三维激光扫描技术在工程测量中的应用

王 柘

（深圳市大华勘测科技有限公司，广东 深圳 518000）

1 三维激光扫描技术概述

三维激光扫描技术是基于激光测距原理及物体反射率等特性，分析被测点的三维空间信息，实时获取被测物体表面高密度高精度的三维点云数据，利用专业的点云处理软件，对所获取的点云数据进行解算、纠正、拼接、去噪分类等处理，通过人机交互操作，输出各类成果数据、构建各领域空间信息数据库。

三维激光扫描技术能快速、连续获取所需项目的空间信息数据。利用非接触的方式直接获得被测目标的空间位置信息，在扫描过程中无需过多的人为干预，充分保证了信息数据的真实性和客观性。后期点云数据处理软件的自动化和智能化处理，大大提升了项目的生产效率和质量。

随着人类社会飞速的发展，各领域科学技术日新月异的进步，测绘工具和测绘技术也在不断更新。三维激光扫描技术具有高效、直观、高精度、智能化的优点，作为一种新的测绘手段，在工程测量中得到广泛应用。

2 三维激光扫描技术在工程测量领域的应用

2.1 三维激光扫描技术在地形图测绘中的应用

地形图是城镇规划、建设和管理，工程设计、施工、运营等各阶段重要的基础资料。传统的地形图测绘主要采用全站仪、RTK 等常规测绘手段，因其效率低、人力成本高、且更新慢等缺点，已无法满足当今社会快节奏发展对基础数据现势性的需求。而三维激光扫描技术能很好的解决这一问题。在基于三维激光扫描技术的地形测绘中，根据不同的项目要求和地形特点，可采用机载、车载或背包等不同平台作业方式，快速获取海量高精度地表点云数据。在扫描过程中，多平台的激光雷达测量系统通过自主发射激光，利用多次回波技术，能有效避免作业环境及地表植被覆盖的影响，真实获取地物地貌要素信息。内业采用相应的专业软件，对平台轨迹进行解算，获取高精度的位置、速度和姿态信息，建立测区坐标控制系统，对所获取的地形点云数据进行纠正，配合立体测图、地形成图等软件，基于三维场景进行多视角便捷捕捉和绘制地物，直观快速完成联合绘图。

2.2 三维激光扫描技术在边坡监测中的应用

近年来，我国各地的建设如火如荼，工程活动越来越频繁，规模也越来越大。同时，由于工程场地的可选余地正在减少，工程设计在一定程度上将面临更加复杂的地质条件。 因此，在进行边坡设计时需要更多的考虑边坡的地质条件对其稳定性的影响及其变化趋势。边坡稳定问题由于受其复杂的地质条件的影响，一直是岩土工程界关注的焦点问题。因此，边坡监测与反馈分析成了边坡工程中的一个重要环节，它是保证工程施工和运行安全的前提、是评价边坡理论分析结果和经验判断成果的依据、是修改设计和指导施工的客观标准，同时边坡监测也为工程岩土体力学参数的反演分析和掌握边坡变形特征及规律提供资料，指导在边坡发生严重变形条件下的应急处理，预测边坡变形破坏趋势，为评价边坡的长期稳定性提供条件。

三维激光扫描技术作为一种新兴的测绘技术，兼具高效、快速、高精度、非接触、并能直接全方位获取测绘对象表面的空间几何数据，具有很强的工程适用性。在岩土工程设计和边坡变形监测中应用三维激光扫描技术具有重要的理论及现实意义，有着巨大的应用潜力。传统的边坡监测方法无论是设备安装布置，还是施测都需要人工干预，效率较低，而且存在较多安全隐患，同时在大多数情况下由于存在人为误差，难以及时获取边坡形变的真实数据。

在边坡监测中，目前应用较多的是脉冲式长测程三维激光扫描仪，其最大测程可达2000 米，测点速率最高可达50万点/秒。

通过三维激光扫描仪分期获取边坡全方位的海量点云数据，快速实景复制边坡。然后通过专业的点云数据处理软件对获取的点云数据进行滤波、去噪、拼接建模等处理，然后将多期点云数据叠加分析，得出边坡变形情况。

将三维激光扫描技术引入到岩土地质工程和边坡变形监测中，大大降低了测绘人员的劳动强度和安全风险，消除了测绘过程中的人为因素误差， 提高了工作效率。而且三维激光扫描技术所获取的数据完全覆盖了整个边坡表面，能全面真实地反映边坡形变情况，成果也更加翔实准确，在指导安全施工、验证设计理论以及地质灾害预报等方面都具有重要作用。

2.3 三维激光扫描技术在旧城改造测量中的应用

我国是一个历史悠久的国度，城市发展在不同的历史时期，有着不同时期的历史文化。通过几千年的积淀，不同的城市也呈现出了不同的建筑风格。在新时代的城市建设中，尤其是对于具有历史文化价值的特殊建筑群体，一般都予以保留或者保护性开发。那么，如何让新城旧貌安全和谐共存便成了当前城市建设者们要解决的矛盾。

在当前旧城改造工作中，三维激光扫描技术对于复原古建筑和老旧建筑的改造，显然是最先进的首选手段。以下就三维激光扫描技术在合肥市三河古镇景区沿街立面改造测量中的应用实例，略说一二，以彰其比常规测绘手段的优势。

合肥三河古镇是国家AAAAA 级景区，因存在建筑年久失修、分区不明、店招杂乱等问题。为了消除安全隐患、满足游客要求、提升景区整体面貌。景区管理部门决定对景区内主要街道沿街建筑进行改造。在沿街建筑立面改造测绘中应用了三维激光扫描技术。

测区道路长度约2.8 公里，扫描测量对象为道路两侧的建筑物。本次使用设备为组合式地面激光扫描系统。

使用组合式地面激光扫描系统进行测站扫描，为保证扫描精度，架站点的布设原则上要保障相邻站点间通视情况良好、扫描设站数最小、扫描内容和范围最大、冗余数据最小。因此采用后视定向，递进发展，按顺序一站一站扫描。

外业数据采集完成后，将数据导入工作站，对点云数据进行纠正、拼接、去噪等处理。

将处理好的点云数据导入成图软件，通过人机交互绘制建筑立面图，最后按照要求整理出成果资料。该项目共设置架站点140 个，采集激光点云数据25.7GB、采集现场照片735 张、制作建筑立面图46 栋，现场实测门窗尺寸与激光扫描系统成果校核精度优于0.03m。整个项目自进场测绘至成果提交验收，用时5 个工作日，真正做到了快速、精准、高效。

3 结语

三维激光扫描技术作为一种新的测绘手段，获取数据快速全面、精准客观、作业方式自动化程度高、效率提升显著。已在工程测量乃至整个测绘领域得到广泛的应用。随着5G 网络的普及，海量空间数据的传输处理及应用有了强大的通讯基础保障。伴随人工智能的快速发展和成熟，测绘技术+三维激光扫描技术……作为一种全新的技术组合形式将日臻完善，无论在智慧城市建设还是在科研生产等领域都将大有可为。

图1 立面点云及立面图