地面三维激光扫描在工程测量工作中的应用探讨

　　摘要：地面三维激光扫描技术作为目前先进实用的测绘技术之一，该技术凭借其非接触性、高采样率、高精度以及自动获取测量数据等优良特性在文物保护、测绘以及土木工程等领域得到了广泛的应用并取得了较为突出的成绩。本文从地形图测量、土方量计算、道路竣工测量、三维建模等方面分析三维激光扫描技术的应用方法，力求为传统的测绘工作提供新的思路与参考。

　　在以往的工程测量工作中，传统的测量技术外业工作量大，对于复杂且高精度的测量任务存在一定的不足。地面三维激光扫描技术的出现在一定程度上弥补了这些不足。三维激光扫描仪是使用激光测距，通过伺服马达、扫描镜对测区进行扫描，得到的目标表面各点的纹理信息和三维坐标[1]。地面三维激光扫描技术让复杂的测绘工作变得简单高效，因此该技术受到国内外诸多领域的青睐。下面将从四个方面进行探讨。

　　一、在地形图测量中的应用

　　在传统的地形图测绘中，由于地形复杂，如：断臂、悬崖、深坑等时常出现[2]，常规测绘方式难以测量，因而无法得到详尽的地形图。地面三维激光扫描技术则无需测量人员到达这些区域便可准确测绘地物地貌。运用地面三维激光扫描技术测量地形图主要有以下内容。一是数据的采集与处理，利用三维激光扫描仪和标靶逐站获取测区内的点云数据，然后对采集的点云数据进行配准、去噪等处理，进而得到完整准确的点云数据；二是地物的提取与绘制。在此项工作中，对处理后的点云数据使用Cyclone等专业软件提取测区中地物的特征点，例如：房屋角点等。最后将其导入数字测图软件中进行地物的绘制。三是等高线生成。地形图中等高线的生成需要地貌部分的点云数据，然而在实际作业工程中，如果测区存在植被，此时获得的点云数据就包含植被表面的点云数据，因此在利用地貌的点云数据前需要将描述植被等非地貌的点云数据进行剔除。此外，由于三维激光扫描仪获取的点云数据密度较大，需要对点云数据进行适当的抽稀，再将抽稀后的数据导入大比例尺数字测绘软件中生成等高线。此方法相比于传统的测量结果构建的地貌细节更加详尽准确。四是地形图的编辑。对利用点云数据绘制的地形图进行分幅、绘制图廓等制图操作便能得到最终的地形图成果。

　　地面三维激光扫描技术的应用不仅能降低外业工作的强度，还能获得精细的地形图。然而三维激光扫描仪获取的数据量较大，点云数据的内业处理工作相较于传统测绘过程更为复杂。除此之外，在实际生产过程中，由于地形变化较大或测区植被茂密等因素的影响，都会导致获得的点云数据不够理想，影响后续地形图的绘制，这是急需改善并解决的问题。

　　二、在土方量计算中的应用

　　利用地面三维激光扫描技术计算土方量主要有以下三个步骤。一是点云数据的获取与配准。利用三维激光扫描仪获取测区点云数据的过程中，由于地形以及仪器的测量范围的限制，需要按照规划的测站逐站扫描。得到的点云数据均为各测站的独立坐标系下的三维坐标，因此需要对点云数据进行配准，使得各个测站的数据统一到同一个坐标系下。配准的精度直接影响着土方量的计算。为了保证配准的精度，测量过程中相邻测站之间利用至少三个反射片等标靶作为同名特征点，方便内业处理时利用同名特征点进行数据的配准。二是点云数据的处理。点云数据配准完成后需要对点云数据的噪声及冗余数据进行处理。噪声是因为测区环境等外界因素的干扰所导致的，噪声会影响后续的计算精度。对于冗余数据，如测区域的植被等，需要进行剔除。去除噪声和剔除冗余数据的成果才是计算土方量所需要的数据。三是土方量的计算。利用数据处理后的点云数据进行重采样，然后以此构建TIN 模型，待生成高精度数字高程模型后再去除基准面模型，便可得到填挖方量。

　　三、在道路竣工测量中的应用

　　使用地面三维激光扫描技术测量竣工道路时，道路的纵横断面样图的获取是整个工作的重点。在传统作业中，一般使用RTK 或全站仪对道路的高程进行测量。由于测量区域为带状，路程长且面积较大，使用传统测量技术使得作业进度较为缓慢，工作效率较低。地面三维激光扫描技术能实现大面积、高自动化、高精度的测量。在对道路纵横断面进行测量时测量人员不用时刻操作仪器，能降低外业的工作强度，减少测量的时间。在内业工作时，对采集的点云数据进行配准和去噪等处理，然后按照固定间隔挑选所需目标点的三维坐标。利用目标点的三维坐标软件会自动生成所需的成果资料。

　　四、在三维建模中的应用

　　目前，使用地面三维激光扫描技术进行三维建模主要应用于建筑物高精度三位模型以及复杂的工业设备模型两方面。地面三维激光扫描技术能在短时间内同时获取点云数据和数据影像，不仅能为高精度三维模型的构建提供准确数据，还能将真实场景按比例呈现在我们眼前。因此，对于获取高精度建筑物三维模型，地面三维激光扫描技术具有明显的优势。复杂工业设备往往各种管道交错林立，在用传统测量法对其进行规划、改造时，作业量巨大且难度较高，极易发生偏差。采用地面三维激光扫描技术能获得具有可视化效果的高精准度三维模型，更具使用价值。

　　五、结语

　　伴随着测绘要求的提高，不同测量环境以及测量内容对技术的要求越来越高，探索新技术的应用具有重要的现实意义。地面三维激光扫描技术作为当前国内外高效且实用的获取三维空间数据的技术之一，有效提升外业测绘工作的效率，应用于不同种类的测量中。该技术大幅提升了测量效率与精度。与此同时也增加了数据量，增加内业数据处理的工作量，如何降低内业数据处理的复杂度和实现数据处理的自动化是后续急需改进的工作和研究的目标。

　　参考文献：

　　[1]蒋明灿.三维激光扫描技术在地质测绘和工程测量中的综合应用[J].资源信息与工程，2019，32（6）：130-131.

　　[2]周京兵.地面激光扫描技术在工程测量中的应用[ J ] .智能城市，2018，4（19）：152-153.