摘要：目前断面测量技术中, 应用最多比较成熟的技术是全站仪和G P S 技术简单方便,生产效率也较高,在普通的工程测量中得到了广泛的应用, 但是它是单点测量,测量的精度和密度都不是很高。显然应用这两种常规的成熟技术是无法满足汽车试验场路面高精度断面测量的要求,但随着地面三维激光扫描仪的出现,使得利用地面三维激光扫描技术解决上述问题成为可能。本文分析市政道路路面采样测量技术。
关键词：市政道路；路面采样；测量技术
1 地面三维激光扫描原理
地面三维激光扫描技术按照测量方式可划分为固定式激光扫描系统和移动式激光扫描系统。与全站仪不同的是，固定式激光扫描仪采集的不是离散的单点三维坐标，而是一系列的“点云”数据，其特点是扫描范围广、速度快、精度高、具有很好的野外操作性。三维激光扫描的工作过程，实际上就是一个不断重复的数据采集和处理的过程。由此，可得扫描目标点Ｐ 的坐标。地面三维激光扫描仪的这些特点,恰好可以使我们利用地面三维激光扫描技术,比较轻松的解决典型路段路面任意方向间距为10厘米,精度为2毫米级的高精度、高密度断面线测量问题。
2 市政道路路面采样测量技术
2.1 道路扫描的问题。为高效建立高精度的数字地面模型，必须保证表面扫描点具有必要的精度和较均匀的密度。由于地面扫描仪架设在地面上(一般高度为1.6-2.0m左右)，待测路面与激光束不能保持垂直关系。而仪器测量采用的极坐标方式类似中心投影，理论上讲，对于固定的水平步进和垂直步进，当测量面近似垂直于激光束时可以得到较规则的扫描格网; 当测量面与激光束斜交时，同样的设置则得到变形了的扫描格网。因此，对于路面扫描而言，它会造成如下问题：第一，点密度不均匀，距离仪器越近，扫描点就越密; 反之就越稀。而且随着距离变化，密度会相差很大。第二，增加外业时间，因为脉冲式扫描速度较慢，如果近处和远处的一起扫描，势必使远处和近处的点密度差别极大。过密的点对几何参数的提取毫无必要，而且大大延长了测量时间。为了提高外业作业效率，保证均匀的点密度，结合实际情况提出了分块扫描方式，其中块的划分采用距离控制法和时间控制法，取得了较好的效果。
2.2 扫描块的确定。为较好地控制扫描密度并提高外业测量效率，合理地确定每站的扫描区域就显得非常重要。对于道路而言，道路路面上有分道线、路旁有隔离带护栏、路灯杆等设备，它们的相对距离都有一定的规律可循，是很好的参照标志。为了不影响交通，便于架设、转站和测量分块，仪器一般安置在主道路两侧的人行路上或者路边花坛中。
2.3外业数据采集。
不同的扫描距离，点的精度也不同，另外还存在有障碍物不能通视的情况，因此通常一条道路的测量工作需要设置很多测站来完成。标靶可以将不同测站的测量数据拼接到一起。根据扫描仪测程，在各相邻测站重合的位置上，布设3个以上不规则图形的标靶，以供点云拼接需要。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆控制点的平面坐标测量可以使用GPS 测量或者全站仪测量，高程可以使用水准测量或者三角高程测量。
2.4内业数据处理。经过外业扫描到的三维点云数据量非常庞大，既包含有用的数据，也包含车辆、行人、树叶等无用的数据，这些无用的数据，称之为噪声数据。这些庞大的点云数据必须要经过处理才能利用。从点云到测绘成果的实现包括点云拼接、数据滤波、数据抽隙、虚拟测量、DEM 建模、纵横断面图生成。
（1）点云拼接。利用已经布设、测量过的控制点三维坐标，将拼接后的点云纳入到我们所使用的平面直角坐标系中。
（2）数据滤波、抽隙。在数据采集中，由于车辆、行人、树木等因素的影响采集到了很多无用的数据，数据采集与数据处理将这些数据的剔除过程叫做数据滤波。噪声数据与有用数据点云的区别在于噪声数据是不连续的、无规律的、比较稀疏而杂乱。利用这一特点可以将噪声数据剔除。如果认为所采集到的点云数据或者局部数据相对于工程本身过于密集，还可以对数据进行抽隙处理，这种方式也称作去冗。
（3）平面虚拟测量。点云数据只是由大量三维信息的点位组成，还需要结合由相机所拍摄的真彩色影像，前者保证了表面模型的数据，而影像数据则保证了边缘和角落信息的完整和准确。通过自动化的软件平台，用获取的点云数据结合相机获取的影像信息对模型进行纹理细节的描述，例如道路边线、车站、房屋、灯杆、检查井、雨水口等。把这些信息判读出来以后，按照常规测量地形图的图示表示出来，标注相应比例尺密度的高程点信息及特征点高程信息，则形成了我们所需要的地形图。
3 实例分析
3.1高速公路大修工程的特点是道路正在使用，车流量较大，车速快。为不影响交通，测量作业过程中车辆不能断流。如果利用常规测量方法，需要上路测量，作业员来回穿行高速公路，需站在路面上测量大量高程点，存在很大的风险。考虑到风险的存在以及工作量极大，我们在此工程中利用三维激光扫描仪进行作业。
3.2沿某高速公路最外侧紧急停车带设立测站，对测量范围内的目标进行扫描，利用软件进行数据拼接。拼接精度为: 靶标拼接最大误差为8mm，点云拼接的最大误差为10mm。
3.3 利用经过处理后的点云，进行平面虚拟测量，绘制出道路边线、中央隔离带、路中央的八通线轻轨车站、过街天桥等地物，还能采集到几乎任意位置的平面和高程信息。同时利用传统测量方式---符合水准线路测量了82 个相同位置的点位高程，与三维激光扫描成果进行比较，其中误差： 。
4 结束语
三维激光扫描技术,通过与现代经典测量技术的相互融合, 已经成为一种全新的空间数据采集手段, 丰富了现有的测量作业手段,并且作业速度快、数据信息量大、精度高、采集过程安全简单、节省人力且具有强大的数据处理能力的特点,为测绘行业从传统的“低效率、低精度、全野外”向“高效率、高精度、数字化”的方向迈进提供了技术保证和设备支撑。
参考文献：
[1]郑小清． 李清泉．公路三维模型建立与数据组织［J］．武汉大学学报: 信息科学版，2015，29 (2) :179-182．
[2]辛培建, 韦宏鹄. 三维激光扫描技术中点云拼接精度问题探讨[J].山西建筑,2015.
[3]杨欢庆.三维激光扫描技术在地下探测中的应用研究[J].中国市政工程,2015.
论文作者:李广立,王佳君
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/15
标签：测量论文; 数据论文; 激光论文; 技术论文; 高程论文; 路面论文; 作业论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;