地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用分析

郭晓鹏 李哲

摘 要：若是使用传统意义上的技术手段来完成工程测量工作，那么不仅测量效率得不到有效提高，测量精度也得不到充分保障。随着社会经济的飞速发展，科技水平有了很大的提升，逐渐出现了一种新型的地面三维激光扫描技术，具有操作简便、测量速度快以及精度高等优点，已经被广泛应用到了多个领域。

关键词：地面三维激光扫描技术;工程测量;应用分析

中图分类号：P225.2;TU198 文献标识码：A

0 引言

近年来，随着科技水平的不断提高，三维激光扫描技术逐渐被应用到医疗、军事以及航空航天等诸多领域中，为人们提供了更加精确的数据支撑。对于工程的测量工作而言，有效保证所测数据的准确度尤为重要，如果采用传统意义上的人工测量方式，那么必定会出现巨大的误差，而通过对三维激光扫描技术的合理应用，不仅能增强施工方案的科学性，还能提高测量数据的精准度，为地面工程测量提供了极大的便利。

1 地面三维激光扫描技术的概述

1.1 技术原理

在正式应用地面三维激光扫描技术进行工程测量的过程中，操作人员可以控制激光扫描仪来对各点位实施扫描测距，通过向被测物体发射激光光束，将发射与接收激光的强度和时间差作为依据，合理匹配各扫描点的颜色灰度，不仅能保证激光测距的准确性，还能快速获得被测点位的空间坐标，并重复上述操作，对各点位实行三维的激光扫描。除此之外，还要将最终得到的测量数据和三维坐标值存储在云数据库抑或是配套数据库中，并对这些数据展开综合分析和优化处理，在此基础上完成三维影像、模型的构建[1]。

1.2 技术特征

通过对三维激光扫描技术的实际应用成效进行仔细分析，发现其具有数据采集率高、分辨率高以及精度高等特征。其一，数据采集率高指的是采用相位激光抑或是脉冲激光来达到三维扫描效果，能够在很短的时间里对整个扫描范围内数万甚至数十万点数据开展非接触式测量工作，数据信息的采集速度非常快，能有效缩短测量任务完成的时间。其二，分辨率与精度高是指系统能同时扫描多个点位，快速获取所需的数据信息，并对被测对象的造型结构、表面情况等进行精准评估，分辨率能达到2 mm～3 mm。与此同时，在实际的工程测量过程中，激光扫描系统拥有数据平差改正的功能，能优化处理各项数据信息，尽可能减少误差[2]。

2 地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用分析

2.1 数据采集和处理

众所周知，在开展工程测量相关作业的过程中，通过对三维式激光扫描技术的合理应用，不仅能采集诸多的外业数据，还能有效处理内业数据。其中，外业数据的采集内容主要包括数据扫描、平面与高程控制测量等;内业数据的处理则主要包括数据拼接、点云数据配准以及标靶三维坐标测量等。对于数据采集处理工作来说，由于受到诸多客观环境的影响，要想提高数据测量的准确度，就需要扫描获取更多的点位信息，这样才能全面、准确掌握被测对象的整体情况[3]。

然而在传统的工程测量环节中，采集到的点位数据拼接存在问题，难以将大量数据整合到一起形成一个整体。为了解决上述问题，可以使用三维激光扫描的方式，准确获取标靶信息，并在标靶的中心区域内完成两个站点数据的拼接工作。与此同时，将激光扫描仪当做坐标原点、采集点当做局部坐标，这样就能将采集到的所有点云数据放置在同一个平面坐标系中，便于导入相应的计算公式来获得站点坐标。

除此之外，测量人员可以依次进行平面、高程的控制测量工作，对标靶所在的三维坐标实行激光扫描，准确找到标靶的中心部位，并得到标靶的高度信息，充分落实数据抽样工作，掌握相关的规律，保证所选数据的参考价值，这样不仅能有效减少数据处理的工作量，还能提高工程测量的精度和效率。最后，需要将测量的数据导进相关软件，对其进行平差改正和处理。

2.2 测量绘制地形图

要想借助三维扫描技术来完成地形图的测量与绘制工作，那么就需要对被测点位实行激光扫描，分析和处理所获得的云数据，将那些无用数据剔除，这样才能更好的从余下数据中提取出被测对象的特征点，并对数据展开有效的编辑处理，从而绘制出准确的地形图。在实际测量绘制地形图的过程中，三维扫描技术的应用能降低地形地貌给测量精度和作业效率所带来的不利影响，能在提高测量结果准确度的基础上，快速扫描测量那些特殊区域的地形地貌，如悬崖、断壁等[4]。其中，地形图的测量绘制工作可以细化成以下几个部分：

第一，地物提取。在开展地形图测量绘制相关作业之前，测量人员可以借助激光扫描仪来采集被测范围内的地物特征点和点云数据，并将采样数据导入特定软件中进行处理，获取具有良好参考意义的地物特征数据信息。同时，要采用合理的方式来将地物数据输出到测图软件中绘制地物平面图，并构建出相应的三维模型。

第二，形成等高线，在正式的工程测量过程中，地面所分布的一些植物抑或是建筑物将会给测量效果带来巨大影响，难以获取到准确的地面等高线、地貌数据等信息。由此可见，需要相关人员根据项目的实际情况，合理使用平均面迭代等方法剔除采集数据中那些平均面距离较远、非地貌等点云数据，并重复迭代计算平均面，保证地貌数据的真实性和准确性。

第三，编辑成图。众所周知，在编辑成图的过程中，要考虑到剔除处理后剩下的点云数据存在分布不匀、局部密度小等特征，会在一定程度上影响到等值线的效果。所以，要对数据进行自動抽析，将处理好的点云数据导入到测图软件中，这样能快速形成等高线，实现全面、客观反映测区地貌的目标。与此同时，在实际应用三维扫描技术时，需要同时运行多个软件，因为单一的软件功能比较小，在导入导出各种点云数据和处理结果环节中需要耗费大量时间和精力，甚至还会存在数据丢失、无法读取的问题。由此观之，建筑企业可以研发出同时拥有数据采集和处理、编辑成图等功能的工程测量平台，这样能有效提高工程测量的成效。

2.3 土方量计算

以往在进行工程测量时，使用得最多的设备主要包括全站仪、水准仪等，由相关测量人员在野外开展测量工作，获取测区内各处地物散点的三维坐标，这种作业方式不仅无法提高工作效率，还不能保证测量的精度，无法客观反映出测区的地表情况，难以准确计算出土方量数值。而通过合理应用三维扫描技术，能简化野外测量流程、减少工作量，在确保测量精度满足相关标准的基础上，快速完成测量任务，为后续土方量的计算提供数据参考。其中，土方量的计算过程如下：

第一，基准面的构建。在完成测区内点云数据的采集工作后，还要对其进行合理的分析和处理，并将处理结果传入到相应的坐标系内，其中点云数据的转换精度以控制点与数据拼接的精度要求为准。工作人员要基于已知的测区边界与设计高程等信息，将基准面确定为固定化的高程平面，能准确切取各点云数据[5]。

第二，地物剔除。在使用三维扫描技术来开展工程测量工作时，很容易受地表各障碍物的影响，使采集到的点云数据中含有少量非地貌数据，若是没有采取有效措施将这类数据剔除，那么将会给土方量计算的准确性带来不利影响，这种情况下，相关人员就可以采用平均面迭代的方法，有效剔除掉点云数据中存在的非地貌数据。当然，如果测区范围内的植被、障碍物的分布较少，采集到的非地貌数据量不大，不会给土方量的计算结果产生较大影响，那么就可以简化地物剔除操作，直接进入下一阶段。

第三，DEM生成。在操作人员将非地貌数据剔除或者非地貌数据量较小的情况下，可以使用相关软件来构建三维数字高程信息与不规则三角网TIN模型。然后将基准面和高程信息模型做减法，计算出体积，从而获得测区土方的开挖量和回填量。

2.4 三维建模

在新时代发展的大背景下，操作人员可以应用三维扫描技术采集所需的点云数据，并在此基础上构建出配套的三维信息模型，创设出范围和尺寸合适的拟真场景，整个模型主要由诸多彩色三角网组成，而三角网面则由尺寸相同的分模块组成。与此同时，要对三维模型实行纠正缩放、边缘处理以及模型面片遮挡等操作，这样才能保证所构建的某型更加真实、规则。除此之外，操作人员要按照工程测量要求来选择精细化的三维建模方式，比如3dsmax建模、点云三角网建模等。其中，在使用前者进行三维建模时，要在获取准确点云数据的前提下，借助相关软件绘制比较规则的剖面，并将若干破面整合起來构建成规则模型;在使用后者进行三维建模时，需要根据实际的建模精度要求来确定点云数据的密度，保证三角网能在软件中独立运行，并在相应的三角网数据中融入充足的纹理信息。

2.5 工程竣工测量

在进行工程竣工验收的过程中，使用三维扫描技术能更好的测绘构筑物高程。比如，在开展道路工程测量工作时，使用此项技术能快速绘制出道路的纵横断图和样图，具体的测量步骤如下：基于点云数据的处理结果来完成坐标系的转化工作，从中获取有效的三维坐标信息，并在软件内生成相应的等高线，从而准确绘制出道路的纵横断图和样图。

3 结束语

综上所述，对于工程施工而言，工程测量是其中必不可少的一项内容，借助三维激光扫描技术来完成地面工程的测量工作，不仅能自动获取相应的地面数据，还能构建出三维立体式迷行，更好的满足建筑工程实景复刻要求，这样既提高了建筑、交通等大型工程的测量质量和效率，还在很大程度上减少了测量成本的投入，降低了工作的强度，促进了整个建筑行业的健康、稳定性发展。

参考文献：

[1]卓啟发.地面三维激光扫描技术在工程测量实践中的应用[J].建筑工程技术与设计，2018（29）：504.

[2]马星艳.三维激光扫描技术在地质测绘和工程测量中的综合应用探讨[J].中国房地产业，2020（11）：289.

[3]王鹏飞.地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用研究[J].数码世界，2018（5）：375-376.

[4]吴鹏，胡海峰，张鹏飞.谈地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用[J].低碳地产，2016（9）：312.

[5]霍文强.地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用[J].科技视界，2018（30）：228-229+237.