地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量實(shí)踐中的應(yīng)用

王田磊

摘 要：近幾年來(lái)，地面三維激光掃描技術(shù)作為新興的科學(xué)技術(shù)，被大家稱為“GPS 技術(shù)以后的又一次技術(shù)革命”。地面三維激光掃描技能夠快速的得到空間數(shù)據(jù)，因?yàn)樗哂醒杆?、精?zhǔn)、沒(méi)有接觸測(cè)量等等這些優(yōu)點(diǎn)，使得地面三維激光掃描技在越來(lái)越多的領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。在傳統(tǒng)的工程測(cè)量中，需要投入很大的才能進(jìn)行測(cè)量，并且最終的測(cè)量結(jié)果可能還不太精準(zhǔn)。本文探討的就是將地面三維激光掃描技運(yùn)用到工程測(cè)量中，希望對(duì)工程測(cè)量工作有所幫助。

關(guān)鍵詞：地面三維激光掃面技術(shù)；工程測(cè)量；應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，大量的工程正在進(jìn)行施工，工程測(cè)量作為最基本的部分尤為重要。隨著時(shí)代的發(fā)展，我們對(duì)于工程測(cè)量的精準(zhǔn)度要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)一般只是進(jìn)行單點(diǎn)的測(cè)量，無(wú)法滿足工程的要求。而地面三維激光掃描技能快速的對(duì)測(cè)量的對(duì)象進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，并且可以利用三維的軟件對(duì)測(cè)量的對(duì)象進(jìn)行三維的建模，能夠很好的提高工程測(cè)量的精確度，很好的滿足測(cè)量工程的要求。

1 概述

三維激光掃描技術(shù)是信息科技化時(shí)代的一門(mén)新技術(shù)，最先是在國(guó)外研究開(kāi)發(fā)而成的。它主要是以三維激光掃描儀作為主要儀器設(shè)備，根據(jù)激光測(cè)距的基本原理，運(yùn)用掃描鏡、伺服馬達(dá)設(shè)備，根據(jù)既定目標(biāo)要求對(duì)相關(guān)的領(lǐng)域進(jìn)行掃描定位，從而按流程獲取三維坐標(biāo)和紋理信息，進(jìn)而體現(xiàn)三維場(chǎng)景。

根據(jù)地面三維激光掃描技術(shù)的測(cè)量方式劃分為固定式激光掃描系統(tǒng)和移動(dòng)式激光掃描系統(tǒng)。前者和之前所用方法里使用全站儀差不多，通過(guò)激光掃描儀和控制系統(tǒng)等軟件構(gòu)成。和前者不一樣的是，該掃描儀所收集并非是離散單點(diǎn)三維坐標(biāo)，其收集的是一系列點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其工作特點(diǎn)是掃描區(qū)域大、更迅速以及精度更高，有著非常好野外操作性。移動(dòng)式激光掃描系統(tǒng)，利用車(chē)載平臺(tái)，包括全球定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合固定式三維激光掃描系統(tǒng)組合而成的。這一技術(shù)主要原理即為激光測(cè)距，其具體工作開(kāi)展時(shí)候其實(shí)即把之前數(shù)據(jù)收集以及助理等過(guò)程進(jìn)行重復(fù)。收集掃描反射接受激光強(qiáng)度，來(lái)對(duì)于相關(guān)點(diǎn)展開(kāi)顏色灰度匹配。

2 地面三維激光掃描技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 精確度高

地面三維激光掃描技術(shù)和傳統(tǒng)的工程測(cè)量方法想比較精確度更高，傳統(tǒng)的測(cè)量方法在讀取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)都會(huì)有一定的人為誤差，這是不可避免的，這一系列的誤差到最后就會(huì)影響整體的結(jié)果。而地面三維激光掃描技術(shù)只要對(duì)準(zhǔn)測(cè)量的區(qū)域，機(jī)器會(huì)自行的讀數(shù)，并且按照既定的程序進(jìn)行計(jì)算，避免了人為的誤差，它還能夠通過(guò)一系列的軟件對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，因此地面三維激光掃描技術(shù)精確度高。

2.2 掃描信息的區(qū)域廣

地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中能夠測(cè)得更加廣闊的區(qū)域，在傳統(tǒng)的測(cè)量中，需要人工測(cè)量采集到的數(shù)據(jù)點(diǎn)比較少。地面三維激光掃描技術(shù)能夠結(jié)合掃描儀進(jìn)行掃描，能很快的測(cè)得大量的點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并且通過(guò)后臺(tái)的系統(tǒng)進(jìn)行處理，很快就能得到整個(gè)區(qū)域的地形，并且可以建立三維的虛擬模型，非常的方便。

2.3 獲取信息的途徑快捷、安全

在傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)中，我們要得到工程的測(cè)量數(shù)據(jù)，通常需要派大量的人去進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。由于很多工程都比較的偏僻，并且工程測(cè)量是工程的初期階段，很多基礎(chǔ)設(shè)施都不完善，因此需要進(jìn)行大量的野外作業(yè)。野外作業(yè)過(guò)多容易浪費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，帶來(lái)很大的安全隱患，并且工作效率十分的低下，測(cè)量的質(zhì)量也不高。地面三維激光掃描技術(shù)，只需要拍少量的人進(jìn)行儀器的操作即可，能夠節(jié)約大量的時(shí)間，效率高，測(cè)量的也準(zhǔn)確，安全系數(shù)也高。并且地面三維激光掃描技術(shù)在測(cè)量的時(shí)候能夠自動(dòng)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，也可以避免數(shù)據(jù)的丟失，因此地面三維激光掃描技術(shù)能夠方便、快捷、安全的等到工程所需要的數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)中，對(duì)于測(cè)量的數(shù)據(jù)需要過(guò)后才能處理，不能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，一旦出現(xiàn)問(wèn)題就需要重新的進(jìn)行測(cè)量，十分的麻煩。另外傳統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)處理比較依靠專業(yè)技術(shù)人員，甚至有些時(shí)候，都是專業(yè)的人員進(jìn)行手算。這樣的做法使得數(shù)據(jù)處理容易受到人為因素的影響，不太準(zhǔn)確。地面三維激光掃描技術(shù)在測(cè)量的同時(shí)就能進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、簡(jiǎn)單的處理，在測(cè)量的當(dāng)時(shí)對(duì)于一些有問(wèn)題的數(shù)據(jù)就能夠很好的顯示，操作人員能夠及時(shí)的進(jìn)行復(fù)測(cè)。另外地面三維激光掃描技術(shù)能夠很好的進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，將所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，最后能夠進(jìn)行虛擬的三維模型的建立，讓人們更為直觀的觀測(cè)測(cè)量的區(qū)域。這是傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)無(wú)論如何也不能夠做到的。

3 地面三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 地形圖的測(cè)繪

這種技術(shù)主要是為了解決采用傳統(tǒng)的測(cè)量方式不能測(cè)量的情況，比如在斷臂地區(qū)等，可以運(yùn)用激光掃描技術(shù)運(yùn)用非接觸性手段，測(cè)量被測(cè)目標(biāo)的地貌等，在進(jìn)行地形圖的測(cè)繪過(guò)程中，在進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理分析時(shí)必須要結(jié)合周邊的地形地貌以及外界因素進(jìn)行全面數(shù)據(jù)收集和測(cè)量，不能單一地只對(duì)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行信息采集，否則這樣就會(huì)造成地形圖的不完整、不全面、不系統(tǒng)，不能對(duì)工程施工開(kāi)展提供準(zhǔn)確和全面的測(cè)量信息和數(shù)據(jù)支持。需要說(shuō)明的是在提取和繪制地物的過(guò)程中，要進(jìn)行信息的全面提取，充分運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)的軟件性能，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的房屋的具體角度、地點(diǎn)進(jìn)行選取，進(jìn)而按照軟件編程和技術(shù)規(guī)范進(jìn)行繪制，按照公式進(jìn)行計(jì)算從而確定具體比例，完成整個(gè)繪制的全過(guò)程。在計(jì)算等高線時(shí)，要對(duì)地物地貌的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行排除，從而運(yùn)用人工繪制和自動(dòng)繪制兩種方式相結(jié)合的方式，具體可以應(yīng)用平均面迭代法進(jìn)行不必要的數(shù)據(jù)排除，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，這是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程，只有多次進(jìn)行測(cè)算和數(shù)據(jù)排除，才能保證獲取準(zhǔn)確的地物地貌數(shù)據(jù)。最后一步成圖制作和編輯階段，這時(shí)候需要根據(jù)前兩步對(duì)等高線、地形圖之間的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)分析，將所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加計(jì)算，對(duì)照實(shí)際采集的照片和計(jì)算的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行手工校對(duì)和核實(shí)、調(diào)整。總之通過(guò)運(yùn)用地面三維激光掃描技術(shù)在進(jìn)行地形圖測(cè)繪時(shí)可以大大提高測(cè)繪效率、準(zhǔn)確性，克服信息采集的模式和難度，更容易獲得地貌的具體特征。

3.2 土方量計(jì)算

該技術(shù)的主要流程是第一步進(jìn)行圖點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，以此設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面，再是對(duì)地物進(jìn)行剔除，最后按照計(jì)算公式得出土方量。這個(gè)過(guò)程必須要注意的是要和工程實(shí)際相結(jié)合，對(duì)各個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)算和監(jiān)控，從而提高準(zhǔn)確性。比如在某個(gè)工程中，需要根據(jù)道路縱橫斷的信息，對(duì)土方填挖量進(jìn)行計(jì)算，這時(shí)按步驟進(jìn)行一步步操作，第一步收集數(shù)據(jù)，包括設(shè)計(jì)道路的縱橫斷、道路紅線以及邊坡三個(gè)方面的數(shù)據(jù)，第二部構(gòu)建模型，在收集完數(shù)據(jù)之后根據(jù)相關(guān)技術(shù)構(gòu)建曲面模型，第三部運(yùn)用外也掃描數(shù)據(jù)建立實(shí)地的地面模型，并進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)化。最后一步，將曲面模型和地面模型按比例進(jìn)行增減計(jì)算，從而核算出土方量。

3.3 道路竣工測(cè)量

該技術(shù)主要是通過(guò)三維激光掃描儀代替水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)繪，從而獲得道路中的樣圖以及縱橫段，它進(jìn)一步減少的外業(yè)的工作強(qiáng)度，全面促進(jìn)工作效率的提高。具體流程是首先轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系，然后提取三維坐標(biāo)、等高線生成，最后繪制道路樣圖和縱橫斷，在精確度方面有很大的優(yōu)勢(shì)。

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