三维激光扫描测量技术在工程测量的应用

三维激光扫描测量技术在工程测量的应
用
摘要：本文结合某工程项目，简要阐述三维激光扫描技术的原理以及优势，
并具体研究三维激光扫描技术在建筑工程测量中的应用。

关键词：建筑工程；三维激光扫描技术；优势；应用
1工程概况
某项目中主要存在三方面的难点：①测量任务比较繁重，工程工期紧，需要
严格控制项目进度，需要在短时间内完成大量测量工作，对测量效率要求较高；
②本项目主要集中在市区范围内，地下环境以及周边环境复杂，干扰测量作业的
因素较多，在实际作业过程中可能会出现较多阻碍；③建筑工程施工精度要求极高，因此，在项目测量阶段必须获取准确的数据信息，否则会直接影响后续施工
活动，测量作业人员必须保障测量精度。

2三维激光扫描技术的原理及优势分析
2.1技术原理
三维激光扫描技术（3D Laser Scanning Technology）是测绘领域一种高精度、立体化、自动化扫描技术，可以高效、准确获取物体表面连续、全面、关联
的以及密集的坐标数据信息以及影像信息，是继GPS技术后出现的一种新型测绘
手段。

以激光作为介质，通过计算输出激光的反射时间测算单点距离，通过根据
激光反射的特定获取被测物体的其他相关信息，同时通过进行多点测量可以获取
不同点位的坐标信息、反射率信息等，可以在短时间内获取到被测量物体比较全
面的信息，在此基础上构建立体化三维模型。

相较于全站仪或者GPS等技术手段，三维激光扫描技术在数据采集效率方面具有明显优势，而且可以实现多点测量，
这样就可以形成一个基于三维数据点的离散三维模型数据场，有效弥补了传统测量手段的片面性以及局限性。

2.2优势分析
三维激光扫描技术作为目前测绘领域比较先进的技术手段，融合了多种测绘仪器功能以及先进技术手段，在建筑工程测量方面发挥着重要作用，相较于传统的测量手段，三维激光扫描技术的优势主要表现在以下几方面：①测量作业效率高，测量速度在0.5m/s以上，在大型工程以及工期任务较紧的项目中采用三维激光扫描技术可以取得良好效果；②测量点的密度大，每个断面采样点超过500个，获取的数据信息更加全面，适用于测量环境较为复杂或者作业面较大的工程项目；③可以自主设置断面测量的间隔，适用性更强；④获取的测量成果多且全面，可以得到任意间隔多断面图，地下室表面可以量测激光影像；⑤测量成果的用途较广，在线路侵界、管片错台、裂缝、管环收敛以及地下室渗水等方面都具有参考价值；⑥不需要接触测量目标，可以实现无损检测，对测量目标不会产生负面影响，尤其是在一些具有危险性的作业环境中，可以最大限度降低作业人员的风险；⑦仪器架设的自由度比较高，相较于全站仪等传统设备来说，不需要进行对中操作，这意味着也就不会产生对中误差，并且架设地点可以灵活选择，环境影响因素较小。

3三维激光扫描技术在建筑工程测量的应用
建筑工程基本上全程处于地下作业环境，而城市地区地下环境较为复杂，因此工程测量作业任务极为繁重，而且作业难度较大，为确保工程进度，要求测量作业必须在确保准确性的基础上提高作业效率，从而为后续施工活动提供基础依据。

3.1测量仪器选择
在本项目测量作业中，测量仪器选择LeicaP40三维激光扫描仪与LeicaTS50全站仪，软件处理系统选择LeicaCylone软件。

该款扫描仪的精度较高，25m范围测量距离误差不超过±2mm，而且其最大扫描点可以达到97600点，可以满足本项目测量作业要求。

3.2基础数据采集
首先需要设置扫描参数，参考同类工程测量作业经验，同时结合本项目实际
情况，在项目中采用中等质量与速度开展测量作业，质量设定为4X，分辨率设定
为1/5，每个测站测量时间控制在6min35s左右。

其次是标靶球摆放以及仪器设站，考虑到LeicaP40三维激光扫描仪的有效测量范围，为确保采集数据的准确性，相邻测站间隔控制在30m左右。

在本项目中，该地下室区间共设置6站，两
端则摆放数量不等的标靶球，主要用来分辨测量范围。

相邻测站之间需要摆放超
过3个标靶球，需要注意的是，标靶球不能处于同一平面，否则会影响测量精度。

3.3数据处理
关于数据处理主要分为四方面。

首先是点云拼接以及噪点的处理，LeicaP40
三维激光扫描仪配套有专门的点云处理软件，可以采用该软件完成测站拼接；噪
点的处理主要是采用Cyclone软件，利用该软件删除噪点。

其次是搭建三角网模型，这是数据处理环节的重要内容，利用Geomagic软件选定合适的参数对处理
好的点云数据搭建三角网模型，并通过与全站仪测量的数据进行对比，评估三维
激光扫描技术的测量精度以及在本项目测量作业中的可靠性。

要求采用三维激光
扫描技术获取的测量结果与采用全站仪获取的测量结果误差不超过±22mm。

再次
是关于中心线的提取以及断面输出，提取中心线需要结合该地下室区间的模型提取，并按照每间隔2个环片的标准输出地下室中心线的法线方向上的断面图，要
求输出的断面图采用DWG格式。

最后是关于半径的测量，采用CAD软件输出三维
模型，并以断面图的中心点位基点分别向正上、正右、正左、左45°、右45°
这五个方向测量半径。

3.4数据分析
本项目中选用的LeicaP40三维激光扫描仪所获取的数据信息经过处理分析，比较全面地反映了该地下室区间的空间信息，尤其是在地下室变形监测方面具有
重要作用。

根据本项目中采集的数据信息以及数据处理结果分析，中轴线与工程
设计轴线的误差最小为2mm，最大为7.5mm，均符合建筑工程施工标准；不同环
半径和工程设计半径相比，最小误差为0.3mm，最大为4mm，均符合建筑工程建
设标准；管片拼装误差最小为22.5mm，最大为26.3mm，管片拼装标准要求直径
偏差不超过±6‰D，在本项目中允许最大偏差为27.0mm，因此也符合要求
3.5测量结果分析
经过外业扫描以及数据预处理后，以地下室轴线方向为X轴构建坐标系，在
轴线正交方向按照每间隔1m截取点云切片，切片拟合后提取圆心坐标、半径。

通过提取的地下室圆心坐标以及半径信息，可以确定地下室提取的半径、中轴线
和设计半径与中轴线的差异。

根据测量结果显示，提取的中轴线和设计中轴线最
小误差为2mm，最大误差为23mm；提取的半径与设计半径的最小误差为0.3mm，
最大误差为4.0mm，均符合建筑建设规范。

根据地下室的收敛量标准，分别选择0°、90°、180°、270°方向上进行样条曲线拟合分析，结果显示在0°方向上
管片半径值为2.4766m、在90°方向上管片半径值为2.575m、在180°方向上管
片半径值为2.773m、在270°方向上管片半径值为2.796m。

4结语
综上所述，三维激光扫描技术在建筑工程测量作业方面具有明显优势，不仅
能够适应复杂作业环境，而且测量数据精度高，测量作业效率高，能够快速构建
三维数据模型，这对建筑工程施工活动具有重要参考价值。

相较传统的测量手段，三维激光扫描技术更加符合现代工程设计施工领域测量作业的要求，尤其是大型
工程设施以及环境条件较为复杂的工程。

参考文献
[1]邓斌，房雪玲，邰贺.地面三维激光扫描技术及其在工程测量中的应用探
究[J].名城绘，2019(8):69.
[2]陈兵.三维激光扫描技术在建筑地下室限界测量中的应用[J].南方国土资源，2018(8):42-45.
[3]彭文.浅谈三维激光扫描技术与BIM技术在工程测量中的应用[J].地矿测
绘(2630-4732),2019(4):117-118.
[4]张胜军，杨志刚，康妍斐.三维激光扫描技术在建筑地下室断面测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2019，242(6):207-210.
[5]王智，李勇，张洪德，等.三维激光扫描技术在建筑地下室施工质量检测中的应用研究[J].城市勘测,2018，164(3):116-118.。