地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

邢偉

摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促進(jìn)了城市化進(jìn)程的加快，建筑工程行業(yè)的發(fā)展迅速，建筑工程項(xiàng)目在施工建設(shè)的過程中，施工水平不斷提高，工程測(cè)量技術(shù)也不斷先進(jìn)，工程測(cè)量中應(yīng)用的 地面三維激光掃描技術(shù)屬于新型的測(cè)量技術(shù)，屬于實(shí)景復(fù)制技術(shù)的一種，在工程測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠在以往的單點(diǎn)測(cè)量基礎(chǔ)上，對(duì)物體表面進(jìn)行三維掃描，建立云數(shù)據(jù)，獲得高分辨率和高精度數(shù)據(jù)后，建立數(shù)字地形模型，地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為明顯，本篇文章在此基礎(chǔ)上，主要對(duì)地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用方法、應(yīng)用作用以及應(yīng)用要求等進(jìn)行研究與分析。

關(guān)鍵詞：地面三維激光掃描 工程測(cè)量 數(shù)據(jù)分析 實(shí)景復(fù)制 模型

建筑工程行業(yè)在迅速發(fā)展的過程中，對(duì)于工程設(shè)計(jì)以及工程測(cè)量等提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，建筑工程項(xiàng)目的施工建設(shè)，受外界環(huán)境以及人工要素的影響，容易導(dǎo)致各種工程風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生，因而在工程測(cè)量中要使用先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備實(shí)施工程測(cè)量。地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用具有測(cè)量精度高和分辨率高等特點(diǎn)，主要用途是獲取高精度高分辨率數(shù)字地形模型 ，屬于高新技術(shù)的一種，在測(cè)繪領(lǐng)域中的應(yīng)用效用突出[1]。地面三維激光掃描是在激光高速掃描中完成工程測(cè)量，可以對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象表面掃描的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)予以高分辨率、大面積的快速獲取，對(duì)空間點(diǎn)信息能夠進(jìn)行大量的采集，并利用三維影像建模，因而具有測(cè)量主動(dòng)以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，關(guān)于地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)效性和應(yīng)用方法等均需要從實(shí)踐分析的角度展開研究與探討。

一、地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用分析

（一）技術(shù)原理分析

地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用主要是根據(jù)激光掃描測(cè)定距離值，并對(duì)步進(jìn)角進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，在使用地面三維激光掃描技術(shù)的過程中，確定目標(biāo)物后，對(duì)其目標(biāo)面發(fā)射激光，激光在發(fā)射出后碰到建筑物界面反射回來，激光從發(fā)射到反射的整個(gè)過程中，產(chǎn)生的時(shí)間差，可以計(jì)算出掃描距離[2]。利用地面三維激光掃描的時(shí)間點(diǎn)差，獲得三維坐標(biāo)，激光掃描過程是連續(xù)和快速的，因而可以得到若干三維坐標(biāo)，對(duì)這些數(shù)據(jù)值存儲(chǔ)在云數(shù)據(jù)庫中，并使用計(jì)算機(jī)計(jì)算和分析，綜合化處理后即可得到3D建模數(shù)據(jù)，形成三維影像。

（二）系統(tǒng)構(gòu)成分析

工程測(cè)量對(duì)于工程規(guī)劃和項(xiàng)目建設(shè)等具有重要的作用，工程測(cè)量的數(shù)據(jù)和結(jié)果等則能夠進(jìn)一步給工程設(shè)計(jì)以及施工方案的完善提供必要參照，先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用則能夠保證項(xiàng)目建設(shè)的合理性和規(guī)范性。工程測(cè)量中應(yīng)用的地面三維激光掃描技術(shù)，系統(tǒng)組成包括數(shù)字照片成像設(shè)備、地面三維激光掃描儀、云數(shù)據(jù)處理軟件以及其他的附件設(shè)備等。地面三維激光掃描儀發(fā)射激光，完成在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上完成數(shù)字成像，后期在軟件處理中對(duì)云數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和分析，綜合化實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變、編輯，最后三維建模。

（三）技術(shù)優(yōu)勢(shì)

地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用具有鮮明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，相較于傳統(tǒng)的工程測(cè)量技術(shù)，地面三維激光掃描技術(shù)先進(jìn)，并且能夠在三維形式的坐標(biāo)測(cè)量和分析中，完成數(shù)字建模。地面三維激光掃描技術(shù)對(duì)工程測(cè)量中存在的限制性問題也能夠集中克服，受時(shí)間限制較小，對(duì)全部的工程建筑物均能夠?qū)崿F(xiàn)空間掃描，獲得的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)也較為精確，另外，還可以在高精度的快速掃描中，及時(shí)獲取建筑工程項(xiàng)目的內(nèi)部細(xì)節(jié)特征，完成信息轉(zhuǎn)換后即可處理云數(shù)據(jù)[3]。

二、地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的基本流程分析

（一）數(shù)據(jù)采集

建筑工程項(xiàng)目在施工建造的過程中，完善工程測(cè)量工作，能夠?qū)ㄖ锏幕緟?shù)進(jìn)行了解，掌握建筑工程項(xiàng)目?jī)?nèi)部特征，使用地面三維激光掃描技術(shù)實(shí)施工程測(cè)量，需要做好數(shù)據(jù)采集的工作[4]。由于地面三維激光掃描儀具有中整平的功能，因而可以將地面三維激光掃描儀架設(shè)在已知點(diǎn)上，并在此基礎(chǔ)上完成外業(yè)的數(shù)據(jù)采集工作，最后獲得的云數(shù)據(jù)即為三維坐標(biāo)的點(diǎn)。使用地面三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)量，需要對(duì)建筑工程項(xiàng)目的周邊環(huán)境實(shí)施勘察，然后在測(cè)量區(qū)域內(nèi)對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行合理的布設(shè)，應(yīng)用實(shí)時(shí)定位和全球定位的方法，完成對(duì)建筑工程的水平測(cè)量和高程測(cè)量等。

（二）掃描控制

在實(shí)施工程測(cè)量的過程中使用地面三維激光掃描技術(shù)，需要對(duì)激光發(fā)射、目標(biāo)物掃描等予以控制，對(duì)地面三維激光掃描中的已知點(diǎn)上設(shè)置觀測(cè)站點(diǎn)，但是對(duì)不同站點(diǎn)的地理坐標(biāo)關(guān)系要處理好，使用采樣間隔的方法實(shí)施地面三維激光掃描[5]。但是對(duì)于采樣間隔的大小要控制好，采樣間隔過小的情況下，會(huì)導(dǎo)致采集的點(diǎn)云量過大，影響后期的數(shù)據(jù)處理工作；而采樣間隔過大，則不利于數(shù)據(jù)處理精度控制。一般在通視情況較好的狀態(tài)下，對(duì)于每個(gè)站點(diǎn)的掃描間隔控制在80m左右，這主要是為了保證相鄰監(jiān)測(cè)站之間的點(diǎn)云具有重疊區(qū)；但是在通視條件不夠好的情況下，則需要適當(dāng)增加掃描站點(diǎn)數(shù)，直到完成區(qū)域內(nèi)的掃描目標(biāo)。

（三）數(shù)據(jù)處理

建筑工程測(cè)量中涉及的參數(shù)內(nèi)容較好，應(yīng)用地面三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)量，能夠獲得三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，因而在后期的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理中工作量較大，要保證地面三維激光掃描測(cè)量效果，需要對(duì)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理精度進(jìn)行有效控制[6]。三維點(diǎn)坐標(biāo)的云數(shù)據(jù)量較大，其中包含了具有實(shí)用價(jià)值的數(shù)據(jù)內(nèi)容，也包含了無實(shí)用價(jià)值的數(shù)據(jù)內(nèi)容，例如在工程測(cè)量中具有實(shí)用價(jià)值的數(shù)據(jù)內(nèi)容有構(gòu)筑物水平差和高程等，無實(shí)用價(jià)值的數(shù)據(jù)內(nèi)容有行人、風(fēng)沙和車輛等。應(yīng)用相關(guān)軟件系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)內(nèi)容實(shí)施分類和分析，對(duì)云數(shù)據(jù)完成拼接處理等，最后構(gòu)成等高線，云數(shù)據(jù)拼接要求對(duì)控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量和分析，然后對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行統(tǒng)一，最后進(jìn)行站點(diǎn)數(shù)據(jù)的一次放入、處理。

結(jié)語：

建筑工程測(cè)量對(duì)建筑施工環(huán)境勘測(cè)以及施工質(zhì)量保證等具有重要的作用，隨著現(xiàn)代建筑業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于工程質(zhì)量方面的要求和標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，在此過程中，需要對(duì)工程測(cè)量技術(shù)予以不斷的完善和提升。地面三維激光掃描技術(shù)作為一種新型的測(cè)量技術(shù)，在地形測(cè)繪、隧道工程、建筑測(cè)量、管道設(shè)計(jì)以及采礦等行業(yè)領(lǐng)域中均有應(yīng)用，工程測(cè)量中應(yīng)用地面三維激光掃描技術(shù)要對(duì)控制點(diǎn)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和記錄，并且在全景掃描中控制好采樣點(diǎn)的間距以及數(shù)據(jù)精確度。地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用，依據(jù)的測(cè)量原理是步進(jìn)角度測(cè)量和激光距離測(cè)量，對(duì)準(zhǔn)建筑物后發(fā)射激光，利用激光發(fā)射和反射的時(shí)間點(diǎn)差對(duì)距離值進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)記錄和計(jì)算垂直方向、水平方向的角度值，在這種形式的觀測(cè)測(cè)量基礎(chǔ)上獲得三維相對(duì)坐標(biāo)，使用計(jì)算機(jī)對(duì)坐標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算，建立云數(shù)據(jù)庫，軟件處理后，即可完成3D建模。地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用，獲得的工程構(gòu)筑物內(nèi)部尺寸數(shù)據(jù)較為詳細(xì)，對(duì)觀測(cè)目標(biāo)的空間結(jié)構(gòu)分析到位，監(jiān)測(cè)精度高、測(cè)量效率高。

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