摘要：随着全球化进程的不断推进，我国科学技术的不断提高，在工程的测绘技术当中也获得了巨大的进步，地面三维激光扫描技术就是其中比较突出的应用。与传统的工程测绘方式相比，地面三维激光扫描技术具有高科技、易操作、精度高等特点，配合可视化技术的深入应用，地面三维激光扫描技术不仅停留在工程方面，在其他方面也得到了大量的应用和快速发展。本文就针对地面三维激光扫描技术在工程测绘中的应用进行分析。
关键词：三维；激光；扫描；工程测绘；应用
三维激光扫描技术是采用激光测距，通过扫描镜和伺服马达按照定义的扫描范围和点云密度，依次获取目标表面各点的三维坐标及纹理信息，实现三维场景重现的技术。该被誉为是继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革命。当前，地面三维扫描技术受到科技研发人员越来越多的青睐，受到数据采集人员越来越多的重视。作为一种新型的测量方法，在国内外测绘领域得到越来越广泛的应用。徕卡公司在韩国、瑞典应用该技术进行大坝变形监测，武汉大学梅文胜应用该技术在精细地形测绘方面进行了研究，国内较多应用该技术于文物保护测绘。
1、三维激光扫描技术的概述
三维激光扫描是近年来在测绘工作当中应用的新型技术，目前在世界范围内得到了大量的认可与应用。以三维激光扫描仪为主的激光扫描设备的应用是三维激光扫描技术的主要技术支持，在分类上根据相关的平台预计描绘空间的不同，可以将三维激光扫描技术分为机载型、地面型和手持型，其中以地面的道路测量为主要测量的方向。与传统的测量方式和相关技术相比，通过三维激光扫描技术并结合其他仪器的应用，使用简单的操作就能够实现对单独点位信息的有效测量，而整个测量的流程也较为便利，精度也能够符合后期绘制的要求，原理上地面三维激光扫描技术主要是通过将水平与垂直的全自动高精度的描绘量进行扫描，通过事项全面性的三维坐标实现对整个区域内数据的短期内完整记录，最后通过三维模拟的方式将模型进行展示。
2、三维激光扫描基本原理和发展
2.1技术简述和工作原理
一般来说，激光的定向性是在所有种类的光源之中是最强的，除此之外，其光谱单一可以筛选出单一颜色的光出来，由此衍生出的高相关度的特点也备受研究人员的青睐。可以说，其在测量物体距离方面有着独到优势，由于其高强度带来的精准度和易操作的特性，也使得其成为新型测量仪器的重要部件。20世纪末期的最后十余年，激光技术和传感器技术相互融合，数据信息处理的载体———计算机技术也发展速度较快，这些都为三维激光扫描仪的性能方面的提升，创造了良好的条件。施工中距离的不断拉长，产品升级换代引起的测量仪器费用降低，都为该技术应用领域范围的扩张带来了物质基础和技术支持[1]。三角式的扫描仪适用范围较小，一般只能测量在百米之内的范畴，相位式和三角式相似。在此基础上改进的脉冲式范围较大，在几千米之内的限度内。脉冲式具有以下特性：非接触、高速、点云形式。通过这些要素，待测的物品的方位信息会很好的呈现出来。实际的测距包括以下几个步骤。首先，发射器发出CLASSI级别的光波，经物品反射之后再原路返回接收，这其中的相差的时间可以通过一个准度高的时钟读出。通过光的传播定理即可知道两者之间的距离而获得相应的测量值。一些辅助的值也需要被测量，以此获得准确的折射率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而在提升时间精确度方面，之前经验型的判别技术可以做为一种辅助和参考。距离只是测量的一个方面，该设备可具有测量角度的功能。光束在空间内两个维度———水平与垂直，以及对应三维空间值。通过该设备还可以获知物体反射的剧烈程度。
2.2发展概览
三维激光扫描在工程领域的意义远超于人们的想象，给这一领域带来了剧烈的变动和革新，极大的方便了作业施工。一些既有的测量方法与之相比会失色许多。其应用范围的广阔性、多学科的融合性、实际工程中的实战性都是可以探讨和研究的方面。其集成了机械、光谱、电信号等多个要素，能快速获得物品的空间位置。依据相关定理，以横纵旋转角度为参考条件，很容易获取到相对位置信息。除此之外，物品通过高频的激光照射之后，下一步是将采集到的数据发送到笔记本上存储起来。如此一副影像图就这样生成了。该技术可以在地上运用，也可以在天空上得到发挥。国外在一些大型的基础设置的建设领域、公共卫生领域，有关地质勘测和军工方面等领域都有相应的工程实用。国内的研究和运用则集中在考古、水文、道路工程等范围内。
3、地面三维激光扫描技术在工程测绘当中的应用
在工程测绘当中地面三维激光扫描技术可以根据不同的使用方面进行分析，一般情况下包括有对地形图的绘制、工程土方的计算、竣工方向的测量以及三维模型的建立等多个方向。以固定式地面三维激光扫描技术为研究对象，在工程的引用当中进行研究，可以将工程当中的阶段分为三个部分，第一是扫描之前进行的储备工作，第二是在点云数据当中进行数据的正确获取，并且在其中进行对照和匹配工作，最后是对取得的数据进行分析处理。在绘制地形图的工作中主要的优势在于可以对难以应用传统测绘方式的地形进行“无接触”式测量，在地物地貌当中都能够进行有效的获取。技术应用中需要注意的是对于点云数据的处理，其中根据地区当中地形的特点进行重点的数据获取更是此工作当中的重中之重。等高线也是较为重要的部分，在利用点云数据对地貌中的干扰进行排除后，通过人工应用技术手段和相关仪器结合的方式对等高线进行绘制，并在其中应用平均面迭代法的算法对等高线进行确定，排除在数据中出现的不符合地貌特征的数据，多次核查后，便能够得到较为准确的地貌信息和相关数据。在对土方量的计算过程当中，主要是利用各种仪器来对地表当中高低不平的特点进行有效的测量，并且形成三维坐标，比如GPS、PTK以及全站仪和水准仪等相关的仪器设备，主要的方式方法为首先需要在图点云数据处理的基础之上对基准面进行构建，之后就可以对地物进行剔除了，最后经过计算之后生成土方量。在构建基准面的过程当中，一般都会将坐标转换到工程的实际坐标当中，对其控制点的精度进行严格的把控，在对挖填土方进行计算的过程当中，还需要以设计高程、边界为基本数据来对基准面进行计算，对扫描点云进行有效的切换。在对道路竣工测量的应用当中，主要是获取到道路当中的样图和纵横断，如果采用传统方法进行测量的话，就需要利用水准仪等相关的仪器设备来对其进行逐点的数据自动化处理。但是利用地面三维激光扫描技术来对道路进行测绘，可以有效的降低外业的工作强度，提升其工作效率。其中，主要的工作流程为，在进行坐标系的转换，之后从点云当中根据一定间隔来进行三维坐标的提取，进行等高线的生成，并且对道路的样图以及纵横断也要进行绘制，地面的三维激光扫描技术主要应用于道路竣工的测量，和传统的作业方式来进行比较的话，可以提升测量数据的精确程度。
4、结语
综上所述，三维激光扫描技术已经成为了现阶段获取三维空间数据的先进技术之一，在该技术的应用之下，可以实现无接触、高密度以及高精度的有效补充，提升了在外业测量当中的工作效率，被广泛的应用在了工程测量当中。但是现阶段的应用情况还存在着很大的不足之处，仍然需要进行不断的改进，形成系统的检测方式，完善其三维激光扫描仪的应用范围和标准，推动我国工程测量技术的有效发展。
参考文献
[1]谢雄耀,卢晓智,田海洋等.基于地面三维激光扫描技术的隧道全断面变形测量方法[J].岩石力学与工程学报,2013,(11):2214-2224.
[2]王徐,曹晖.探析道路工程测绘中地面三维激光扫描技术的运用研究[J].地球,2016,(9):235-236.
[3]史玉峰,张俊,张迎亚等.基于地面三维激光扫描技术的隧道安全监测[J].东南大学学报（自然科学版）,2013,(z2):246-249.
论文作者:陈平
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/24
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