探讨地面三维激光扫描技术的应用

探讨地面三维激光扫描技术的应用
随着测绘技术的不断提高，地面三维激光扫描作为一种现代高科技逐渐在测绘领域中应用，相比传统测绘手段的数据采集与处理方式，地面三维激光扫描技术具有很多优越性，本文将研究该技术在道路工程测绘中的应用。

一、道路工程的分类及对测绘内容的要求
道路工程在施工中确定要测绘对应设计中线各桩点的横断面数据及中线纵断面数据，道路工程修建主要是对原有路面出现的开裂、破损或者是出现车辙以及公交站及港湾、交通标志需要重新规划等进行改造。

另外道路工程还有一个特点是对地面上所有交通设施，例如各类交通标志牌，红绿灯、公交茶盏以及道路上所有的护栏等准确地在地形图中表示出来。

为准确确定加铺量，设计人对图面高程密度要求很高，需要每10米测一组高程，路口往往需要测量5米高程方格网。

二、地面三维激光扫描技术的介绍
三维激光扫描技术是以三维激光扫描仪的诞生为代表，目前许多国家的厂商已经生产出不同类型的三维激光扫描仪，它也称为“实景复制”技术，主要采用高精度逆向三维建模及重构技术，最终获取研究目标的三维坐标数据和数码照片的方式快速获取大型实体或者是实景等三维立体信息，在计算机技术的应用下，重构其三维数据模型，将客观事物真实形态再现化。

通常按照扫面的空间位置或者是运行平台具体划分，一般将该技术氛围机载型三维激光扫描仪、地面型三维激光扫描仪、手持型三维激光扫描仪，然而在道路工程中一般采用地面三维激光扫描仪。

地面三维激光扫描主要利用激光测量距离，水平、垂直的全自动高精度布进式扫描测量、最终得到完整的、连续的、全面的三维坐标，并且在较短时间内，高精度、快速记录，准确定位，这种扫描数据的过程主要应用电缆传入电脑，高密度的骚毛数据点有序地排列在三维虚拟空间内部，从而形成“点云”。

通常三维激光扫描作业流程分两大部分：外业数据采集和内业数据采集。

外业数据采集主要包括标靶及控制点布设与测量和数据全景扫描两部分，其中标靶与控制点布设及测量过程中，通常需要一条道路的测量工作设置多个测站来完成，最终将不同測站的测量数据拼接到仪器，在标靶下完成，因此根据扫描仪测程，需要在各相邻测站重合的位置布设3个以上形成不规则图形的标靶，满
足点云的拼接需要。

数据全景扫描过程中，没站的扫描距离为40米左右，保证相邻测站间有一定的点云重叠趋于，在遇到通视条件不好的情况下，需要选择适当位置增加扫描站数，确保目标全部扫描完成；然而在内业数据采集过程中，首先需要对数据进行滤波和抽系，避免由于噪声或者是其他无规律数据影响测量结果，其次是进行点云拼接，将各个测站上扫描得到的点云数据，通过设置在测站重叠处不规则的标靶拟合拼接在一起，利用已经布设和测量过的控制点三维坐标，将拼接后的点云纳入平面直角坐标系中，之后进行平面虚拟测量和建立DEM模型，生成等高线和纵横断面图，经过处理了的点云是由高密度的三维离散点阵组成，将这些空点点利用软件平台连续成不规则三角网，进而生成等高线，并根据需要设置等高线的间距。

之后将带有桩号的设计中线插入到固定坐标系中的TIN 模型中，依据测量中中线断面间距和每个横断面的宽度，生成纵横断面图。

另外本文所研究的地面三维激光扫描技术与传统测量技术之间具有一定的差异性，具体表现在：传统的测量技术主要利用GPSRTK与全站仪相结合，每次测量获得的是单点目标信息，虽然在测量过程中比较容易操作，但是最终得到的结果其精度和采点密度不够精确，在测量过程中，遇到地物地貌要求比较高的测量工程时，就不能准确测量，甚至无法正常展开测量工作。

然而本文所研究的三维激光扫描技术基于激光测距原理以及水平、水质全自动高精度步进式扫描测量，在测量过程中，具有高精度性和采点密度高的优势，对于道路工程测绘具有极大的作用。

三、三维激光扫描技术在道路工程测绘中的具体应用
将三维激光扫描技术应用在京通高速公路建设中，由于高速公路大修工程的特点是道路正在使用、车流量比较大且车速比较高。

为了确保交通通畅性，利用三维激光扫描技术进行作业，具体沿京通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具体扫描之后，在计算机技术的应用下，利用LeicaSyclone软件进行数据拼接，其中拼接的精度为：靶标拼接的误差必须控制在8mm范围内，点云拼接的最大误差必须控制在10mm内，之后利用经过处理后的点云，进行平面虚拟测量，测绘道路边线、中央隔离带、过街天桥以及轻轨车站等，并且在测量过程中还能够采集到任意位置的平面和高程信息，最终将其绘制出来，按照比例尺为1：500绘制平面地形图。

之后利用传统测量方式——符合水准线路测量82个相同位置的点位高程，并将其与三维激光扫描成果进行对比分析，确保误差控制在0.011m范围内，之后将抽隙的数据作为原始数据，
利用Microstation和Geopak专业软件生成TIN三角网模型，将生成的三角网模型插入道路中心，最终得到所需要的纵横断面图形。

将三维激光扫描技术应用在山区道路工程测绘中，例如：108国道工程需测量设计道路中线两侧各150米的1：500比例尺地图，位于山区和山丘之间进行测量，采用的测量方法是传统的测量方式，在测量过程中需要作业人员跑遍山区的每一个角落，其工作量比较大，且具有一定的复杂性，测量过程中需要耗费大量的人力和物力，测量代价比较高，因此这就提出了将三维激光扫描技术应用在道路工程测量中，通过采集到的点云进行拼接之后，将标靶拼接的误差控制在1cm范围内，生成等高线之后，最终得到地形图。

四、结束语
综上所述，将地面三维激光扫描技术应用到道路工程测绘过程中，该技术具有扫描迅速、数据信息量大、采集方便以及精度高等优越性，能够对道路工程的每一个角落进行全方位的测量，满足道路工程设计和施工的需要。

然而在该技术的应用中同样存在一定的局限性：例如遇到山区植被比较多，数据后处理复杂以及外业工程量大等状况时，测量受到一定的限制，且该设备的仪器比较贵等，使得三维激光扫描测量技术的应用还不能够普及。

因此，在科学技术快速发展的过程中，需要进一步完善该技术，进而扩大三维激光扫描技术的应用领域，推动测绘事业不断进步。

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