王致民

（福建省121地質(zhì)大隊，福建 龍巖364000)

1 三維激光掃描技術(shù)概述

現(xiàn)階段，三維激光掃描技術(shù)正呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢，應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)可以有效將周圍較大面積內(nèi)的數(shù)據(jù)信息進行有效采集，并將這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理之后生成三維空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，最后達成測量工作精準(zhǔn)程度有效提升的目標(biāo)。測角系統(tǒng)和高精度的激光測距系統(tǒng)是三維激光掃描系統(tǒng)的兩個主要組成部分。高精度的激光測距系統(tǒng)能夠以激光信號發(fā)射出去與信號反射回到測距系統(tǒng)中的這段時間作為依據(jù)，將被測物體和三維激光掃描儀之間的距離精準(zhǔn)的計算出來，與此同時，測角系統(tǒng)能夠?qū)⒚恳粋€激光信號的縱向角和橫向角精準(zhǔn)地記錄下來，最終再通過掃描控制系統(tǒng)將每一個激光信號反射點的三維坐標(biāo)精準(zhǔn)計算出來。三維激光掃描儀通過掃描所獲取到的數(shù)據(jù)是全離散的點，也就是點云。點云數(shù)據(jù)既囊括了X、Y、Z的值，也涵蓋了R、G、B的值，此外，還包含了反射強度的數(shù)值。下圖1是三維激光掃描儀的原理。

在應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)的過程中，為了測量點生成的三維坐標(biāo)可以具備足夠的準(zhǔn)確性，測量人員在開展工作時，首要環(huán)節(jié)就是將被測量點與測量工具之間的距離確定下來。此外，在實際進行測量時，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)明確一點內(nèi)容：在測量同一個點時，所使用到的測量距離的手段不一樣，測量的準(zhǔn)確程度自然存在差異?；诖?，負責(zé)測量的人員就應(yīng)當(dāng)對三維激光掃描技術(shù)的原理有一個系統(tǒng)的認知，從而在開展測量工作時能夠選擇一個最恰當(dāng)?shù)臏y距方式，這可以有效提升測量工作的精準(zhǔn)程度。

2 三維激光掃描技術(shù)在市政道路工程中的應(yīng)用

2.1 市政道路工程地形圖測繪

當(dāng)前，市政道路工程地形測繪圖中，正在大范圍地應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)。通常情況下，由于交通條件復(fù)雜、車流量較大以及行人數(shù)量過多等因素的制約，市政道路工程的測繪工作在開展的過程中往往會存在一定的困難。雖然負責(zé)測繪的人員可以深入實地展開道路地形圖的測繪工作，但實際上，這項工作的開展會對測繪人員的人身安全帶來較大的威脅。在市政道路工程中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，就可以發(fā)揮出良好的作用，與傳統(tǒng)的測繪方式相比，該技術(shù)無須測繪人員進入到實地展開測繪，就可以實現(xiàn)市政道路地形的測量以及地形圖的繪制工作，并且效果甚佳。因此，應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)能夠降低測繪人員開展工作時的壓力，為他們的人身安全提供了保障，并且該項技術(shù)的應(yīng)用還減少了投入到市場道路地形圖測繪工作中的人力資源，節(jié)約了人力成本。在市政道路工程中應(yīng)用三維激光技術(shù)時，其主要需要經(jīng)歷三個最基本的步驟，首先，獲取數(shù)據(jù)信息，這需要應(yīng)用三維激光技術(shù)對相應(yīng)的路段進行測量；其次，當(dāng)獲取所需的信息后，還要對其進行系統(tǒng)的分析與處理；最后，提取具體的地物地貌，從而繪制出精準(zhǔn)程度較高的道路地形圖。

2.2 市政道路工程等高線生成

在市政道路工程中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)還能夠幫助其生成等高線。具體來說，應(yīng)用該項技術(shù)能夠?qū)⒁恍┎粫a(chǎn)生太大影響的植被或者是建筑物等地表物體從原有的地形圖中去除，從而生成等高線。通常情況下，以往市政道路工程中等高線的生成一般是依靠人力手動去除或者是依靠相關(guān)設(shè)備自動去除無關(guān)緊要的地表物體，再完成地貌圖的繪制。之后，在計算數(shù)據(jù)的工作完成之后，將得到的數(shù)據(jù)上傳至處理單元中進行細致的分析與處理，重復(fù)多次地完成這些程序，就能夠構(gòu)建出一個不規(guī)則的三角網(wǎng)，并以此為基礎(chǔ)完成等高線的生成。相比于這種等高線繪制的方法，應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)不僅有著更高的精準(zhǔn)度，并且整體操作的步驟較少，因此，工作量更少，工作效率也顯著提升。此外，三維激光掃描技術(shù)生成的地形地貌圖更加清晰精準(zhǔn)[1]。

2.3 市政道路工程變形監(jiān)測

市政道路工程的變形監(jiān)測中也可以應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，該技術(shù)可以實現(xiàn)科學(xué)的市政道路三維數(shù)據(jù)模型的建立，同時還可以每隔一段時間就將需要測量的路段進行細致的掃描，最終得到相對全面的點云數(shù)據(jù)。再借助三維激光掃描儀的內(nèi)部處理器，能夠?qū)@取到的點云數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入到Geomagicstudio軟件中，利用這個軟件，就能夠建立起一個更加直觀的三維數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)采集、處理以及評估數(shù)據(jù)的高效化。在采集數(shù)據(jù)時，需要將三維激光掃描儀放在被監(jiān)測的市政道路附近的合理范圍內(nèi)，最重要的是要避免測量的視野過于狹窄，這對于測量工作的精準(zhǔn)程度會帶來不利的影響。

3 三維激光掃描技術(shù)在市政道路工程中的應(yīng)用案例

3.1 工程概況

以某道路為例，對市政道路工程中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)進行分析。該道路需要進行較大規(guī)模的返修，在返修之前，需要對其地形現(xiàn)有的狀況進行細致的測量，從而掌握該道路豎直方向和水平方向上的具體情況。該道路位于機場附近，所以交通狀況比較繁忙，并且周圍還分布著較多的市政附屬設(shè)施，這對于市政人員深入到實地進行測繪帶來了一定的挑戰(zhàn)，因此，采用傳統(tǒng)的人工測繪方式并不可行。一方面測繪工作可能要經(jīng)歷較長的時間，另一方面，測繪人員的安全還面臨著一定的風(fēng)險。因此，在經(jīng)過商討之后，決定應(yīng)用三維激光掃描儀來完成市政道路工程的測繪工作。

3.2 數(shù)據(jù)采集與處理

在該市政道路工程中，應(yīng)用到的三維激光掃描儀是Leica（徠卡）公司生產(chǎn)的P40三維激光掃描儀，如圖2所示。該掃描儀具備較強的穩(wěn)定性，并且性能優(yōu)越，同時擁有HDR圖形技術(shù)、WFD波形數(shù)字化技術(shù)以及精準(zhǔn)度極高的測距測角技術(shù)，并且，其測量的有效范圍能夠達到270m，因此，許多掃描任務(wù)都可以應(yīng)用該掃描儀，并且能夠取得較好的效果。

在實際開展測量工作之前，控制點的布設(shè)要嚴(yán)格遵守相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并在控制點位置安置掃描儀，進而完成掃描工作。利用常規(guī)的控制測量手段能夠有效完成控制測量的工作，并在被測量的道路沿線設(shè)置控制點，該項工作的完成是利用水準(zhǔn)儀以及GPS全球定位系統(tǒng)。在利用掃描儀掃描被測量的道路沿線時，可以在相鄰的測站之間布設(shè)公共靶標(biāo)，這能夠在點云拼接中發(fā)揮作用。在掃描工作完成之后就可以將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入到Cyclone軟件中進行處理，完成點云拼接和坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，并以里程樁號作為依據(jù)，將點云進行切片，從而獲得斷面圖像。最后，通過全站儀全面檢查斷面點高層以及地物點高層。

3.3 點云拼接與去噪

在點云拼接與去噪方面，應(yīng)當(dāng)沿著該道路的走向設(shè)置若干個測量站，再利用掃描儀進行掃描。與此同時，還要在測站之間設(shè)置三個以上的標(biāo)靶，之后再合理利用提前設(shè)置好的控制點和測站之間的相同稱號的標(biāo)靶，使所有的測站點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到該道路所在城市的坐標(biāo)系中，就能夠獲得一份點云效果圖。通過對其進行分析可知，此次點云拼接存在的誤差僅為1.4cm，通過去噪之后，點云拼接效果會更優(yōu)良[2]。

3.4 斷面結(jié)果生成

斷面結(jié)果生成主要有兩種形式，第一，以點云成果為依據(jù)，提取斷面所需的坐標(biāo)點，再借助專業(yè)軟件繪制斷面結(jié)果；第二，基于里程樁號，對點云進行切片，并將切片中涵蓋的數(shù)據(jù)信息進行明確，這種方式可以直接獲取到該道路的斷面結(jié)果。就實際結(jié)果的比較來看，第二種方法優(yōu)于第一種方法。

3.5 精度評定

該項工程中的精度評定主要是依靠全站儀采集其中的縱斷面點，再展開相應(yīng)的精度評定工作。通過相關(guān)的計算可得，該道路在應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)進行測量時，對于地物檢查點平面的誤差有7.61cm，高程中存在的誤差為0.91cm，縱斷面高程中的誤差僅為0.78cm，這與相關(guān)的測量標(biāo)準(zhǔn)是相契合的。

4 結(jié)語

綜上所述，三維激光掃描技術(shù)精準(zhǔn)程度高和更加便捷的優(yōu)勢，推動了市政道路工程各方面工作完成的高效化。為了使該技術(shù)在今后的發(fā)展中能夠發(fā)揮出更好的作用，相關(guān)的技術(shù)人員要在發(fā)展過程中加大研發(fā)的力度，對其進行不斷的優(yōu)化，使其能夠在市政道路工程中發(fā)揮更加良好的作用，推動市政建設(shè)工程的現(xiàn)代化發(fā)展。