地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用高磊

地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用高磊

高磊

新疆维吾尔自治区有色地质勘查局701队新疆昌吉831100

摘要：测绘是建设道路工程十分重要的环节，一般在测设中运用地面三维激光扫描技术进行测绘，能够保证获取精准的测绘目标空间信息。测绘的过程中应用地面三维激光扫描技术能够较快的采集和处理数据信息，节省了人力物力资源，同时保证了经济和安全性，符合道路工程设计的需求，发挥十分重要的作用。本篇文章针对道路工程测绘应用地面三维激光扫描技术进行分析和研究，以下的观点仅供参考和借鉴。

关键词：地面三维激光；扫描；道路工程；测绘

引言：地面三维激光扫描技术使道路测绘方式产生了变化，从单点测量转变为面测量，能够连续不间断的采集信息，实时显示三维数据信息，保证了工作的效率和质量。地面三维激光扫描技术分为静态和动态两种，都能快速采集道路工程信息，同时不受到交通管制的限制，对交通产生的影响比较小。一般情况下，验收道路工程时需要对道路坑洼点、局部路面平整度以及关键路段起伏等具体情况进行明确。道路测绘中能够构建实地模型，运用地面三维激光技术实现了现场扫描物体，同时保证了测绘的精准度，在道路工程建设中能够更好的运用三维坐标、具体反射强度以及色彩信息。

1地面三维激光扫描分类和工作原理

（1）地面三维激光扫描系统根据测量方式分为固定和移动式扫描仪。这两种扫描仪和全站仪有着显著的差别。固定时扫描仪采集云数据，只采集部分离散的单点三维坐标，因此采集和扫描的范围十分广阔，具有野外操作能力，在复杂的室外环境中也能采集到比较准确的信息。移动式扫描仪由全球定位系统、固定式扫描系统和惯性导航系统构成，运作的基础是车载平台。（2）三维激光扫描技术工作核心原理为激光测距过程以及三维激光扫描过程，即不断重复采集具体数据以及处理数据的过程。

2地面三维激光技术在道路工程测绘中的应用

2.1扫描道路

精度较高的数字地面模型是由各个精度较高、密度均匀的不同表面扫描点构成，因此每一个测量点的精度和密度都十分重要。地面扫描仪通常架设在地面，高度保持在1.6~2.0m，要保证测量路面和激光束处于水平状态。仪器测量的方式和中心投影相比，应用极坐标方式。理论上来说，测量路面和激光束如果处于垂直状态，那么固定水平步进以及垂直步进就能够获得规则扫描格网。假设测量路面和激光束处于倾斜状态，那么设置后就会形成变形扫描格网。因此在扫描道路的过程中，受到测量路面和激光束的影响，会产生以下几个方面的问题。(1)导致测量点密度不均匀。接近仪器的区域，扫描点越发密集或者特别稀疏。距离的变化会导致测量点的密度之间存在较大差异。(2)导致外业时间延长。脉冲式扫描速度较为缓慢，在扫描的过程中，不能同时扫描近处和远处，因此扫描点之间的密度差异较大。要保证测量点之间的密度均匀，应该采用分块扫描的方式提升工作效率，运用距离控制法以及时间控制法划分不同区域模块，保证测绘的准确性。

2.2确定具体扫描块

扫描点的精度和密度与工作的效率息息相关，因此在扫描的过程中应该确定具体的扫描点所处区域。一般情况下，为了区分不同功能道路，在路面上设置了分道线，同时道路两旁进行了防护栏和路灯杆的设置，按照一定规律分割设备。这是比较好的参照标志。仪器通常架设主道两侧人行道以及路边花坛中，这是为了更好的测量部分区域，避免对日常交通产生一定影响。

2.3采集外业数据信息

2.3.1布设以及测量标靶和各控制点

采集外业数据信息的过程中，运用三维激光扫描仪也会受到一定限制。当扫描仪和扫描目标的夹角产生了变化，空间分辨率也具有一定差异。空间分辨率会和夹角产生同向变化。从扫描距离上来说，不同测量点的精准度也不一样。除此之外，在测绘的过程中容易出现障碍物影响扫描达到情况，为了更加有效的拼接测站具体测量数据，需要按照扫描仪测程，于相邻测站重合部位，设置超过3个不规则标靶，便于供点云进行拼接，可以通过GPS或全站仪来测量控制点具体平面坐标。

2.3.2保证适当的采样间隔

合适的采样间隔是十分重要的。如果采样间隔过大，对于后期处理信息的精准度会产生一定影响；但采样间隔过小会导致采集点云数据量庞大，不利于后期数据信息的传输和保存。当具有较为良好的通视条件时，要保证各站扫描距离处于30~50m，确保相邻测站间存在点云重叠区域。当通视条件较差，需要增设扫描站数，直到完成所有测量目标的扫描。

2.4处理内业数据信息

外业扫描得到了较为庞大的三维点云数据，同时也包括树叶、车辆以及行人等无用数据。这些无用数据属于噪声数据的范围内。针对庞大的测量点云数据需要经过一定程度的处理才能进行运用。由点云形成测绘成果需要经过点云拼接、进行数据滤波、实行数据抽隙、进行虚拟测量、利用DEM建模以及生成具体纵横断面图的过程。

2.4.1点云拼接

通过排列和测量每个控制点的特定三维坐标，将点云通过拼接放入平面坐标系中。使用在测量点的重叠位置处设置的不规则目标，将从测量站上的扫描获得的特定点云数据拼接在一起，这是点云拼接过程。

2.4.2数据滤波和抽隙

数据过滤指的是通过数据采集和数据处理来消除现有的噪声数据。与有用的数据点云相比，噪声数据是稀疏的，不规则的和不连续的。此功能有效地消除了噪声数据。如果收集的特定点云数据和本地数据对于道路工程而言过于密集，则需要通过间隙进行数据处理，这也称为去冗余。

2.4.3平面虚拟测量

一般点云数据组成部分是很多三维信息点位，同时应该结合所拍摄的详细真彩色影像，其中前者可以确保表面模型数据，影像数据可以确保边缘以及角落信息足够完整以及准确。判读出该具体信息之后，利用常规测量地形图里面的图示将其表示出来，并且标注比例尺密度具体高程点信息和相应特征点具体高程信息，就可以获得所需地形图。

3某道路工程中的应用情况

3.1工程特点

实施道路工程的过程中，部分路段仍处于正常运营的状态中，车流量较大。为了避免对日常交通造成不利影响，在测量和扫描的过程中需要保证车辆没有断流。如果采用常规的测量方式，测量人员需要在行驶的车辆中进行高程点的测量，因此不能保障测量人员的基本安全。由于修建道路工程的过程中，工作量大，同时危险性较高，因此运用三维激光扫描仪测绘能够避免出现安全事故，同时保证精准测量。

3.2测量方式

测量区域和扫描点应该根据顺着公路最外侧设置的紧急停车带确定，对规定范围中的目标进行扫描，最后通过软件将扫描的数据信息进行拼接。拼接的过程中应该保证精准度，具体数据为拼接靶标的误差不能超过8mm，点云拼接误差不能超过10mm。对点云进行处理之后开始进行平面虚拟测量，构建数字地面模型，在模型中绘制道路边线以和中央隔离带等地物，对测量范围内建筑物的平面和高程信息进行采集。运用传统测量方式测量相同位置扫描点的高程，最后与运用三维激光扫描技术得到的数据信息进行对比，保证误差小于0.011m，符合规范性工作要求。

4结束语

由上文可知，地面三维激光技术具有测量信息准确、高密度的特点，因此能够清楚的描绘道路工程细节，为工程设计和验收工程提供参考的数据信息资料。依据路面扫描特点，对路面扫描测量具体控制方法进行合理的设计，从而有效控制扫描密度，减少外业时间。

参考文献

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[2]李发珍.地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用[J].装饰装修天地，2015，5（Z1）：438.

[3]陈楚江，余绍淮，明洋,等.精密机载激光扫描测量及道路改扩建设计[J].公路交通科技，2012，29（1）：43~47.