李豪

摘要：這些年以來，地面的三維激光掃描儀已成為現(xiàn)代高新技術(shù)，并逐漸應(yīng)用于相關(guān)方面的測繪。這方面的技術(shù)與傳統(tǒng)的測繪方法相比有明顯的優(yōu)勢。這篇文章從三維激光進(jìn)行掃描信息方面技術(shù)的概述開始，最后，將專注于固定三維的激光掃描，并將重點(diǎn)放在工程研究上。

關(guān)鍵詞：地面;三維激光;掃描技術(shù);道路工程;測繪

隨著中國現(xiàn)在社會(huì)一些技術(shù)的不停進(jìn)步與發(fā)展，使得映射技術(shù)也在不停的更新和變化。近年來，三維激光掃描技術(shù)開始發(fā)展，已然成為一種全新的技術(shù)，可以說是“自全球定位系統(tǒng)以來最先進(jìn)的測繪技術(shù)”。此技術(shù)的使用能很好地獲取空間方面的信息，不僅如此通過激光的掃視，可以充分了解它所掃視的空間信息，并且還可以轉(zhuǎn)變成專業(yè)的圖像信息，并在地面顯示功能。因此，相關(guān)企業(yè)必須要加大對(duì)測繪技術(shù)的研究與應(yīng)用，國家政策上也要制定一些相關(guān)的規(guī)范，確保測繪技術(shù)能夠更有效的應(yīng)用到測繪工程中，提高測繪工程的工作效率。

1 城市道路項(xiàng)目的分類和內(nèi)容調(diào)查及制圖要求

城市的道路工程可以分為兩個(gè)方面的主要類別。新的道路建設(shè)和道路大修。大型地形圖不僅用作設(shè)計(jì)路線的基礎(chǔ)，而且還反映了拆除單位用來計(jì)算拆除數(shù)量和拆除補(bǔ)償?shù)牡缆方ㄔO(shè)中的特征、地形。如果道路檢修項(xiàng)目是一條需要修復(fù)的原始道路，這需要針對(duì)裂縫、損壞、車轍、公交車站、港口和交通標(biāo)志進(jìn)行重新規(guī)劃。這種類型的項(xiàng)目需要當(dāng)今的大型地形測繪技術(shù)。除了進(jìn)行完整的橫截面測量外，還包括各種交通標(biāo)志（標(biāo)志、交通信號(hào)燈、公交車站、道路上的所有護(hù)欄以及車道分隔線，車轍和所有其他地面交通設(shè)施）。為了確定覆蓋量，設(shè)計(jì)人員對(duì)圖紙密度有很高的要求。需要每10米測量一組高程，而一個(gè)交叉口通常需要測量5米的高程網(wǎng)格。采用傳統(tǒng)的地形數(shù)據(jù)收集方式，測繪人員工作量很大。地面上有太多容易被忽視的要素，給設(shè)計(jì)人員帶來了麻煩。另外，道路上的大量車輛使操作者在道路上工作時(shí)處于高風(fēng)險(xiǎn)中。

2 三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是近年來才開始應(yīng)用起來的一種測量技術(shù)，并在許多發(fā)達(dá)國家得到廣泛認(rèn)可。與常規(guī)的測量技術(shù)相比，通過與全站儀相結(jié)合，可以有效地獲取指向一個(gè)點(diǎn)的目標(biāo)信息，操作極其簡單，測量速度相對(duì)較快。在某些精密液壓表面上也可能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 三維激光掃描作業(yè)流程

3.1 標(biāo)靶與控制點(diǎn)布設(shè)及測量

數(shù)據(jù)的收集受到三維激光掃描儀范圍的限定，并且如果一個(gè)儀器和被掃描物體之間形成的角度不相同，則空間上的分辨率也不相同。角度小的話，圖像的分辨率也就較低，掃描距離遠(yuǎn)的話，定點(diǎn)的精度也就差。此外，還有一些看不見的障礙，因此需要多站點(diǎn)來完成道路測量。接下來就是，需要整合來自不同測量站的測量數(shù)據(jù)。因此，根據(jù)儀器的測量范圍，需要在每個(gè)鄰近的測量站重疊的地方放置三個(gè)或更多個(gè)具有不同圖案的目標(biāo)。則需要選擇一個(gè)合適的位置以增加掃描站的數(shù)量，直到掃描完所有要測量的目標(biāo)。

3.2 數(shù)據(jù)濾波、抽隙

一些數(shù)據(jù)的收集由于外部因素的干擾，往往會(huì)收集了大量無用的數(shù)據(jù)。這些沒有用的數(shù)據(jù)一般被稱為噪聲數(shù)據(jù)，而刪除此類的行為就叫做數(shù)據(jù)的過濾。此功能可刪除嘈雜的數(shù)據(jù)。如果收集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)或本地進(jìn)行的數(shù)據(jù)比項(xiàng)目管理本身更密集，則可以處理間隔數(shù)據(jù)，也稱為重復(fù)數(shù)據(jù)刪除。

4 三維激光掃描儀在道路工程中的應(yīng)用

4.1 在京通高速路大修工程中的應(yīng)用

一般情況下在公路修建的工程中以用路、重交通量、高速度為特點(diǎn)。當(dāng)使用傳統(tǒng)的測量方法時(shí)，必須在道路上進(jìn)行測量，而在道路上行駛的時(shí)候，操作員必須站在道路上并測量許多高程點(diǎn)，這是非常危險(xiǎn)的。另外，由于我國道路已經(jīng)使用了很多年，為了在地形圖中準(zhǔn)確反映當(dāng)前路況，需要每 10 米測量一次高度。并在中間帶的兩側(cè)各設(shè)置兩條道路。我們每10米提供一個(gè)垂直剖面和一系列剖面。而且考慮到企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)和巨大的工作量，該項(xiàng)目進(jìn)行的時(shí)候會(huì)使用一個(gè)三維激光掃描儀。測量站將設(shè)于京通快速路最外層的緊急停車場，以掃描測量范圍內(nèi)的物體，并使用徑向三維激光掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接，拼接精度如下。目標(biāo)針跡的最大相對(duì)誤差為8毫米，點(diǎn)云針跡的最大水平誤差為10毫米。在道路邊線中心和道路邊線中心的警戒線上繪制地面物體，例如高架輕軌交叉口，并在幾乎任何位置收集平面和高程信息。

4.2 地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于市政道路工程地形圖測繪

市政進(jìn)行的道路工程測量地圖創(chuàng)建工作量很大，因?yàn)橐恍┑缆飞系娜肆髁亢艽?，盡管測量映射數(shù)據(jù)可以由工作人員獲取，但是測量地圖創(chuàng)建者的個(gè)人安全難以保證。但是，在工程中使用三維激光掃描信息技術(shù)的相關(guān)企業(yè)，他們?cè)谶M(jìn)行局部工程發(fā)展和道路建設(shè)工程測繪的情況下，進(jìn)行測繪的負(fù)責(zé)人無須現(xiàn)場進(jìn)行測繪，就可以對(duì)需要施工的地形進(jìn)行測量和繪制。而且由現(xiàn)在的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看使用三維激光掃描技術(shù)為市政道路工程創(chuàng)建地形圖的常見繪圖方法。

4.3 地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于市政道路工程

無論是新的本地道路項(xiàng)目還是本地道路整治項(xiàng)目，都可以找到公共設(shè)施的詳細(xì)說明。市政道路工程具有種類多、數(shù)量多的特點(diǎn)，使用常規(guī)的地物提取方法不僅增加了工作量和人工成本，而且使它們更容易脫落。三維地面激光掃描技術(shù)利用技術(shù)從地面上的建筑物中提取數(shù)據(jù)，標(biāo)志和其他特征，并使用特定的數(shù)據(jù)處理方法處理提取的數(shù)據(jù)以通過道路工程，可以獲取特征數(shù)據(jù)的固定格式輸出。

4.4 地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于市政道路工程等高線生成

用于本地道路工程勘測和制圖的地形輪廓線生成主要去除了地形圖上的無關(guān)植被、建筑物和其他要素。傳統(tǒng)的輪廓采集過程主要是手動(dòng)或自動(dòng)去除不相關(guān)的特征以獲得地形圖，然后計(jì)算數(shù)據(jù)以獲得平面圖并上傳數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)。經(jīng)過幾次迭代，最終通過沒有規(guī)律的三角切割的方法獲取結(jié)果。與常用的輪廓線獲取方式相比較，三維激光掃描不僅可以減少工作量，而且獲取的數(shù)據(jù)精度也非常的高。

4.5 地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于市政道路工程土方計(jì)算

在市政建設(shè)道路系統(tǒng)工程中計(jì)算土方量的傳統(tǒng)教學(xué)方法是，首先使用GPS，水準(zhǔn)儀，RTK等設(shè)備來測量工程勘測和制圖的特定內(nèi)容，然后使用三維坐標(biāo)用于測量地面凸凹表面的形狀，地面模型計(jì)算出土方量。這種傳統(tǒng)的土方計(jì)算方法不僅工作量大，而且由于樣品測量之間的間隔較長，因此不準(zhǔn)確。將三維激光的掃描技術(shù)使用于城市地面的工事計(jì)算之中，可以省去現(xiàn)場取樣的過程。并直接基于數(shù)據(jù)處理來建立基準(zhǔn)。通過進(jìn)行刪除無關(guān)的功能并生成一個(gè)數(shù)字高程數(shù)據(jù)模型，直接為項(xiàng)目成本計(jì)算土方工程。

5 結(jié)束語

實(shí)際上，地面三維激光掃描技術(shù)還是有一定的缺點(diǎn)的，而且在數(shù)據(jù)收集的時(shí)候經(jīng)常受到野外因素的影響，如野外植物的增加會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理會(huì)越發(fā)的麻煩，并且還要很長的時(shí)間才能完善該數(shù)據(jù)，這樣的話數(shù)據(jù)處理會(huì)延遲人員進(jìn)入后續(xù)項(xiàng)目的時(shí)間。所以我們要積極應(yīng)用先進(jìn)的測繪技術(shù)，并且不斷發(fā)展改革創(chuàng)新，讓測繪工程發(fā)展的更好更有意義。

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