三维激光扫描技术在工程测量中的应用

三维激光扫描技术在工程测量中的应用

武兴盛

西安华泰测绘工程有限公司，陕西省西安市 710000

摘要：传统测量方法受采集手段的限制，存在采集速度慢、采集点数据量少、不能全面反映隧道的真实情况等缺陷。随着激光扫描仪技术的发展和进步，其在精细三维数据建模方面具有数据精度高、采集速度快的优势，已被逐步应用到工程测量的多个领域。本文主要分析三维激光扫描技术在工程测量中的应用

关键词：三维激光扫描技术；工程测量；定位

引言

随着测绘专业的不断发展以及各领域科技水平的不断进步，越来越多的新技术、新方法投入到了测绘工作当中，三维扫描技术在测绘工作中的应用现已起步，该技术运用激光测距原理实现测绘点定位，可以在短时间内采集大量测绘点位的距离和角度，实现海量点位坐标采集，具有高效、准确等诸多优势。

1、三维空间数据采集技术的主要特征分析

1.1观测目标的动态化

传统的测绘技术常常在模拟地形图上构建终点，只是对数据进行了简单的处理，因此得到的测量数据和信息精确程度不高。而目前的三维空间数据采集技术在收集和处理数据上有了更高的要求。该测量技术不仅适用在土木工程领域也适用在工业生产领域。采用三维空间数据采集技术可以对目标内的一切运动物体以及相关性的特性指标等进行检测。

1.2数据测量的实时化

现代的三维空间数据采集技术在数据测量上具有实时化的特点，与传统的数据测量技术存在明显不同，传统数据测量技术测量数据的滞后性较为严重，尤其在外业观测数据的测量处理时，滞后性问题较为严重，具体表现为观测到获取三维目标两者之间存在明显时差。滞后性的特点难以促使传统数据测量技术使用在自动化生产线的检测、现代电机配套安装以及军事作战等领域。上述领域均需要获取实时的测绘数据，而现代的三维空间数据采集测量技术正可以有效解决上述问题，弥补了传统数据测量技术的不足，可以实时、准确的构建三维空间目标。

2. 三维激光扫描测量技术的特点

2.1具有较高的数据采样率

三维激光扫描测量技术不管是采用脉冲激光工作原理还是时间激光工作原理，这两种方法的扫描采样点速率可以达到数千点每秒，在远距离数据采集中非常适用。而采用相位激光工作原理的三维激光扫描仪采样点速率可以达到数十万点每秒，可见地面三维激光扫描测量技术数据采样率是非常高的。

2.2非接触测量方式

非接触测量是地面三维激光扫描测量技术的显著特点。该技术可以对扫描目标物体不加任何处理，直接在物体表面获取三维数据。该数据采集方式有较强的可靠性，尤其是在危险目标和恶劣环境扫描时非常适用。

2.3扫描光源可主动发射

地面三维扫描测量技术在获取目标物体的空间信息时，可以主动发射扫描光源或者激光，并对自身发射的激光回波信号进行探测。因此地面三维激光扫描测量技术可以不受时间、空间以及扫描环境的限制，可独立完成主动发射扫描光源的任务。

3、三维激光扫描技术在工程测量中的实际应用

3.1绘制地形图

绘制地形图的主要过程是在点云数据处理的基础上确定特征特征特征，从而创建多层组合的地形图。首先提取土壤的特征点。在扫描的图像中，查找具有区域内电线杆、房屋一角和高大树木等特征的点。固定图征后，必须将其汇出并使用数位插图软体绘制。接下来，查找等高线。在这种情况下，您必须萃取已测量的点云资料、将已编辑的点云资料与大型比例尺数位测量软体结合，并使用软体的自动产生来建立等高线。最后，优化等高线。通过添加和调整已识别的等高线和地形图来提高等高线的平滑度和完整性。若要执行此作业，请使用手动编辑完全复叠地形和拟真图形。使用此技术可以减少在野外工作时的困难和艰苦工作，同时提供更精确的地形表现法，但在处理点云资料时，地形表现法的结果非常冗馀。

3.2计算计量

使用3D雷射扫描器技术计算体积时，您必须先建立日期，在收到点云资料后将其与座标系统结合，执行最小平方计算，提高资料的精确度，然后将高程资料与点云资料的实际范围结合，以建立日期。与各种设计资讯一起使用时，日期的造型通常取决于高程，并且也存在地形等类型。接下来，您需要清理地形图中的非地形数据，尤其是地形基础设施和植被。清理方法使用平均面积迭代并重复多次，直到清理地形构造以获取日期数据。最后，合并完成的日期以创建三角网曲面，将三角网数据与坐标合并，创建数字模型，并根据模型中的相关数据计算挖方体积和填方体积。.但是，3D激光技术可提供较高的数据精度、较少的时间和显着提高的生产率，从而确保土方工程计算的准确性。测量时，您必须先建立一个日期，以使设计专案的座标系统与实际资料相符。这使您可以创建从基础模型中减去并最终获得精确体积数据的三角化模型。三维激光扫描仪在土方工程计算中起着重要作用，因为它打破了传统的测量技术，使误差得以避免，大大提高了建筑工程的效率，降低了成本，为建筑工程带来了经济效益。

3.3工程测量上的应用

地面三维激光扫描测量技术可应用在土木工程的测量上，土木工程建设涉及的内容较多，包括桥梁工程、道路工程以及隧道工程建设等。不管是何种工程在开展前期都需要做好施工前的准备，获得精确的地形图。此外，在工程施工的中后期还要构建三维模型作为分析施工所在地地质和环境的依据，指导工程建设的顺利开展。在地质方面应用地面三维激光扫描技术可完成地质调查、地质编录、地质露头、边坡安全检测以及地质环境监测等工作。地质工作中借助该技术的精确性、非接触性以及安全高效性可以获取更为准确的目标三维坐标，构建三维模型。此外，在测量较为复杂的工业设备和高压输电线路时，也可使用地面三维激光扫描测量技术，利用该技术规划和设计管线，以便后期对管线的维护和替换。在该技术的支持下可生成更为精确的3D模型，为将复杂的工程项目转换为可视化的三维模型。

3.4文物保护上的应用

文物保护工作具有较强的特殊性，复杂程度较高。文物因为历史年代悠久的原因，在很多情况下要求文物保护工作人员不能直接接触，因此在文物测量上需要采取地面三维激光扫描测量技术，依靠该技术的非接触测量特点，构建精细化的文物表面模型。利用该技术可在任意位置对文物进行测量，并提供修复和恢复文物的数据。三维激光扫描测量技术的不断发展，促使其使用范围也越来越广，尤其是在工程测量中具有明显的优势。

结束语

与其他测量方式一样，三维激光扫描仪获得的数据的实际精度也受环境条件制约和影响，在测量过程中必须进行有效的控制和筛选才能得到理想的数据。三维激光扫描技术虽然精度高、数据获取速度快，但数千万乃至上亿个点的数据对计算机硬件、软件处理能力都提出了更高的要求。

参考文献：

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［5］朱清海．基于EPS2008的地面三维激光扫描技术在隧道测量中应用研究［J］．城市勘测，2015(1):133－136．