地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用分析

地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用分析

黄维

荆门市规划勘测设计研究院 湖北荆门 448000

摘要：相比于传统建模软件来说，地面三维激光扫描技术具有较大优势。这是因为这种技术可以通过激光测距原理来对工程施工环境的三维坐标进行准确测量。在实际测量中，扫描仪会通过相位激光和脉冲激光的有效配合来对三维坐标进行测量。这种技术在世界范围内都是属于比较高端的技术种类，它不仅测量数据准确更加具有节省人工成本的较大作用。近年来，这种技术得到了广泛的应用，在应用中出些一些问题，影响了该技术的推广和发展。基于此本文首先对面三维激光扫描技术相关概述进行了叙述，有详细分析了地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用，希望能对本行业的研究人员提供参考价值。

关键词：地面三维激光扫描技术；工程测量；应用

前言：在工程测量技术随着工程项目快速发展对测量数据越来越高要求的影响下，各种工程测量相关的革新技术快速出现，地面三维激光扫描技术可以说是工程测量技术的第二次跨越式发展。这是因为这种技术能够通过点云密度和扫描范围对地面各种复杂环境数据进行准确测量，不但大幅提高工程测量效率，还降低了工程测量的误差。目前这种技术被应用在很多工程测量中，并且取得了较好的效果，而国内外针对该方面的研究资料较少，因此本文在文中对于相关方面都有较好的阐述。

1. 面三维激光扫描技术相关概述

1. 地面三维激光扫描技术原理

地面三维激光扫描技术的主要原理是激光测距，在扫描仪工作期间，可以向工程测量环境释放相位激光和脉冲激光，通过把两种激光对周围环境的反射来实现准确测量工程环境数据的目的，尤其是在复杂和不规则环境的测量中作用比较突出^[1]。在实际测量技术运用的时候，扫描仪会多次进行测量，以此来保证工程测量数据的准确性和有效性。该技术可以通过对反射光进行灰度处理，通过灰度程度的不同来识别数据的具体变化。一般情况下，这种技术在测量过程中会以扫描仪的朝向为Y轴，垂直方向为Z轴，并且把内部作为远点，这样就可以对工程测量环境的三维坐标进行准确测量^[2]。

2. 地面三维激光扫描技术分类

地面三维激光扫描技术主要可以分为两大类，一类是固定式扫描，另外一类是移动式扫描。固定式扫描技术指的是，通过扫描仪内部的内置数码和控制系统等对工程测量环境数据进行测量的技术^[3]。它与传统的测量技术相比较而言，不仅具有精度高和速度快的特点和优势，还具有具备较低的操作环境下精确测量，技术数据统一的要求，这是因为它采集的是一系列点云数据，因此具有较大优势。移动式扫描技术一般被应用在车载平台中，与全球的定位系统相联系，比如导航仪就是使用的这种数据应用相关的技术，能够为人们各种出行条件下提供较大导航技术数据，极大便利了各类人群的需求。

二、地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用分析

（一）应用在地图测绘中

在工程测量过程中，地图测绘是比较复杂和基础的步骤，传统的测量技术不仅需要耗费较大人工，而且需要在三维软件中进行建模。而扫描技术应用在地图测绘中就存在较大优势，这是因为这种技术可以通过激光测距原理对工程环境数据进行准确测量。扫描技术在应用过程中一般可以分为三个步骤具体为：扫描前准备、获取数据以及数据配准。扫描技术应用在地图测绘中，主要体现在以下几个方面：第一，生成等高线，这一过程的主要作用是去除点云数据中的非地貌数据。比如在二广高速的修建中，扫描技术就可以利用平均面法进行6次左右的迭代，就能较好地去除工程环境中的数目和建筑物等数据，然后在对数据进行抽吸处理，最后放到相关的测绘软件中就能够生成有效地等高线；第二，成图编辑，经过等高线处理后，效果图会出现较多缺陷，不利于地图最终的形成，因此需要对成图进行编辑。在编辑时需要把使用扫描技术获得的等高线进行有效叠加，这样就能形成有效的工程测量地图。

（二）应用在计算土方量中

传统对土方量的计算不仅需要大量的散点采集工作，还需要较多工作人员的配合，这样不但不利于工作效率的提高，还降低了土方计算的准确性，这是因为土方计算设计人员和测量所需步骤都比较复杂而繁冗，这样就加大了土方量技术数据在后期结果上所造成的误差性，影响了工程项目需要技术数据测量的准确性，而扫描技术通过相关原理不仅可以提高人员优质配置，还能提高计算的准确性^[4]。扫描技术应用在计算土方量中，主要体现在以下几个方面：第一，基准面构建，比如在立交桥的土方量计算中，数据处理完成之后，需要把相关数据放到工程测量环境的坐标系中。在转换过程中要使用最小二乘法来进行转化，具体转化精度需要对控制点精度进行较好把控。在计算中需要注意，计算前要设立相关基准面，这样才能使得计算结果与实际进行有效配合。在立交桥修建中，由于不涉及到复杂基准面设定，因此不需要构建曲面基准面；第二，剔除地物，在土方量计算过程中，对于植被较少或者没有的地方可以直接进行计算。而对于植被比较茂密的方法，就需要剔除植被后再进行计算，这样才能保证计算的有效性。比如在荆门植物园的修建中，由于建设环境是在深林区，所以植被会比较茂密，因此在土方量计算中就需要对植被进行剔除，剔除的时候还是使用平面法进行剔除

^[5]。

3. 应用在道路竣工中

在道路竣工测量中，不仅需要对道路样图进行测量，还需要对纵横段进行测量。传统的测量需要进行多次现场作业，对道路高程进行逐次测量，以此获得有效数据，所以工作量会比较大。而通过扫描技术就能够降低测量的会工作量，并且提高测量的准确性。扫描技术应用在道路竣工中，主要体现在以下几个方面：第一，转换坐标系，比如在省道公路修建完成后，需要把扫描技术收集到的数据转化坐标系，这样才能为样图绘制大量俩号基础；第二，三维坐标提取，数据经过转换后已经能够有效地展示在现实工程环境坐标系中，此时需要对坐标进行三维坐标提取，这样才能形成有效地三维坐标数据，以便于纵横断的有效测量；第三，自动生成等高线^[6]，相比于其他技术来说，扫描技术可以通过平均面法自动让登高线生成，这样就避免了大量复杂的工作，从而提高了样图的绘制效率，为工程测量打下良好基础。

结束语：通过本文分析，首先具体了解了技术原理和分类，然后知道了技术的具体应用：应用在地图测绘中、应用在计算土方量中和应用在道路竣工中，通过对该技术应用的了解，能够清楚知道该技术在工程测量中具有较好发展应用前景，不仅能够推动工程测量行业快速发展，还能提高工程测量过程中资源配置打下良好基础，为工程施工的快速发展奠定了坚实的技术。

参考文献：

[1]张辛,向巍,丁涛,宋韬. 基于三维激光扫描技术的穿黄隧洞形变检测研究[J]. 人民长江,2020,51(09):129-134.

[2]王青. 地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用[J]. 粘接,2020,43(09):94-97.

[3]罗维扬. 地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用[J]. 居舍,2020,(26):80-81.

[4]袁丰波,孙攀,张少伟.地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用[J].住宅与房地产,2020(24):215.

[5]刘小云.地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用研究[J].信息系统工程,2019(05):103.

[6]冯耀能.地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用[J].工程建设与设计,2018(16):40-41.

作者简介：黄维，1987年12月生，男，籍贯湖北荆门，大学本科，中级工程师，从事工程测量相关工作。