浅析地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的运用

浅析地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的运用
通常情况下，实施工程测量以及验收等工程项目时，需了解工程的详细信息。

例如：道路上存在的坑洼点、路面局部的平整程度、重点路段中的高低起伏具体情况等。

这些路面情况都要经过路面的密集点构成具体的模型，并应用模型呈现出来。

而目前使用的地面三维激光扫描技术，能够对被测量的物体进行实时测绘扫描，且扫描出的结果无论是在精度上还是在密度上都非常精确。

该种技术还可将被测量物体表面的三维坐标、色彩以及反射的强度直接进行信息获取。

基于此，本文就地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的运用展开了讨论。

标签：地面三维激光扫描技术；道路工程；测绘；运用
1、三维激光扫描技术
三维激光扫描技术是近些年发展起来的，在一些测绘技术比较发达的国家已经得到了比较广泛的应用，国内一些专家学者或测绘单位也已经做了许多相关的研究及尝试，并取得了许多研究成果。

三维激光扫描技术的出现是以三维激光扫描仪的诞生为代表，目前许多國家的厂商已经生产出不同类型的三维激光扫描仪。

按照扫描的空间位置或系统运行平台来划分，可以分为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三种类型，常用于道路工程测量的扫描仪为地面三维激光扫描仪。

由于传统测量数据采集是利用GPSRTK 与全站仪相结合，每次获取单点目标信息。

虽然操作简单方便，易于上手，但因为测量速度慢、采点密度不够等原因，在一些要求精度高、对地物地貌要求高的工程中就显得力不从心。

而地面三维激光扫描则是利用激光测距原理，水平、垂直的全自动高精度扫描仪扫描测量，从而得到完整的、连续的、全面的、关联的全景点的三维坐标，能在较短的时间内，高速、精确地记录、获取景象的三维空间位置，这些扫描数据通过电缆传入电脑，高密度的扫描数据点有序地排列于三维的虚拟空间中，成为带有坐标的影像图，即“点云”。

2、地面三维激光扫描技术具体分类和工作原理
2.1地面三维激光扫描技术具体分类
依照测绘的不同方式，该项技术可分成固定式和扫描式。

其中固定式的测量原理与全站仪相同，皆是通过计算机系统控制扫描仪，对需要测绘的图像实施具体的拍摄，之后实行后期图像处理。

固定式其实并不是扫描某一个点位，而是在一定的范围内进行区域测量扫描，统计大量的点位具体数据。

该方式测量所获取的结果准确度很高，在实施范围测量时应用非常广泛。

移动式的原理是在固定式激光扫描的基础之上进行的，在相关移动设施上进行搭栽，对需要测绘的具体位置实施GPS定位。

2.2地面三维激光扫描的原理
（1）该项扫描技术的具体原理即应用激光对工程中不同方面的距离进行测量，全部测量的经过是在一定的范围内，不断的对数据实施收集以及处理，最后将具体的测量结果进行统计日。

对于最后整理出的测量结果实施强度匹配，绘制出真实有效的三维模型。

（2）利用该项技术实施工程测绘的过程中。

该设备会通过二极管发射出扫描的激光信号，利用棱镜向测绘的目标直接进行照射，接收反馈回来的激光信号。

激光进行发射和接受信号之间存在的时间差，可测量具体的准备距离，通过将位置以及角度进行不断转变，将立体空间坐标得出，以便之后分析工程中的每一项数据通过该项技术进行测绘时可在黑暗中进行，不需要光源进行照射，为工程测绘带来了方便。

3、地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的运用
3.1道路扫描
想要获得精度非常高的具体数字地面模型，就一定要确保各表面扫描点具有较高的精度以及均匀的密度。

因为地面扫描仪主要架设于地面，通常高度是1.6～2.0cm，待测路面以及激光束不可以处于垂直状态。

可是仪器测量主要应用的是一种极坐标方式，和中心投影相似，理论上来说，如果测量面设激光束几乎垂直，那么固定水平步进以及垂直步进就能够获得规则扫描格网，而如果测量面以及激光束处于斜交状态，相同的设置就会获得变形扫描格网。

所以，针对路面扫描，其会造成下列问题：（1）点密度非常不均匀，随着和仪器越来越接近，相应的扫描点就会变得更加密，否则就会变稀。

同时随着距离的改变，密度差异性会非常大大。

（2）延长外业时间，由于脉冲式扫描速度相对较慢，若同时扫描近处以及远处，必然会导致远处与近处具体点密度相差非常大。

想要提升作业效率，确保点密度非常均匀，可以依据实际情况采取分块扫描方式，并且利用距离控制法以及时间控制法对块进行划分，从而获得比较理想的测绘效果。

3.2确定具体扫描块
要想有效控制扫描密度，同时提升测量效率，就必须合理确定每站具体扫描区域。

道路路面通常都有分道线，而路旁设置有隔离带护栏以及路灯杆等设备，各设备相对距离存在一定的规律，属于非常好的参照标志。

想要不影响交通，方便测量分块、架设以及转站工作，通常将仪器架设于主道两侧人行路以及路边花坛中。

3.3进行外业数据采集
3.3.1布设以及测量标靶和各控制点
进行外业数据采集的时候，该三维激光扫描仪具体测程并不是没有限制的。

如果扫描仪和扫描目标间的夹角不同，那么空间分辨率也存在差异性，随着夹角变小，空间分辨率会变低。

对于各扫描距离，测量点精度也不一样，此外还会有
障碍物影响通视的状况发生，标靶能够把各测站具体测量数据有效拼接在一起。

按照扫描仪测程，于相邻测站重合部位，设置超过3个不规则标靶，便于供点进行云拼接，可以通过GPS或全站仪来测量控制点具体平面坐标。

3.3.2确定具体采样间隔，并且开始扫描
采样间隔的合理制定对于测绘是非常重要的，如果制定的间隔比较大，会对之后数据的精准度产生较大的影响。

如果间隔比较小，所采集的数据量会非常多，影响之后的数据传输、保存以及处理等相关工作。

在比较好的通视条件下，扫描站之间的距离应该是不小于30m不大于50m，使相邻测站之间的点有云重叠区域如果通视的条件比较差，要结合实际情况在恰当的位置增加扫描站，直到将所有的目标扫描完成。

3.4对内业数据进行处理
经过外业扫描到的三维点云数据量非常大，既包含有用的数据，也包含车辆、行人、树叶等等无用的数据，这些无用的数据，称之为噪声数据。

这些数据量庞大的点云必须要经过处理才能被利用。

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。

3.4.1点云拼接
通过布设以及测量好的各个控制点具体三维坐标，把拼接完成的点云放进我平面直角坐标系。

利用设置在测点重叠位置的不规则标靶，把测站上扫描获得的具体点云数据拼接在一起，该过程就是点云拼接过程。

3.4.2进行数据滤波以及抽隙
所谓数据滤波，就是指通过数据采集以及数据处理把存在的噪聲数据消除。

和有用数据点云相比，噪声数据比较稀疏，没有规律，并且是不连续的。

通过该特点能够把噪声数据有效剔除。

若采集获得的具体点云数据以及局部数据对道路工程来说太过密集，则需要抽隙处理数据，该方式也被叫做去冗。

3.4.3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CCD相机所拍摄的真彩色影像，前者保证了表面模型的数据（DSM），而影像数据则保证了边缘（Edges）和角落（Corner）的信息完整和准确。

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、雨水口等需要表示的信息，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。

3.4.4建立DEM模型，生成等高线、纵横断面图
经过处理的点云是由高密度的三维离散点阵组成，将这些空间点利用软件平
台生成连续的不规则三角网（TIN），进而生成等高线，并且可以根据需要设置等高线问距。

将带有桩号的设计中线插入到固定坐标系中的TIN模型当中，根据设计要求的中线断面间距及每个横断面宽度，即可生成所需要的任意纵横断面图。

4.在某道路修建工程中的实际应用
4.1该道路修建工程特点
某道路大修工程的特点是道路正在使用，车辆不能断流。

如果利用常规测绘方法，需要上路测量，作业人员来回穿行于公路中，需站在路面上测量大量高程点，存在很大的风险。

另外，由于路面使用了很多年，存在大量开裂、破损的现象，为了使地形图能准确反映道路现状，设计要求每隔10米测量一组高程，然后提供中央隔离带两侧路面上的两条纵断面图形，并且分别提供每10米一组横断面图形。

考虑到风险的存在以及工作量极其大，因此，本此道路工程测绘选用地面三维激光扫描仪进行作业。

4.2具体测量方法
顺着该道路最外侧设置的紧急停车带确定测站，扫描测量范围里面的目标，利通过软件拼接数据。

其中拼接精度是：对靶标进行拼接的误差不能超过8mm，点云拼接误差不能超过10mm。

处理完点云之后，开展平面虚拟测量工作，绘制过街天桥、具体道路边线以及中央隔离带等地物，还可以采集获得几乎所有位置的平面以及高程信息。

并且采取传统测量方式对82个相同位置具体点位高程进行测量，和三维激光扫描所获得的成果相比，误差是0.011m，和规范要求相符。

5、结束语
综上所述，目前将地面三维扫面技术与道路测绘进行结合，在技术上是一项突破性的创新，可为该领域未来的发展提供更多的帮助。

地面三维扫面技术技术在道路工程测绘中的应用弥补了传统技术的缺陷，可灵活高效的进行作业。

并且该技术无论是在速度上，还是数据精准程度上都有突破性的革新转变，可对数据实施颗粒度的整理。

减少了人力物力的投放，不限制实践以及工作地点进行数据的整合处理。

因此，地面三维扫面技术的广泛应用，会极大的带动我国道路工程的技术发展，为道路建设做出更多的贡献。

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（作者身份证号：3713291982****2404）。