地面三维激光扫描技术在工程测绘中的应用

地面三维激光扫描技术在工程测绘中的应用

臧妻斌

成都孚华环保科技有限公司 四川成都610000

【摘要】为分析地面三维激光扫描技术在工程测绘中的应用，采用理论结合实践的方法，立足地面三维激光扫描技术的优势，分析了此项技术子工程测绘中的具体应用，并提出提升应用效果的措施。分析结果表明，在工程测绘中科学合理的应用地面三维激光扫描技术，可有效提升工程测绘的准确性、效果，并为工程建设三维可视化管理提供真实有效的参考和指导，值得大范围推广。

【关键词】地面三维激光扫描技术；工程测绘；外业数据采集；三维建模

【引言】随着社会经济发展速度不断加快，传统测量模式已不能满足工程建设需求，因此在实际工程建设中必须要应用新的测量技术。三维激光扫描技术是20世纪80年代出现的一项新型技术，其能够在较短时间内获取大量数据信息，从而帮助工程人员对建筑物、地形等进行准确定位。在我国工程测绘领域中，三维激光扫描技术的应用范围相对广泛，主要应用于交通、水利、电力等领域。

1、地面三维激光扫描技术的优势

1.1高精度、高效率

地面三维激光扫描技术采用的是一种非接触测量方式，其不需要接触被测物体，因此不会对被测物体产生任何损伤，能够大大提高数据采集的效率。同时，该技术可以快速获取高精度、高密度的点云数据，其点云数据在平面及高程方向上的精度分别可以达到厘米级和毫米级。

1.2多传感器融合

地面三维激光扫描技术是一种由多种传感器组成的新型测量系统，其通过采集被测物体上所有数据信息，然后对这些数据进行有效处理、分析和应用。与传统测量技术相比，该技术具有多传感器融合的优势，即在点云数据采集过程中能够同时采集多个传感器采集的信息。

1.3高自动化

地面三维激光扫描技术采用的是自动化处理方式，能够减少工程人员不必要的工作量，同时还能提升测量结果精度。该技术是通过使用计算机对数据进行采集、处理、分析和建模等，将工作过程简单化、自动化。因此在应用地面三维激光扫描技术进行工程测绘时，只需将相关设备连接到计算机上即可完成整个测量过程。

2、地面三维激光扫描技术在工程测绘中的具体应用

2.1应用前的准备

在工程测绘中应用地面三维激光扫描技术，需要进行一些关键的准备工作主要包括以下几个方面的工作：

1）需要选择合适的设备和参数，包括扫描仪的型号、分辨率、扫描角度等。这些参数的选择将直接影响到后续数据处理的准确性和效率。

2）要确保设备的安装稳定并校准准确。三维激光扫描仪需要在测量过程中保持静止，任何轻微的震动都可能影响到数据的质量。因此，对于扫描仪的固定和校准工作需要特别重视。

3）应选择合适的扫描路线和方向，以确保能够获取到完整且精确的数据。同时，还需要根据实际需求确定扫描区域的大小和形状。

2.2外业数据采集

在工程测绘中应用地面三维激光扫描技术的外业数据采集，需要根据实际工程项目进展以及仪器状态来确定对应的数据采集。这包括选择合适的设备和参数，如最大最小扫描距离、采样密度、扫描角度范围等，以确保扫描方案和数据采集作业在技术上可行。此外，还需要保证设备的安装稳定并校准准确，因为三维激光扫描仪需要在测量过程中保持静止，任何轻微的震动都可能影响到数据的质量。对于扫描路线和方向的选择，应确保能够获取到完整且精确的数据，同时还需要根据实际需求确定扫描区域的大小和形状。在数据采集过程中，可以采用三维激光扫描以及标靶三维坐标测量来实现数据的测量以及处理。地面三维激光扫描具有测量主动以及实时动态监测的特点，可以对监测对象表面进行高分辨率、大面积的快速获取，对空间点信息能够进行大量的采集，并利用三维影像建模。

2.3内业数据处理

通过地面三维激光扫描技术外业得到的数据，数据量非常之大，其既有有用的数据，也有无用的数据，比如：外业采集得到的车辆数据、行人数据、风沙数据等都是对工程测绘中无用的数据，需要进行剔除处理后才能使用。

2.3.1数据剔除处理

在工程测绘中，应用地面三维激光扫描技术进行数据采集后，处理无用数据是关键的一步。这包括剔除由于设备误差、环境影响或其它因素产生的噪声和异常值，从而优化数据质量。无用数据的剔除处理通常借助一些专门的软件工具来实现，这些工具可以自动识别并剔除掉那些不符合设定标准的点云数据。例如，可以通过设置阈值来剔除掉高程差异过大的数据点，也可以利用空间分析方法来排除那些离群点。

2.3.2数据拼接

将多次利用地面三维激光扫描技术得到的三维点云数据在统一的坐标系下进行拼接操作，通常采用扫描仪和常规控制测量相互结合的方法，借助GPS RTK来得到整个测区控制点三维坐标。在实际扫描施工中，每个测站点和定向点可直接定位在已知控制点的坐标之上。将扫描数据统一到测区地理坐标系中，以减少传递误差，提升工程测绘的总体精度。在进行数据转换中可采用徕卡HDS8800扫描仪中自带的Cyclonehe以及Ⅰ-Site软件来完成对坐标的转换，转换完成之后即可一次放入到地理坐标系中，建立起统一的坐标系

【1】。

2.3.3平面虚拟测量

外业得到的点云数据经拼接处理之后，也只是有大量三维信息的点位组成，依然无法很好的应用到工程测绘中，还需结合CCD相机拍摄得到的真彩色影像，来保证测绘工程项目边缘以及每个角落数据的完整性、准确性。利用自动化软件处理平台结合CCD相机拍摄得到的影像数据和信息，就可以简易模拟出工程三维模型，如道路边线、车站、检查井、雨水口等需要表示的信息判读出来之后，再按照常规测量地形图的图示进行表示，并标记上相应的比例尺密度高程点信息和特征点的高程信息，就能形成工程测绘中所需的地形图。

2.3.4生成等高线和纵断面图

经过系统处理的点云数据，有高密度的三维离散点阵组合而成，无法为工程测绘提供精细化的指导和参考，还需要利用相应的软件平台来生成连续的不规则三角网，并对不规则三角网进行平滑处理，以生成等高线，也可以按照工程测绘的实际需求有针对性的设置等高线间距，并将带有桩号的设计中线插入到规定坐标系的不规则三角网模型中【2】。再按照设计所需的中线断面间距，以及每个横断面的跨度，就能得到工程测绘所需的任意纵横断面图，圈出工程项目所在区域时候，就能进行土方量计算。

2.4成果输出

在地面三维激光扫描技术实际应用中，工作人员需要对点云数据进行相应的处理，以确保最终点云数据的准确性，并将其结果导入到计算机中进行进一步分析、处理工作。在该过程中，工作人员需要利用计算机对生成的模型进行相应处理，以确保模型具有一定的精度，为后续测绘工作的开展提供必要保障。在该过程中，工作人员需要对模型进行合理的分析与处理，并对模型结果进行有效输出。在当今的工业建筑领域，随着技术的不断进步，建模已经成为一种重要的设计和施工手段。特别是在复杂的工业建筑中，由于涉及到大量的设备、管道和线路，传统的二维图纸已经无法满足施工的需求。因此，采用三维建模技术成为了解决这一问题的有效途径。三维建模技术通过使用三维激光扫描技术，能够快速、准确地获取建筑物的几何信息，并将其转化为三维模型【3】。这种模型具有可视化的特点，使得设计人员和施工人员能够更加直观地了解建筑物的结构和细节，从而提高了工作效率和准确性。在复杂的工业建筑中，设备、管道和线路的布局往往非常复杂，需要考虑到各种因素，如工艺流程、安全要求、维护便利等。通过三维建模技术，设计人员可以在虚拟环境中进行模拟和优化，提前发现和解决潜在的问题，避免了在施工过程中的修改和返工。

3、提升三维激光扫描技术应用效率的策略

1）优化设备参数设置：根据实际应用场景和需求，合理设置扫描仪的参数，如最大最小扫描距离、采样密度、扫描角度范围等。通过调整这些参数，可以提高数据采集的速度和精度，从而提升整体的应用效率。

采用并行处理技术：利用多台计算机或多个处理器同时进行数据处理，可以大大缩短数据处理的时间。例如，可以将数据分割成多个部分，分别在不同的计算机上进行处理，然后再将结果合并起来。

使用专门的软件工具：目前市面上有许多专门用于处理三维激光扫描数据的软件工具，这些工具通常具有强大的功能和高效的算法，可以帮助用户快速完成数据处理任务。

【结束语】

综上所述，结合理论实践，分析了地面三维激光扫描技术在工程测绘中的应用，分析结果表明，地面三维激光扫描技术是一项集激光扫描、数据采集、数据处理及分析于一体的新型测绘技术，其能够快速获取大量高质量的三维点云数据，并以此为基础对建筑物、地形等进行快速测量和三维建模，从而实现对工程建设的信息化管理，助力我国工程事业持续健康的发展。

【参考文献】

[1]周凯.地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用[J].电子技术与软件工程,2022,(13):104-107.

[2]谢海荣,沈书铭,许亚军等.地面三维激光扫描技术在农村不动产测绘中的应用研究[J].测绘与空间地理信息,2022,45(06):246-248.

[3]刘辉,赵荣欣,龚治国.地面三维激光扫描技术在既有空间网架结构测绘中的应用[J].施工技术(中英文),2021,50(21):28-31+126.