摘要：三维激光扫描仪的工作是激光测距，通过仪器记录目标物体反射回来的激光信息，从而快速建立目标物体的三维模型。三维激光扫描技术，又称实景复制技术，可以完整、准确、快速地重建目标，获取原始测绘数据。由于点云中的每个三维数据都是直接获取的目标的实际数据，因此后处理的结果可靠度高。三维激光扫描技术在地形测绘成图中，不仅能够迅速获取地形的数字化信息，而且可以直接建立地形表面的三维立体模型。基于此，本文首先分析了坐标系转换，接下来详细阐述了三维激光扫描技术在地形测绘成图中的应用，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。
关键词：三维激光扫描技术；地形测绘；成图应用
引言
我们了解到在扫描仪内，在工程测量当中，地形三维激光扫描技术的应用主要包括数据采集、数据处理两个部分。其中，数据采集工作主要包括测量、扫描两个部分。在测量的过程中，不仅要充分考虑到平面数据，同时也要对地形高程数据进行测量。激光通过两个快速有序旋转的反光镜对划定范围开始扫描，通过计算激光脉冲往返的时间来确定目标距离，并利用编码器转换获得被测目标的三维精准坐标，再根据反射折回的激光强度确定目标的颜色信息。
1地形三维激光扫描技术应用的具体步骤
数据扫描的方式有两种：①三维激光逐步扫描；②标靶坐标扫描。由于不同的工程测量环境相差较大，大型工程需要多站扫描才能够完全覆盖研究对象，因此在扫描的过程中应格外注意拼接缝。为了确保每一站的数据扫描能够顺利连接，可采用数据拼接的方法，设置标靶数量，获得标靶的数据与空间位置，而后实现多站扫描图的拼接。同时，不同的工程测量精度要求不同，在进行地形三维激光扫描之前，应明确扫描的精确度，使其符合工程标准，防止二次扫描事件的发生。从以上地形三维激光扫描步骤可以看出，扫描后的数据量十分庞大，需要大量存储空间与数据处理空间。传统的测绘软件是无法直接处理扫描数据的，需要将大量的点云数据导入后，对数据进行与处理工作，无规则抽稀。根据实地工程地形勘测的情况，人工筛选数据，再进行平面图绘制。平面图绘制工作的开展需要依赖特定的软件平台，结合图例，将地形特征表示出来，根据实物的比例尺进行标定。而后结合高程数据，利用专业软件生成三角网模型，得到3D图像。完成后的三维图像可在软件操作下获取查看地表断面的数据情况，大大提高了工程测量数据的应用效率。
2三维激光扫描技术在地形测绘成图中的应用
2.1点云数据采集
三维激光扫描技术在地形测绘成图中的应用之一是点云数据采集。地形基准面的建立需要围绕点云数据进行一系列的解析，利用点云数据的处理结果完成有效转换，推动其在相关坐标中形成较为理想的实施效果，特别是对于高程、边界点等关键数据信息而言，更需加以重点关注，为后续地形土方量的计算提供更为准确的数据信息。在地形的实际测量过程中，对于每一个测量工程而言，均需确保具备三个以上的控制点，利用三维激光扫描获取控制点的具体坐标。除此之外，在地形控制点的上部铺设一个大靶球，瞄准控制点，用于获取大靶球中心点的具体坐标，有助于坐标轴的转换。另外，在地形扫描仪设置2个以上的离靶球，确保相邻两个点都能够全部被扫描，有利于数据拼接，能够准确地对多个测点的点云数据进行有效拼接，安装中间测点作为整体标准点，之后利用点云数据处理软件完成相关拼接即可。
2.2中心线生成
三维激光扫描技术在地形测绘成图中的应用之二是中心线生成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆按照相关建设行业的实施标准及其有关资料，地形中心线是实施截面控制的前提条件，同时其数据准确程度更是会直接影响到后期点云分析的精确度。首先，利用地形相关数据，即地形设计平面和垂直/水平曲线数据（通过三维激光扫描技术获取），完成地形中心线一系列数据信息的即时获取。垂直曲线指的是纵断面上临近两条纵向线的相交处，水平曲线指的是直线转弯处的连接曲线。
2.3精细三维建模
三维激光扫描技术在地形测绘成图中的应用之三是精细三维建模。通过地形三维激光扫描技术获取到地形建筑三维的有关点云数据和影像数据，制作出高级别的精细三维模型，以及真实的三维尺寸场景。利用图像纹理的映射作用自动生成彩色三角网面片，使其对应每一张照片的分模，模型整体利用多个彩色三角网面片，通过边缘的锐化处理，并借助两个以上模型面片间的遮掩来解决纹理间不对等接缝的问题，使多个彩色模型三角网面片形成一个标准的真实彩色三维模型。
2.4坐标系转换
三维激光扫描技术在地形测绘成图中的应用之四是坐标系转换。配准后的点云仍为局部坐标系，须将其转换到所需的工程坐标系中。点云坐标转换需要3个以上的坐标转换点，在外业测量的同时须对其工程坐标进行采集。坐标转换点既可使用标靶，也可用特征地物点代替。内业时在配准后的点云中点取出这些点，在点云处理软件中输入工程坐标系坐标后即可进行转换计算。本次测量时外业共采集15个坐标点，使用TrimbleSPS985型GNSS接收机网络ＲTK模式进行采集，仪器标称精度（ＲTK）平面和高程方向分别为8mm+10－6和15mm+10－6。每个坐标点观测4组、每组观测历元数≥20个。测量时使用支架式对中杆固定接收机，以排除手持对中杆测量结果的影响，有研究表明，使用此方法可获得毫米级的ＲTK平面定位精度。选择其中点位分布较合理的4个点作为点云坐标转换点，其余点作为坐标校核点。在转换后的点云中点选出坐标转换点坐标，与外业实测坐标对比。转换点的点位残差要符合规范CHZ3017—2015《地形三维激光扫描作业技术规程》中转换残差不超过12.5cm的指标要求。
3三维激光扫描技术在建筑测量中的应用
大多建筑翻修、保护工程需要精密测量。对于建筑自身来说，采用传统的测量技术与测量仪器，往往实际得出的测量数据与实际效果相差较大，需要人工对数据进行调整，来减小图纸与实际测量的误差。尤其是在建筑修复方面，大多建筑建设时间较长，结构变形严重，采用常规建筑测量手段难度较大，准确性较低，影响建筑修复设计和施工的顺利开展。采用地面三维激光扫描技术，可对建筑空间进行全方面的扫描与测量，按照标准建筑数据对古建筑结构变形的情况进行检测和分析，制定最佳的修复方案，达到保护建筑，延长建筑使用寿命的目标。
结语
总之，通过对地形三维激光扫描技术在工程检测中的应用原理、优势、具体步骤以及未来应用前景等进行分析，能够看出该技术具有较强的灵活性，能够应用在多种建筑工程当中，适用多个行业和领域。工程测量人员应注重该技术的应用与实践，探索更多的技术应用方法，提高技术的应用价值，注重技术的优化升级，使其更加符合我国工程测量的现状，强化技术的应用效果，让该技术融入到工程建设的全过程当中去，确保大型建筑工程的顺利实施，为工程设计施工运营提供技术支持。
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论文作者:冯绍山
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30