浅析三维激光扫描测量技术在工程测量的应用

浅析 三维激光扫描测量技术在工程测量的应用

苏春桃

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摘要：作为工程测量当中一种比较常用的技术，三维激光扫描技术属于一种已经发展成熟的技术手段，当下的主要应用场景有：地图测绘、道路测量、三维建模、土方计算等方面。可以说使用了三维激光扫描测量技术之后，工程测量精确度及效率将会得到极大的提升与增长，从而保证测量的有效性、时效性。随着技术水平的不断发展与提升，三维激光扫描技术也正在逐渐走向成熟，在工程测量当中具有相当大的前景以及潜力。

关键词：三维激光；扫描测量；工程测量

前言

随着我国经济水平的发展与进步，工程项目建设质量有了更高的要求，同时工程项目测量精度也是如此。传统工程测量方式速度慢、消耗大、精度无法保障，使用三维激光扫描技术之后，这些问题都可以得到解决。出于这一原因，在工程项目测量过程中，三维激光扫描技术得到了较为广泛的应用，无论是社会效益还是经济效益都得到了提升。

1.三维激光扫描技术概述

三维激光扫描技术主要是通过激光来扫描测距，在扫描的过程中，可以使用激光来对数据信息进行收集与处理，进而反映出物体的实际详细信息。三维激光扫描技术使用扫描软件来对目标进行范围内的扫描，可以实现较为精确的测量，从而在三维层面上还原场景，这种方式测量速度更快、精确度更高。三维激光扫描技术的原理在于定位、计算，通过这两者进行结合，操作人员就可以得到一个误差不超一毫米的数据，进而实现对工程项目的测量。在当下工程测量当中，比较常见的三维激光扫描技术主要有两种，分别是地面激光扫描技术与空中激光扫描技术。激光扫描技术在实际应用的过程中可以在各行各业当中使用，比如在汽车制造行业、交通运输行业、医学领域、军事领域、航空航天领域等等。当下，我国三维激光扫描技术主要的应用范围还是在各种工程项目测量当中，在工程中采用这种技术进行测量，操作简单、成本较为低廉，可以实现全自动的扫描与测量，具有非常高的潜力以及技术价值。

1.1三维激光扫描技术原理

目前在工程测量过程中，三维激光扫描技术主要有两种，一种是固定式激光扫描系统，另一种是移动式激光扫描系统。固定式激光扫描系统主要是由控制系统、内置数码相机、激光扫描仪等部分组成，这一类型的激光扫描系统和传统的全站仪工作流程较为类似，但扫描速度更快、扫描面积更大、扫描精确度更高。而移动式激光扫描系统的机动性更强，其中包括了固定式激光扫描系统、全球定位系统、惯性导航系统等内容，并通过车载平台，将这些内容进行组合。激光测距属于三维激光扫描技术当中的基本原理，根据扫描反射得到的激光强度及逆行计算，可以得到扫描点的灰度情况，通过颜色灰度与反射强度进行匹配对比之后，就能够实现测量。激光扫描仪当中，内部设定为坐标远点，扫描方向设定为Y轴，坐标原点平面设定为X轴，竖直方向为Z轴，通过这一方式来建立三维坐标系之后，就可以确定最终的三维坐标测量公式，将相关数据带入公式之后，就可以得到精确的工程测量数据。

2.三维激光扫描数据采集和处理

三维激光扫描数据采集和处理工作主要包括两部分，分别是外业数据采集以及内业数据处理。外业数据采集主要包括数据扫描和控制测量内容，数据扫描则是可以对标靶三维坐标测量以及三维激光扫描。数据扫描的过程中一般会涉及到各种扫描数据凭借、虚拟测量、数据抽隙等相关问题，而在实际测量的过程中，由于扫描对象受到限制，一般项目都需要经过多个站点的扫描才能够覆盖到整个研究对象，此时需要将多个站进行扫描内容拼接。三维激光扫描技术所使用的设备相关厂家可以为扫描工作提供标靶，通过标靶的空间部位，就可以将两到三个站点的扫描内容进行拼接，实现数据的合并。外业数据采集包括平面测量以及高程测量两方面，相对来说对于工作精确度的要求并不高，只需要符合相对应的施工要求即可。在外业数据采集的过程中，根据实际工程项目进展以及仪器状态，确定对应的数据采集，通过三维激光扫描以及标靶三维坐标测量就可以实现数据的测量以及处理。

3.三维激光扫描技术在工程测量中的应用

3.1地形图测量与绘制

在具体的工程项目中，测量工作是非常重要的一环，随着测量工作的不断发展，将相关的科学技术应用于其中，具有非常重要的实际意义。在绘制地形图时，要测量的地方不全是平地，也会存在一些难以测量的地方，例如，悬崖、断面等，对于这些难以测量的地方，以往的技术常常没有办法完成测量工作，使用科技含量更高的三维激光扫描技术，可以又好又快地完成工作。三维激光扫描技术是目前我国在工程测量工作中常用的测量技术，又被称为实景复制技术，是测量领域的又一次技术革新。在具体的工程测量中不用和具体测量物体相接触，利用三维点云数据就可以完成地形图的测量工作。

3.2计算土方工程

在工程项目测绘领域当中，土方量计算属于工程项目测绘领域当中比较常见的一种测绘需求，传统测量方式主要是采用全站仪、GPS等技术完成土方量计算测绘工作。这种方式主要是通过设备进行数据采集之后，导入CASS相关专业软件，获得目标地面高程差异，建立对应的TIN模型，通过模型的计算与分析，计算土方量。这种测量方式得到的数据的精度与现场原始点位的采集质量密不可分，一般来讲现场数据采集都是采用以点带面的方式，采集的点数越多相对精度越高，但是由于工作量巨大，难免会有遗漏，导致数据经常与实际工程项目之间有着一定的误差，影响后续的工作开展。而使用三维激光扫描技术就能够很好的避免以上问题，提升测量的速度，降低工作量，同时这种方式还能够保证测量数据的准确性，保证土方量测量结果科学、合理、有效。

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构建三维模型

三维激光扫描技术还可以用于对文物的保护工作，三维地面激光扫描可以不接触文物就获取文物的点云数据。根据相关理论构建出来的高精度三维模型，可以更加准确的还原文物细节特征，做到不损害文物就对文物进行检测的效果。在对文物进行检测的过程中，需要分析点云数据，并构建科学有效的三维模型，主要有两种方式。一种是比较常用的三角网模型构建，根据精度来确定点云密度。第二种方式则是可以利用3DMax构建三维模型，对相应的规则形态进行剖面扫描，从而获得具有精度的三维模型。

结束语

总而言之，三维激光扫描作为一种比较先进的数据信息技术获取方式，能够更加迅速并且准确的测量数据，可以说这一方式极大的提升了工程测量精度以及测量效率，在我国工程项目建设当中具有非常广泛的应用。本文主要针对三维激光扫描技术的原理以及应用进行分析，通过测量来阐述三维激光扫描的实际应用，希望能够为三维扫描技术提供参考。

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