三维激光扫描技术在工程测量中的应用

摘 要：三维激光扫描技术在我国的工程测量中不断发展和应用，并且在道路测绘、建筑测量中都有着重要的作用，其发展与推广对我国的建筑施工意义深远。本文通过阐述当前三维激光扫描技术的实际应用情况，对于三维激光扫描技术的原理进行分析，提出三维激光扫描技术在工程测量中的应用趋势，以供读者参考。

关键词：三维激光扫描;工程测绘;激光测距;三维建模;应用

三维激光扫描技术是基于激光测距原理，并且还原三维场景。近代三维激光扫描技术不断被重视，甚至许多学者认为其是继GPS技术以来的工程测量新革命，对于数据采集、数据分析工作有着不可小觑的作用。而作为新型的测量方法，三维激光扫描技术在国内外各项工程施工中也有十分广泛的应用，国外更多的是应用于工程设计、测绘，三维激光扫描技术在地形图测绘、土方量测算及道路桥梁测量、建模方面也有着重要的应用。

一、 三维激光扫描技术应用分类及原理

三维激光扫描技术的应用依据测量方式的不同可以分为固定激光扫描与移动激光扫描两种系统。前者采集的不是离散的单点坐标，而是构建出“点状云”的体系，有着扫描范围广泛、速度快捷、精度较高的特点，在野外也有较大的操作空间。移动激光扫描技术是与固定激光扫描系统技术融合进行数据的采集和汇总。移动激光扫描技术可以获取更多反射的激光，对于扫描点进行灰度匹配。整体来说移动式激光扫描技术还是不稳定的，固定式激光扫描系统在一定程度上更为稳定有效。

二、 固定式三維激光扫描在工程测量中的应用

在扫描前需要对于固定式三维激光扫描区域内的环境进行整体考察，并确定扫描仪与标靶的位置。保障扫描的数据可以有效代表测量区域，并且选择尽量少的测站来减少原始数据的处理量。在扫描测量的时候也要对测量区域内的独特地形进行拍照记录，从而让后期的数据处理更有效，可以更全面的进行考察。

点状云的数据采集需要通过测站的精细扫描获取，可以精确得到标靶中心的坐标，并作用于不同区域内的点状云数据。其配准则分为相对和绝对两部分，更主要的是要以某一个扫描站坐标系为基础建立全站仪或者其他仪器的精确测量，目的在于获取标靶的精确坐标，在配准的过程中要求各个测站都转换到统一的坐标系中;在进行点状云数据的采集与汇总、配准后，最重要的操作就是对数据的处理，而处理后的点状云数据有助于地形图测绘精确化、道路桥梁竣工测量、三维建模等工程应用。

（一）在地形图测绘中的应用

地形图的测绘是对于某一片区域的整体地形测绘，针对这些区域的地形图测绘可以采用激光扫描技术，不需要传统测量的接触测量、汇总、处理以及地物地貌特征的提取、编辑、处理，整合成为地形图。

（二）在土方量计算中的应用

传统的土方量计算采用的是工程测绘的GPS、水准仪等仪器进行实际测量，同时对于地表不平整的特征，可以采用三维坐标进行测算的方式进行测算，进一步也可以构建土方量的计算体系。这种方法的缺点在于工作量巨大，需要工作者在野外进行大量散点的采集与数据统计，采集的间隔也较大，精度则较低。而采用固定式三维激光扫描技术就可以让土方量的计算更为便捷和准确，可以有效降低野外的工作强度，并且提升计算的精确程度。其流程包括对于点状云数据的处理，构建一定土方量的基准面，并进行特征地貌地物的去除，从而生成DEM并进一步测算土方量。

（三）在道路桥梁竣工测量中的应用

三维激光扫描技术在道路桥梁的竣工测量中也有着不可小觑的作用，其可以有效获取道路桥梁的样图以及纵横断面，查看其稳定性与稳固性。传统的测量方法在道路桥梁竣工测量中工作量较大，且数据处理自动化程度较低，这也体现了三维激光扫描技术对于当代道路竣工测量有着重要的作用。

运用三维激光扫描技术可以让外业的工作效率提升将近4倍。地形图的测绘是对于某一片区域的整体地形测绘，针对这些区域的地形图测绘可以采用激光扫描技术，但其应用也存在不足之处：首先激光扫描技术的发展时间较为短暂，对应的设备和仪器耗费的资金较多，难以在短时间内实现大规模的普及，且激光扫描在各个领域中的应用仍旧在探索中;其次三维激光扫描设备在使用中仍旧没有统一的旋转轴系参数，其矫正体系和误差难以界定;除此之外，三维激光扫描技术对于数据的处理十分迅速，也有着较大的数据处理量，但对应的软件处理数据存在误差与不稳定的兼容性，道路桥梁如果仅依赖三维激光扫描技术可能会造成处理周期较长。

三、 小结

三维激光扫描技术是当前世界上获取三维空间数据非常先进的技术，同时这种三维激光扫描技术可以为传统的工程测量提供一定的补充，也有着更快速度、更远距离的特点，对信息的处理更快捷，可以有效提升外业的工作效率;本文以传统的测量作为基础，结合区域地形图的测绘技术、三维激光扫描技术，对待测地区进行全方面的测绘。同时三维激光扫描技术不仅可以用于地形图测绘，还可以运用在土方量计算、竣工的测量以及建筑的三维建模等方面。同时也有旋转轴系参数不确定，其矫正体系和误差难以界定等缺点，因此三维激光扫描技术在工程测量中仍旧需要深入研究与拓展。

作者简介：胡清云，江苏拓嘉工程设计研究研有限公司。