三维激光扫描测量技术在工程测量的应用

孙逢祥

摘 要：随着我国建筑业的不断发展，建筑工程的建设规模和建设总量不断扩大。测绘工作作为建设工程施工中的重要工作环节，直接影响施工质量和整体安全性。因此，施工单位必须合理应用施工测绘技术，全面提高施工测绘工作的精度。三维激光扫描技术在建筑测绘中的有效应用，可以有效地弥补传统建筑测绘的不足，为我国的相关工作开展提供帮助。

关键词：激光扫描;测绘;建筑

引言

目前，三维建模技术主要分为3种：人工建模，倾斜摄影建模和激光雷达建模。人工建模方法模型效果较好，但其制作需要大量人力和制作周期，适用于小范围、特定目标的三维建模。三维激光扫描技术的优势在于以激光为介质，可以实现无接触测量，通过计算激光的反射时间确定距离，并且通过多点测量可以获取多个点位数据信息，进而构建三维模型，这对于建筑工程施工活动的开展具有重要的参考价值，可以有效确保施工活动顺利进行。

1 三维激光扫描技术和地籍测绘简介

该技术是一种全自动扫描技术，精度高，能在短时间内采集物体表面的连续三维坐标和相应的图像数据。基于此，这种技术通常被称为真实场景复制技术。属于测绘领域技术应用的再创新。与全站仪和GPS测量技术相比，三维激光扫描数据信息的采集效率更高，其采样点相对较大，可以全面防止原始测量点数据在应力分析中的片面性和局限性，即解决点带面分析的缺点;与近景摄影测量方法相比，该技术虽然不能建立连续的三维模型，但工作效率高，后续的数据处理工作也非常简单。它可以在短时间内建立测绘的三维数据模型，具有很好的应用前景。由于激光扫描三维数字化测量技术是在原有测量技术的基础上发展起来的，借助激光扫描仪可以高效地采集点云数据，将野外工作转化为内部工作，大大缩短了野外工作时间。同时，也有效降低了劳动强度，有助于全面提高工作效率。

2 应用优势

与以往的测量技术相比，三维激光扫描技术具有更现代的特点。它能有效地利用该技术实现自动校正，且受时间和空间的约束较小。该技术可以采用非接触式扫描方式，不采用反射棱镜，直接实现对采集目标的三维扫描，从而获得相应的建筑数据。采集过程由扫描设备自动完成。此外，在使用三维扫描技术时，还可以超出实际测绘范围，从而保证获取数据的完整性和有效性。在进行相关扫描工作时，不需要绘制或测量测量范围，只需要在整体工作中进行部署和安排，以完成相关任务。三维激光扫描技术的应用可以利用扫描的光束来检测自身发送的激光信号是否能够正常获取建筑物的相关位置信息。这样，在相关扫描过程中就可以不受环境和建筑物遮挡因素的约束。三维扫描技术可以更快、更准确地获取云数据，并对建筑物测量及相关目标进行高密度数据采集，从而提高数据分辨率，减少测量过程中的遗漏。

3 建筑测绘工作中三维激光扫描技术的具体应用

3.1 外业数据采集

外业数据采集属于非常关键的部分，它能够实现内业数据的有效拼接，以及促进点云由工程坐标系发展到地方坐标系。外业控制测量应借助GPS网络RTK，对控制点进行科学设置，同时在这一过程中，应确保控制点同扫描站处于通视状态且各个控制点的距离为100 m。针对激光扫描作业来说，应有效增强数据的全面性，并且对数据量进行科学把控，在这一过程中，应保证采样的科学距离。

3.2 设置站点

在使用三维激光扫描技术的实际操作过程中，所采集的扫描数据由站接收的数据进行收集和分析。因此，在实际运营过程中，车站的设计必须考虑地形和环境因素。大多数台站主要设置在高原或视野开阔的地区，可以保证在测量过程中不受地形影响。跟上地图，为登记区域设置控制点，然后在车站设置的控制点上进行调平。由于使用三维激光扫描技术所使用的坐标系是独立的，因此在实际运营过程中，车站的设计需要根据旅行路线进行设计，以确保不同车站之间的数据传输和数据的收集整理，防止数据混淆。

3.3 内业数据处理

点云数据拼接，应采取反射片方法完成，其拼接精度在5 mm以下，关于部分扫描站，能够开展选点拼接，不过当拼接结束后，还需开展平差计算，其拼接精度应小于等于5 mm。在坐标系转换方面，针对所设的控制点，要求其精度小于等于1 cm。当数据转换结束时，才能制作测量成果，结合点云数据，构建比例为1∶500的地形图，在这一过程中，通过点云数据代替全站仪测量数据。无论是地坪测量，还是建筑物测量和附近关系测量，甚至自身高度测量，都能够依托于点云数据实现量取，也可以借助模型量取。充分结合点云数据，还能够获取与建筑物有关的资料，比如平面图，借助点云数据进行绘图，能够保证图形的直观效果，确保其精确性。

3.4 基于ICP算法多源点云数据配准及融合建模

数据配准是将处于不同的空间坐标系的点集转换到统一的坐标系中，即计算出2个空间坐标系的旋转变换关系。这里采用手动粗配准与自动精配准结合的方法进行点云配准。精配准采用的是ICP点云匹配算法，而ICP算法的配准效果与点集的初始位置有很大的关系，因此不能直接用于点云精配准，需要利用其他手段进行粗配准之后才能得到较好的效果。ICP的基本原理是：首先获取两个点集的特征点，通过建立特征点间的对应关系解算出两者之间运动参数，利用求解出的参数进行数据配准。最后，将直升机倾斜摄影影像与配准之后的激光雷达点云数据同时导入Context Capture三维建模软件中，利用该软件生成城市实景三维模型。基本三维加密完成后，将激光点云数据作为控制基准，再次调整上一步生成的三维加密点。利用点云的几何特征提取相应的特征点，从而计算出相应的旋转平移变换矩阵。最后，将与图像匹配的稀疏点云和机载点云嵌套在一起，细化图像在拍摄时的空间位置和姿态。

4 三维激光扫描技术的未来发展趋势

在今后三维激光扫描技术可以运用在建筑文物的修复中，通过三维激光技术进行扫描，获取建筑信息从而建立可测量的立体建筑图像。避免在测量建筑物体时使建筑受到损坏，在当前的应用背景下三维激光扫描技术的应用领域逐渐开始涉及到文物保护中。该技术可以采用高密度点云数据结合所获取的彩色图像信息對建筑物的表面结构进行立体式的反映。构建三维模型为建筑和文物的修复提供一定的参考和数据。逆向工程指的是在依据已经构建的修复模型基础上，开展对实物的测量。根据测量的信息，指导数字模型生成。以往的测量方法不能完全适用于当前的建筑测绘工程需要，所以必须进行加以改进三维激光扫描技术。也可以快速和准确地获取建筑物的参数信息，同时也可以准确地扫描已有的建筑模型，对三维点云数据进行分析，重构建筑模型。。

结束语

综上所述，通过三维数字化技术的实际应用，可以完全实现测图点的定位，在短时间内采集到大量的测图点参数信息。可实时采集测量距离和角度的测绘数据。为相关工程设计和施工人员提供更准确的施工坐标参数，整体测量效率较高。有效优化测绘人员的工作效果，为建设项目的建设打下了良好的基础。

参考文献

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