工程测量中地面三维激光扫描技术的应用分析

单鹏

摘要：三维地面激光扫描在工程测量中的应用越来越广泛，特别是在三维建模、道路测量、地圖测绘以及土方工程的计算等方面具有十分明显的应用优势。因此技术人员要准确掌握三维地面激光固定式扫描技术的应用方法和工艺流程，充分发挥该技术的特点，提高工程测量的精确度。同时随着我国科学技术水平的不断提高，三维地面激光的移动式扫描技术的研发应用也逐渐成熟，具有广阔的应用和发展前景。

关键词：地面三维激光扫描技术;工程测量;应用

一、引言：

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。

二、地面三维激光扫描技术介绍

地面三维激光扫描技术是信息科技化时代的一门新技术，最先是在国外研究开发而成的。它主要是以三维激光扫描仪作为主要仪器设备，根据激光测距的基本原理，运用扫描镜、伺服马达设备，根据既定目标要求对相关的领域进行扫描定位，从而按流程获取三维坐标和纹理信息，进而体现三维场景。三维激光扫描技术是一项系统的流程，通过进行准确定位、测量、记录、计算然后上传从而完成整个扫描定位过程。根据扫描空间的不同，具体可以分成地面激光扫描技术和空中激光扫描技术，在国外很多国家三维激光扫描技术应用领域比较广泛，应用在船舶、航天航空、建筑业、军事、医学、交通、汽车、考古等多方面领域都有所涉及和应用，国内的话主要在考古和工程建设方面应用比较多，比较常见。由于空中激光扫描技术都有固定的领域、模式和应用途径，所以本文主要研究地面激光扫描技术，其实操作流程非常简单，主要是运用水平与垂直的全自动高精度进行扫描，进而根据具体原理和测算公式画出明确的三维坐标，从而实现和真实情况相一致的虚拟三维模拟场景。地面型三维激光扫描技术主要组成部分是三维激光扫描仪、数码相机、内部控制软件等组成。

三、地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用分析

（1）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。

（2）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。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。

（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，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。

四、结束语

在地面三维激光扫描技术的应用当中，现阶段已经能够运用该技术对复杂地形进行精密的测绘工作，在此技术的支持下越来越多的工程也应用到了原本技术手段不能实现的区域。随着技术的不断发展，在地面三维激光扫描技术应用当中的设备也会不断地随之完善，逐渐成为能够被广泛应用，适应各种复杂地形的成熟测绘技术，在未来工程建设当中发挥出重要的力量，也使得工程测绘更为全面和精确。

参考文献：

[1]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.

[2]戴升山，李田凤.地面三维激光扫描技术的发展与应用前景[J]. 现代测绘. 2009（04）

[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.

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