的案例結果表明，三維激光掃描技術可以有效地解決道路監測點布設問題，同時可以為道路材料應力分析做出貢獻，滿足道路監測的基本變形計算需求。由此可見，三維激光掃描技術的應用，可以為道路變形監測提供可靠數據，并為道路的穩定性奠定基礎。