三维激光扫描技术在道路工程测量中的应用

三维激光扫描技术在道路工程测量中的应用

张迪

沈阳市勘察测绘研究院有限公司 110016

摘要：随着科技的发展，道路工程测量主要是对工程位置和高程进行测量，之后对测量数据进行分析，为工程施工提供依据，进行施工图纸以及施工方案设计，为工程施工奠定数据基础，三维激光扫描技术子在工程测量中应用，能够使施工设计数据更加完善，有利于保证工程整体质量。三维激光扫描是根据激光的特性进行扫描，具备方向性、单色行、高度性、相干性等特点，能够为工程测量提供帮助。三维激光扫描技术也获得了更好的发展，并在道路工程测量当中展现出了巨大的应用优势，能够保证道理工程测量数据的准确性，有利于保证道路工程质量，促进道路工程行业获得发展。

关键词：三维激光扫描技术；道路工程；测量；应用

引言

我国道路工程质量问题在经济迅猛发展背景下广受关注。而为有效保障道路工程质量，就要在施工开始前对道路工程进行合理测量。处于网络信息技术高速发展的时代中，道路工程测量新技术逐渐得到开发与应用，三维激光扫描这一新兴技术开始走进视野，且在实际应用中取得良好成效。传统道路工程测量方式测量效率较低，不仅测量密度精度不高，且对于测量人员而言工作强度较大，三维激光扫描技术的应用不仅能将数据进行立体化处理，还能空间描绘被测对象区域，最大程度上保证数据精确，使其具备较高参考性，可谓优势众多。

1三维激光扫描的组成与基本原理

三维激光扫描系统主要由扫描系统、控制系统和计算机系统三部分组成，其中扫描系统主要包括激光测距模块和激光扫描模块；控制系统通过计算机总线控制扫描模块和测距模块来保证扫描工作的正常进行；计算机系统通过系统指令的方式方法来控制仪器的工作，并将测量数据进行存储。三维激光扫描仪通过高速转动的马达来使扫描头部转动，与此同时激光发射器发出激光，激光经过待测物体表面反射回到扫描系统，被扫描系统中的激光接收器接收，激光接收器根据激光反射回来的水平向扫描角度α和竖向扫描角度β、激光束从发射到被接收的往返传播时间ｔ、信号强度等信息，由往返时间ｔ求出扫描仪到目标物体之间的距离Ｓ，再配合扫描仪自身的位置信息，就可以反演得到目标物体表面的三维坐标信息及反射强度信息等。

2技术优势

三维激光扫描技术之所以能够在工程测量中被广泛应用，主要因为其融合了多种测绘仪器的功能和先进的技术手段，具有较强的应用优势，从而使工程测量水平获得提升。三维激光扫描技术在工程测量中应用，能够提高工程测量工作效率，测量速度大约在0.5m/s以上，如果工程项目较大或者是工程项目工期较短，利用三维激光扫描技术进行工程测量能够保证工程在工期内顺利完工；三维激光扫描技术可以同时对多个测量点进行测量，并且能够保证测量物体信息的全面性，适合较为复杂或者是作业面积较大的工程项目中进行应用；三维激光扫描技术可以设置不同测量点之间的间距，可以适应不同工程测量的要求；测力量结果较为准确并且较为全面，可以获取任意物体断面激光影响；测量所得出的结果可以为工程多个方面进行参考，具有较强的参考价值；应用三维激光扫描技术进行工程测量工作测量，测量人员可以不直接与测量目标进行接触，并且对于物体不会产生损伤，能够应用于危险性较强的工程测量位置，保证测量人员额人身安全。很多工程测量工作需要在较为危险中的环境中展开，三维扫描技术能够无接触开展测量工作，可以降低工程测量人员工作的危险性，三维采苗技术所应用的仪器，可以由工程测量人员自由调整位置，且测量所产生的误差较小，能够根据测量需要确定测量地点，可以保证工程测量的灵活性。

3道路工程测量中三维激光扫描技术作业流程

3.1测量准备

在道路工程中应用车载三维激光扫描技术进行道路测量前，要做好准备工作，其中包括两项内容，一为合理选择基站位置，二为科学规划测量路线。

确定基站位置。通常而言，三维激光扫描范围十分广泛，但与道路工程所涵盖的道路面积相比，还是非常有限的，而且由于三维激光扫描仪与扫描对象之间具有夹角，会为空间测量结果分辨率带来一定影响，加之道路工程位于室外，对其测量属于室外作业范畴，而道路周围植被覆盖、地质地形、水文情况等都存有差异，多少具备一些激光无法穿透的障碍物，所以难以对整个道路工程做到一览无余。在确定测量基站位置时，要在道路工程中央处寻找视野开阔区域，且确保附近没有遮挡物，进而在此处完成测量基站的架设工作。

3.2数据采集

数据采集主要是应用车载三维激光扫描技术对扫描对象外观数据进行采集，其中包括对象长宽高、面积及体积等信息。在进行数据采集前，要先将车载系统静置一段时间，通常为5min~10min，确保惯性导航系统处于初始化姿态。在完成初始化之后，要应用车载系统进行定速巡航，同时将巡航速度保持在20km/h。如果巡航速度过快，测量数据会出现不连贯问题，可能导致遗漏重要地势变化与道路状况现象的发生，为后续工程施工带来麻烦。而如果巡航速度过慢，又会致使测量数据过密，造成点云数据量过大，这在室外作业环境、条件较差的情况下，会使数据传输、数据储存等存在一定难度，甚至造成误差，而且，过于庞大的数据量还会进一步加大后续处理工作的复杂程度，从而导致整体工作效率下降。所以在对道路工程进行实际测量时，要合理调整车辆速度，有效保证数据合理，具备良好连贯性。在数据采集工作开展中，要注意在车载设备启动前打开测量基站，对道路工程测量全程进行同步观测以获得观测数据，同时利用此数据对车载GPS采集三维坐标进行后差分，从而确保最终三维点云成果具备较高坐标精度。

3.3数据处理

数据处理主要是对测量对象中车辆、行人、树木以及环境情况等相关数据进行处理。在这一过程中，要结合实际要求剔除无用的信息部分，筛选出有用信息加以分析与探究。数据处理工作可具体分为两步，一是数据预处理，二是数据后处理。

数据预处理。对扫描后点云数据进行预处理时主要包括两项内容，一为定位定姿系统（POS）解算，二为点云融合解算。其中前者主要对基站数据、惯性导航系统数据以及车载移动站GPS数据进行组合解算，将精度较高的轨迹数据输出来，进而用此数据融合轨迹与点云数据，以获取精度较高的点云数据。后者主要结合各传感器时序与位置参数，来配准与融合车载三维激光扫描系统所记录的各传感器测量数据，以还原测量目标三维几何空间坐标，并呈现其属性。

数据后处理。对车载激光扫描数据进行后处理时主要包括三项内容，一为点云分类，二为特征线提取，三为地形图绘制与横纵断面制作。其中，点云分类具体是对抽稀后的三维激光点云数据实施粗分类、自动分类以及精分类，并对地面点、非地面点以及横纵断面所需地物特征进行精准判断，比如道路中央绿化隔离带、行车道路两侧边缘路肩等，从而减少数据冗余，防止测量结果受到道路两侧、植被、护栏以及顶部架桥等处点云数据的干扰，为后续道路工程横纵断面处理工作的开展打下基础。纵横断面是利用道路标高数据，采用人机交互的方式，设置提取参数，先自动化提取，后依据逐桩里程，提取断面数据，在地形起伏较大的区域进行适当加桩，从而构建道路横断面。

结语

总而言之，在道路工程测量中应用三维激光扫描技术，不仅可以提高测量精度，同时也可以避免工程测量中工作人员发生生命危险。因此，在道路工程实践中，需要加大力度研究该技术，更好地提高工作效能，助力我国工程事业良好发展。

参考文献

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[3]张涵.工程测量中地面三维激光扫描技术的应用分析[J].技术与市场,2021,28(04):103-104.