地面三維激光掃描技術(shù)在道路工程測(cè)繪中的應(yīng)用

李豪

摘要：這些年以來，地面的三維激光掃描儀已成為現(xiàn)代高新技術(shù)，并逐漸應(yīng)用于相關(guān)方面的測(cè)繪。這方面的技術(shù)與傳統(tǒng)的測(cè)繪方法相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。這篇文章從三維激光進(jìn)行掃描信息方面技術(shù)的概述開始，最后，將專注于固定三維的激光掃描，并將重點(diǎn)放在工程研究上。

關(guān)鍵詞：地面;三維激光;掃描技術(shù);道路工程;測(cè)繪

隨著中國(guó)現(xiàn)在社會(huì)一些技術(shù)的不停進(jìn)步與發(fā)展，使得映射技術(shù)也在不停的更新和變化。近年來，三維激光掃描技術(shù)開始發(fā)展，已然成為一種全新的技術(shù)，可以說是“自全球定位系統(tǒng)以來最先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)”。此技術(shù)的使用能很好地獲取空間方面的信息，不僅如此通過激光的掃視，可以充分了解它所掃視的空間信息，并且還可以轉(zhuǎn)變成專業(yè)的圖像信息，并在地面顯示功能。因此，相關(guān)企業(yè)必須要加大對(duì)測(cè)繪技術(shù)的研究與應(yīng)用，國(guó)家政策上也要制定一些相關(guān)的規(guī)范，確保測(cè)繪技術(shù)能夠更有效的應(yīng)用到測(cè)繪工程中，提高測(cè)繪工程的工作效率。

1 城市道路項(xiàng)目的分類和內(nèi)容調(diào)查及制圖要求

城市的道路工程可以分為兩個(gè)方面的主要類別。新的道路建設(shè)和道路大修。大型地形圖不僅用作設(shè)計(jì)路線的基礎(chǔ)，而且還反映了拆除單位用來計(jì)算拆除數(shù)量和拆除補(bǔ)償?shù)牡缆方ㄔO(shè)中的特征、地形。如果道路檢修項(xiàng)目是一條需要修復(fù)的原始道路，這需要針對(duì)裂縫、損壞、車轍、公交車站、港口和交通標(biāo)志進(jìn)行重新規(guī)劃。這種類型的項(xiàng)目需要當(dāng)今的大型地形測(cè)繪技術(shù)。除了進(jìn)行完整的橫截面測(cè)量外，還包括各種交通標(biāo)志（標(biāo)志、交通信號(hào)燈、公交車站、道路上的所有護(hù)欄以及車道分隔線，車轍和所有其他地面交通設(shè)施）。為了確定覆蓋量，設(shè)計(jì)人員對(duì)圖紙密度有很高的要求。需要每10米測(cè)量一組高程，而一個(gè)交叉口通常需要測(cè)量5米的高程網(wǎng)格。采用傳統(tǒng)的地形數(shù)據(jù)收集方式，測(cè)繪人員工作量很大。地面上有太多容易被忽視的要素，給設(shè)計(jì)人員帶來了麻煩。另外，道路上的大量車輛使操作者在道路上工作時(shí)處于高風(fēng)險(xiǎn)中。

2 三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是近年來才開始應(yīng)用起來的一種測(cè)量技術(shù)，并在許多發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛認(rèn)可。與常規(guī)的測(cè)量技術(shù)相比，通過與全站儀相結(jié)合，可以有效地獲取指向一個(gè)點(diǎn)的目標(biāo)信息，操作極其簡(jiǎn)單，測(cè)量速度相對(duì)較快。在某些精密液壓表面上也可能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 三維激光掃描作業(yè)流程

3.1 標(biāo)靶與控制點(diǎn)布設(shè)及測(cè)量

數(shù)據(jù)的收集受到三維激光掃描儀范圍的限定，并且如果一個(gè)儀器和被掃描物體之間形成的角度不相同，則空間上的分辨率也不相同。角度小的話，圖像的分辨率也就較低，掃描距離遠(yuǎn)的話，定點(diǎn)的精度也就差。此外，還有一些看不見的障礙，因此需要多站點(diǎn)來完成道路測(cè)量。接下來就是，需要整合來自不同測(cè)量站的測(cè)量數(shù)據(jù)。因此，根據(jù)儀器的測(cè)量范圍，需要在每個(gè)鄰近的測(cè)量站重疊的地方放置三個(gè)或更多個(gè)具有不同圖案的目標(biāo)。則需要選擇一個(gè)合適的位置以增加掃描站的數(shù)量，直到掃描完所有要測(cè)量的目標(biāo)。

3.2 數(shù)據(jù)濾波、抽隙

一些數(shù)據(jù)的收集由于外部因素的干擾，往往會(huì)收集了大量無用的數(shù)據(jù)。這些沒有用的數(shù)據(jù)一般被稱為噪聲數(shù)據(jù)，而刪除此類的行為就叫做數(shù)據(jù)的過濾。此功能可刪除嘈雜的數(shù)據(jù)。如果收集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)或本地進(jìn)行的數(shù)據(jù)比項(xiàng)目管理本身更密集，則可以處理間隔數(shù)據(jù)，也稱為重復(fù)數(shù)據(jù)刪除。

4 三維激光掃描儀在道路工程中的應(yīng)用

4.1 在京通高速路大修工程中的應(yīng)用

一般情況下在公路修建的工程中以用路、重交通量、高速度為特點(diǎn)。當(dāng)使用傳統(tǒng)的測(cè)量方法時(shí)，必須在道路上進(jìn)行測(cè)量，而在道路上行駛的時(shí)候，操作員必須站在道路上并測(cè)量許多高程點(diǎn)，這是非常危險(xiǎn)的。另外，由于我國(guó)道路已經(jīng)使用了很多年，為了在地形圖中準(zhǔn)確反映當(dāng)前路況，需要每 10 米測(cè)量一次高度。并在中間帶的兩側(cè)各設(shè)置兩條道路。我們每10米提供一個(gè)垂直剖面和一系列剖面。而且考慮到企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)和巨大的工作量，該項(xiàng)目進(jìn)行的時(shí)候會(huì)使用一個(gè)三維激光掃描儀。測(cè)量站將設(shè)于京通快速路最外層的緊急停車場(chǎng)，以掃描測(cè)量范圍內(nèi)的物體，并使用徑向三維激光掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接，拼接精度如下。目標(biāo)針跡的最大相對(duì)誤差為8毫米，點(diǎn)云針跡的最大水平誤差為10毫米。在道路邊線中心和道路邊線中心的警戒線上繪制地面物體，例如高架輕軌交叉口，并在幾乎任何位置收集平面和高程信息。

4.2 地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于市政道路工程地形圖測(cè)繪

市政進(jìn)行的道路工程測(cè)量地圖創(chuàng)建工作量很大，因?yàn)橐恍┑缆飞系娜肆髁亢艽?，盡管測(cè)量映射數(shù)據(jù)可以由工作人員獲取，但是測(cè)量地圖創(chuàng)建者的個(gè)人安全難以保證。但是，在工程中使用三維激光掃描信息技術(shù)的相關(guān)企業(yè)，他們?cè)谶M(jìn)行局部工程發(fā)展和道路建設(shè)工程測(cè)繪的情況下，進(jìn)行測(cè)繪的負(fù)責(zé)人無須現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)繪，就可以對(duì)需要施工的地形進(jìn)行測(cè)量和繪制。而且由現(xiàn)在的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看使用三維激光掃描技術(shù)為市政道路工程創(chuàng)建地形圖的常見繪圖方法。

4.3 地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于市政道路工程

無論是新的本地道路項(xiàng)目還是本地道路整治項(xiàng)目，都可以找到公共設(shè)施的詳細(xì)說明。市政道路工程具有種類多、數(shù)量多的特點(diǎn)，使用常規(guī)的地物提取方法不僅增加了工作量和人工成本，而且使它們更容易脫落。三維地面激光掃描技術(shù)利用技術(shù)從地面上的建筑物中提取數(shù)據(jù)，標(biāo)志和其他特征，并使用特定的數(shù)據(jù)處理方法處理提取的數(shù)據(jù)以通過道路工程，可以獲取特征數(shù)據(jù)的固定格式輸出。

4.4 地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于市政道路工程等高線生成

用于本地道路工程勘測(cè)和制圖的地形輪廓線生成主要去除了地形圖上的無關(guān)植被、建筑物和其他要素。傳統(tǒng)的輪廓采集過程主要是手動(dòng)或自動(dòng)去除不相關(guān)的特征以獲得地形圖，然后計(jì)算數(shù)據(jù)以獲得平面圖并上傳數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)。經(jīng)過幾次迭代，最終通過沒有規(guī)律的三角切割的方法獲取結(jié)果。與常用的輪廓線獲取方式相比較，三維激光掃描不僅可以減少工作量，而且獲取的數(shù)據(jù)精度也非常的高。

4.5 地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于市政道路工程土方計(jì)算

在市政建設(shè)道路系統(tǒng)工程中計(jì)算土方量的傳統(tǒng)教學(xué)方法是，首先使用GPS，水準(zhǔn)儀，RTK等設(shè)備來測(cè)量工程勘測(cè)和制圖的特定內(nèi)容，然后使用三維坐標(biāo)用于測(cè)量地面凸凹表面的形狀，地面模型計(jì)算出土方量。這種傳統(tǒng)的土方計(jì)算方法不僅工作量大，而且由于樣品測(cè)量之間的間隔較長(zhǎng)，因此不準(zhǔn)確。將三維激光的掃描技術(shù)使用于城市地面的工事計(jì)算之中，可以省去現(xiàn)場(chǎng)取樣的過程。并直接基于數(shù)據(jù)處理來建立基準(zhǔn)。通過進(jìn)行刪除無關(guān)的功能并生成一個(gè)數(shù)字高程數(shù)據(jù)模型，直接為項(xiàng)目成本計(jì)算土方工程。

5 結(jié)束語

實(shí)際上，地面三維激光掃描技術(shù)還是有一定的缺點(diǎn)的，而且在數(shù)據(jù)收集的時(shí)候經(jīng)常受到野外因素的影響，如野外植物的增加會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理會(huì)越發(fā)的麻煩，并且還要很長(zhǎng)的時(shí)間才能完善該數(shù)據(jù)，這樣的話數(shù)據(jù)處理會(huì)延遲人員進(jìn)入后續(xù)項(xiàng)目的時(shí)間。所以我們要積極應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)，并且不斷發(fā)展改革創(chuàng)新，讓測(cè)繪工程發(fā)展的更好更有意義。

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