淺談地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

[摘要]三維激光掃描技術(shù)，也被稱作是實(shí)景復(fù)制技術(shù)，起源于上個(gè)世紀(jì)九十年代的中期，此項(xiàng)高新技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，是通過(guò)激光掃描，獲取大面積的被測(cè)對(duì)象的三維數(shù)據(jù)坐標(biāo)，為物體三維影像的建立提供有力的技術(shù)支持。本文通過(guò)對(duì)三維激光掃描技術(shù)的基本原理進(jìn)行總結(jié)，總結(jié)了該技術(shù)在工程測(cè)量當(dāng)中的具體應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]三維激光掃描技術(shù)；工程測(cè)量實(shí)現(xiàn)

由于三維激光掃描技術(shù)受到很多科研人員的青睞，使其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，作為一種新型式的測(cè)量工具，也得到了世界范圍內(nèi)的廣泛認(rèn)可。這種技術(shù)可以在測(cè)量中實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景重現(xiàn)，被譽(yù)為測(cè)量領(lǐng)域中新一代技術(shù)革命的體現(xiàn)者。

1、地面三維激光掃描技術(shù)的分類和原理

地面三維激光掃描技術(shù)有很多不同的測(cè)量方式，其中包括固定掃描和移動(dòng)掃描。對(duì)于傳統(tǒng)激光測(cè)量來(lái)說(shuō)，固定式激光掃描系統(tǒng)更具有創(chuàng)新性，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中更加滿足現(xiàn)實(shí)測(cè)量環(huán)境，保證測(cè)量準(zhǔn)確性。固定式激光掃描系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)，內(nèi)置數(shù)碼相機(jī)，后期處理制作等軟件組成，與傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器不同的是，固定式激光掃描不是通過(guò)單純的掃描離散三維坐標(biāo)，而是通過(guò)復(fù)雜的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集，速度快，準(zhǔn)確率高。移動(dòng)式激光掃描系統(tǒng)中，運(yùn)用了先進(jìn)的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，通過(guò)慣性導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)了與固定式三維激光掃描的組合應(yīng)用。

2、地面三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

在工程測(cè)量當(dāng)中，固定式三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在四個(gè)方向上，描繪地形圖，計(jì)算實(shí)際土方量，工程完工測(cè)量和三維建模。在工作流程上包括掃描準(zhǔn)備，數(shù)據(jù)獲取，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的匹配和數(shù)據(jù)處理四大部分

在掃描前的準(zhǔn)備工作中，要對(duì)實(shí)際測(cè)量環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)觀察，以確保在固定位置選取上安全合理。固定位置的選取一定要滿足以下條件，確保固定位置能將整個(gè)測(cè)量區(qū)域進(jìn)行涵蓋，保證數(shù)據(jù)全面收集，另外還要保證減少原始數(shù)據(jù)的影響，還要對(duì)特殊地形進(jìn)行全面拍照，方面后期的數(shù)據(jù)處理。

在數(shù)據(jù)的獲取，匹配和處理上，一定要保證對(duì)對(duì)工程整體的數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)分析，最終建立完整坐標(biāo)，而且在工程測(cè)量中，這種固定式三維激光掃描技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)應(yīng)用較為廣泛。

2.1在地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

在地形圖的測(cè)繪中，一定會(huì)遇到常規(guī)手段無(wú)法完成的測(cè)繪工作，比如說(shuō)懸崖，高山阻隔等等，對(duì)于這種區(qū)域，可以利用激光掃描技術(shù)，在不需要接觸的條件下，就可以完成相關(guān)工作。其中主要工作過(guò)程，都是在數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上來(lái)實(shí)現(xiàn)，提取相關(guān)地形特征信息，利用相關(guān)技術(shù)信息進(jìn)行重組編輯，就形成了人們所看到的地形圖。

2.1.1提取和繪制工作

這其中的提取指的是將地面的特征進(jìn)行有效提取利用地面三維激光掃描之后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多點(diǎn)提取，最后在系統(tǒng)中輸入大小比例，完成地面繪制工作。

2.1.2生成等高線

在實(shí)際的工程建筑中，一般受到地形不等高影響，使工程測(cè)量工作難以準(zhǔn)確進(jìn)行，比如說(shuō)植被的影響，再比如說(shuō)其它建筑物的影響，都會(huì)對(duì)最終結(jié)果帶來(lái)不準(zhǔn)確性，因此，在測(cè)量過(guò)程中，首先要將這些不等高因素剔除，通過(guò)收集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均面計(jì)算，然后再將離平均面最遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，反復(fù)測(cè)量幾次之后，可以獲得最終的等高線。但在這個(gè)過(guò)程中，被剔除的數(shù)據(jù)對(duì)于地形測(cè)繪來(lái)說(shuō)分布不均勻，而且電位密度也大，在這基礎(chǔ)上直接構(gòu)建三角網(wǎng)絡(luò)容易產(chǎn)生巨大誤差，讓等高線出現(xiàn)偏移，對(duì)繪圖造成嚴(yán)重影響。在這種情況下，要對(duì)地貌數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀，然后再進(jìn)行繪圖，保證等高線具有等高性。

2.1.3編輯成圖

由于等高線在繪制過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀，導(dǎo)致了等高線局部缺失或者扭曲情況，因此，在等高線處理過(guò)程中還需要與其他實(shí)際地物進(jìn)行比對(duì)，找出其中關(guān)系，然后在與等高線進(jìn)行圖形疊加，在細(xì)節(jié)上做人工調(diào)整，最后便可以進(jìn)行編輯成圖了。在地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用與工程測(cè)量中時(shí)，可為人類降低很多工作強(qiáng)度，還能對(duì)整體工程的實(shí)際環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)描繪，但是在數(shù)據(jù)處理上問(wèn)題很大，因?yàn)檫@種技術(shù)帶回來(lái)的信息量比較龐大，當(dāng)前技術(shù)中也不能實(shí)現(xiàn)信息的收集，編輯和成圖的一體化工作，使得工作效率無(wú)法進(jìn)一步被提高。

2.2土方量計(jì)算

在工程測(cè)繪當(dāng)中，土方量計(jì)算較為復(fù)雜，當(dāng)中使用的儀器較多，涉及到GPSRTK，全站儀，水準(zhǔn)儀等，還要通過(guò)測(cè)繪地表的高地不平的特征點(diǎn)來(lái)進(jìn)行三維坐標(biāo)的繪制，從而得到土方量計(jì)算結(jié)果。該方法在以前雖然常用，但是也存在明顯缺點(diǎn)，需要進(jìn)行大量的野外散點(diǎn)采集，導(dǎo)致工作量大，精確程度不高。但是通過(guò)加入三維激光掃描技術(shù)之后，以上缺點(diǎn)得到了很好的優(yōu)化。

2.2.1構(gòu)建基準(zhǔn)面

在點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理完成之后，一定要將數(shù)據(jù)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)移到工程實(shí)際坐標(biāo)當(dāng)中，在這個(gè)過(guò)程中，可以用二乘法來(lái)實(shí)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中要確保精度不受影響，一般在基準(zhǔn)面的構(gòu)建中，要選取一個(gè)固定的平面，但在一般的工程項(xiàng)目中，一般都是要求進(jìn)行構(gòu)建曲面。

2.2.2地物去除

在土方量計(jì)算過(guò)程中，如果基準(zhǔn)面上沒(méi)有植被或者有很好植被時(shí)，可以直接運(yùn)用數(shù)據(jù)處理進(jìn)行土方量計(jì)算，但如果存在大范圍的植被覆蓋，首先應(yīng)該進(jìn)行植被過(guò)濾，也就是地物去除，這里涉及的方法與上文類似，這里不做重復(fù)說(shuō)明。

總結(jié)：

三維激光掃描技術(shù)是目前工程測(cè)繪中最先進(jìn)也是最實(shí)用的技術(shù)之一，該技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)來(lái)說(shuō)可以起到補(bǔ)充作用，并實(shí)現(xiàn)在無(wú)接觸，高密度以及復(fù)雜地形環(huán)境中實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，提高了工程測(cè)繪的工作效率，發(fā)展前景比較大。但在目前實(shí)際情況中，三維激光掃描技術(shù)也存在很多不足之處，發(fā)展時(shí)間短，而且價(jià)格昂貴，對(duì)于一般中小型工程企業(yè)來(lái)說(shuō)，沒(méi)有太多經(jīng)濟(jì)去引進(jìn)這種技術(shù)，所以說(shuō)這種技術(shù)并沒(méi)有大范圍普及，而且在其他領(lǐng)域中也沒(méi)有得到更多的發(fā)展。但隨著科技的不斷發(fā)展和相關(guān)人員的不斷努力，相信在原有基礎(chǔ)上，三維激光掃描技術(shù)一定會(huì)得到更多創(chuàng)新發(fā)展，并在各個(gè)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值。