三維激光掃描技術在地下空間測量的應用探討

高超榮

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510000）

地下空間數據測量實施過程中，三維激光掃描技術作為相對簡單、穩定的數據測量技術手段，在地下空間數據測量中發揮重要作用和現實意義。

1 三維激光掃描技術概述

在地下空間數據測量應用過程中，三維激光掃描技術成為集那幾年全新的技術之一，由于其技術特點和優勢，受到國內各個行業的關注和重視。該技術在實際應用過程中，主要利用激光測量實際距離的技術原理，通過詳細記錄被測量物體表面相對密集的位置點三維坐標數據、位置反射效率以及基礎紋理信息等相關方面，能夠快速重復構建出被測量目標的三維模型數據，比如結構線、結構面以及結構體等。

三維激光掃描技術在實際操作過程中，能夠針對測量區域獲取大量的測量數據位置點，所以相比傳統單點式測量來說，三維激光掃描技術同樣被稱為傳統測量技術轉為結構面測量技術的全面突破。為此該技術被廣泛使用在文物保護、建筑施工、城市規劃、土木工程、室內裝修設置、自然災害數據統計、數據信息城市建設以及軍事信息收集等相關領域[1]。

三維激光掃描技術主要包括硬件的數據收集功能和軟件數據信息處理功能，其中按照系統運轉載體的不同，又被分為機械荷載、車輛荷載、地面荷載以及手持荷載等幾種類型。

三維激光掃描技術在實際操作過程中，需要通過不斷發射激光脈沖信號，進而針對物體或者測量區域進行信息掃描和獲取，隨后利用計算系統將所收集的信號數據以及結構時間相互結合，進而明確掃描物體測量具體位置點，同時根據數據收集設備旋轉角度，有效將物體完全呈現出三維空間數據坐標結構體系中，進一步反映地下空間數據測量精準程度。

三維激光掃描技術在地下空間測量中，作為全新操作技術，需要將光線、電力、機械以及計算機相互結合，進而全面體現三維激光掃描技術數據掃描速度快、數據測量范圍大以及精準程度高等相關技術優勢和特點，并且該技術具備的激光性能普遍具有一定穿透能力，可以有效掃描出介質阻擋實際物體，進而獲取不同角度的信息數據，最終通過拼接技術方式得到物體的全部圖像。

2 三維激光掃描技術的特點

地下空間測量技術應用過程中，三維激光掃描技術成為現階段全系內的數據測量技術之一，在城市地下空間基礎建設中，具有重要作用和現實意義。

2.1 優勢

在地下空間數據測量和技術應用過程中，其數據測量和繪制速度相對較快，并且其應用效率極高，所以此種技術在實際操作過程中，不僅對空間基礎結構測量精準程度要求較高，并且還需要利用多種視角詳細觀察三維點狀云模型數據。除此之外，三維激光測量技術在應用過程中，可以將測量繪制的實際物體轉化為數據模型，并且針對相關信息數據的位置標記，比如物體高速、結構體積、寬度等，以此作為基礎，建造出不同類型的結合模型。

2.2 不足

（1）雖然三維激光測繪設備和系統能夠有效對現場物體進行外表掃描，進而方便、快捷地獲取相關數據信息，但是所獲取的信息和數據無論是規模還是數量，整體比例較大，所以在后期所需要使用的時間周期較長，并且在系統處理方式上相對比較煩瑣和復雜[2]。

（2）使用三維激光測繪技術時，針對較大空間結構開展數據掃描時，需要設置不同類型的基礎位置點，隨后針對掃描數據需要相拼接，然而現階段我國大部分地下空間測繪過程中，所使用的系統軟件并不完善，導致各個廠家所使用的連接軟件和系統不能更好的兼容并進，明顯缺少相對系統、完整的操作標準。

雖然地下空間數據測量結構中，其三維激光掃描技術明顯存在著不足和問題，但是該技術操作優勢相比其他數據測量方式優勢仍然比較明顯，因此需要技術人員針對地下三維激光掃描技術進行全面了解和實際應用，進而不斷彌補所存在的不足和問題。

3 城市地下空間測繪應用

在城市地下空間數據測量應用過程中，使用三維激光掃描技術能夠利用設備所發出的脈沖信號開展全面數據和信息探測，進而能夠更加真實地還原物體和測量區域的真實情況，因此三維激光掃描技術相同傳統技術理來說，普遍具備操作便捷、高效以及精準等相關優勢和特點。

針對地下空間數據測量實施過程中，使用地面三維激光掃描技術能夠有效保證城市空間結構數據精準程度。

（1）在測試控制點選擇過程中，需要將測試控制點布置在空間結構掃描中，進而保證區域數據收集、處理基礎水平，隨后技術人員需要針對測試區域內所收集的信息和數據進行全面審核和檢查，以此作為基礎構建出信息數據模型構建，最終制作成詳細的圖形。因此以我國某個地下結構空間數據作為基礎案例，其中通道內部結構大多數為平滑建筑物模式，并且結構轉角大多數為90°左右，其中需要建筑結構與地面保證垂直方向，此種模式則可以作為規則空間測量結構。同時在空間信息數據獲取過程中，無需布置和設計控制位置點，而需要使用設置標靶[3]。

（2）在測試區域安裝標靶時，為了確保標靶正確性，需要在適合的位置設置至少3處標靶，并且在后期操作過程中需要以標靶位置作為基礎測試點，實際針對不同腳步進行數據掃描時，需要以標靶作為基礎數據參考，以便于后期數據和信息相互連接。在測試點安裝三維激光掃描設備時，需要將計算機設備與三維激光掃描設備相互連接，進而保證信息通信的可行性，進而保證三維激光掃描儀與計算機同時開啟和練習。此時地面結構上出現設備的激光光束，進而找尋激光具體位置并且做好相應的記號標志，隨后通過控制計算機設備的軟件系統，保證系統操作流程的合理性。

（3）在信息獲取過程中，需要掃描相關景象，此時掃描設備開啟后會立刻自我檢查，此時系統需要制定出全新的測試方向，并且通過測試方向，進一步明確掃描目標和對象，進而針對測試區域進行數據收集和圖像攝影，進而獲得全新的掃描影像。

（4）在點運數據獲取過程中，其影像信息獲取后，儀器設備會自動實現建筑結構三維坐標的全面獲取，同時為了進一步提升點云數據基礎品質，還需要根據地下空間實際情況和需求不斷調整和技術處理，進而設置科學、合理的距離控制參數。同時還需要根據所需要的精準程度，設定相應的系統分辨率，但是在城市地下空間數據測量過程中，其圖像分辨率在基礎設定方面上，并不是越高越好，而需要根據城市地下結構實際情況，保證高質量的點云數據即可。同時在以上數據參數全部設定完成后，其數據掃描設備會自動獲取地下空間結構信息，進一步開始自動掃描空間基礎結構。

選取南沙新區靈山島尖的地下商業及地下管廊，使用天寶TrimbleX7儀器進行三維激光掃描，在經過控制測量及引點標靶測量后，根據實地情況進行測站的選址規劃，完成所有測站的點云掃描及拼接，生成點云數據后進行絕對坐標配準，形成點云拼接效果圖，如圖1所示。

圖1 點云拼接效果

4 結語

由此可見，隨著城市化進程不斷增加，城市地下空間在數據測量和開發建工作也不斷增加發展腳步，同時地面三維激光掃描技術因其獨特的優勢，也會受到人們越來越多的關注和應用。