摘要：地面三維激光掃描技術(shù)作為目前先進(jìn)實用的測繪技術(shù)之一，該技術(shù)憑借其非接觸性、高采樣率、高精度以及自動獲取測量數(shù)據(jù)等優(yōu)良特性在文物保護(hù)、測繪以及土木工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用并取得了較為突出的成績。本文從地形圖測量、土方量計算、道路竣工測量、三維建模等方面分析三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用方法，力求為傳統(tǒng)的測繪工作提供新的思路與參考。

　　在以往的工程測量工作中，傳統(tǒng)的測量技術(shù)外業(yè)工作量大，對于復(fù)雜且高精度的測量任務(wù)存在一定的不足。地面三維激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)在一定程度上彌補(bǔ)了這些不足。三維激光掃描儀是使用激光測距，通過伺服馬達(dá)、掃描鏡對測區(qū)進(jìn)行掃描，得到的目標(biāo)表面各點(diǎn)的紋理信息和三維坐標(biāo)[1]。地面三維激光掃描技術(shù)讓復(fù)雜的測繪工作變得簡單高效，因此該技術(shù)受到國內(nèi)外諸多領(lǐng)域的青睞。下面將從四個方面進(jìn)行探討。

　　一、在地形圖測量中的應(yīng)用

　　在傳統(tǒng)的地形圖測繪中，由于地形復(fù)雜，如：斷臂、懸崖、深坑等時常出現(xiàn)[2]，常規(guī)測繪方式難以測量，因而無法得到詳盡的地形圖。地面三維激光掃描技術(shù)則無需測量人員到達(dá)這些區(qū)域便可準(zhǔn)確測繪地物地貌。運(yùn)用地面三維激光掃描技術(shù)測量地形圖主要有以下內(nèi)容。一是數(shù)據(jù)的采集與處理，利用三維激光掃描儀和標(biāo)靶逐站獲取測區(qū)內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后對采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)、去噪等處理，進(jìn)而得到完整準(zhǔn)確的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；二是地物的提取與繪制。在此項工作中，對處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)使用Cyclone等專業(yè)軟件提取測區(qū)中地物的特征點(diǎn)，例如：房屋角點(diǎn)等。最后將其導(dǎo)入數(shù)字測圖軟件中進(jìn)行地物的繪制。三是等高線生成。地形圖中等高線的生成需要地貌部分的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然而在實際作業(yè)工程中，如果測區(qū)存在植被，此時獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)就包含植被表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，因此在利用地貌的點(diǎn)云數(shù)據(jù)前需要將描述植被等非地貌的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除。此外，由于三維激光掃描儀獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)密度較大，需要對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)某橄?，再將抽稀后的?shù)據(jù)導(dǎo)入大比例尺數(shù)字測繪軟件中生成等高線。此方法相比于傳統(tǒng)的測量結(jié)果構(gòu)建的地貌細(xì)節(jié)更加詳盡準(zhǔn)確。四是地形圖的編輯。對利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)繪制的地形圖進(jìn)行分幅、繪制圖廓等制圖操作便能得到最終的地形圖成果。

　　地面三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用不僅能降低外業(yè)工作的強(qiáng)度，還能獲得精細(xì)的地形圖。然而三維激光掃描儀獲取的數(shù)據(jù)量較大，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)處理工作相較于傳統(tǒng)測繪過程更為復(fù)雜。除此之外，在實際生產(chǎn)過程中，由于地形變化較大或測區(qū)植被茂密等因素的影響，都會導(dǎo)致獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)不夠理想，影響后續(xù)地形圖的繪制，這是急需改善并解決的問題。

　　二、在土方量計算中的應(yīng)用

　　利用地面三維激光掃描技術(shù)計算土方量主要有以下三個步驟。一是點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取與配準(zhǔn)。利用三維激光掃描儀獲取測區(qū)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的過程中，由于地形以及儀器的測量范圍的限制，需要按照規(guī)劃的測站逐站掃描。得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)均為各測站的獨(dú)立坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，因此需要對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，使得各個測站的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個坐標(biāo)系下。配準(zhǔn)的精度直接影響著土方量的計算。為了保證配準(zhǔn)的精度，測量過程中相鄰測站之間利用至少三個反射片等標(biāo)靶作為同名特征點(diǎn)，方便內(nèi)業(yè)處理時利用同名特征點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)。二是點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理。點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)完成后需要對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的噪聲及冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。噪聲是因為測區(qū)環(huán)境等外界因素的干擾所導(dǎo)致的，噪聲會影響后續(xù)的計算精度。對于冗余數(shù)據(jù)，如測區(qū)域的植被等，需要進(jìn)行剔除。去除噪聲和剔除冗余數(shù)據(jù)的成果才是計算土方量所需要的數(shù)據(jù)。三是土方量的計算。利用數(shù)據(jù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，然后以此構(gòu)建TIN 模型，待生成高精度數(shù)字高程模型后再去除基準(zhǔn)面模型，便可得到填挖方量。

　　三、在道路竣工測量中的應(yīng)用

　　使用地面三維激光掃描技術(shù)測量竣工道路時，道路的縱橫斷面樣圖的獲取是整個工作的重點(diǎn)。在傳統(tǒng)作業(yè)中，一般使用RTK 或全站儀對道路的高程進(jìn)行測量。由于測量區(qū)域為帶狀，路程長且面積較大，使用傳統(tǒng)測量技術(shù)使得作業(yè)進(jìn)度較為緩慢，工作效率較低。地面三維激光掃描技術(shù)能實現(xiàn)大面積、高自動化、高精度的測量。在對道路縱橫斷面進(jìn)行測量時測量人員不用時刻操作儀器，能降低外業(yè)的工作強(qiáng)度，減少測量的時間。在內(nèi)業(yè)工作時，對采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)和去噪等處理，然后按照固定間隔挑選所需目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。利用目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)軟件會自動生成所需的成果資料。

　　四、在三維建模中的應(yīng)用

　　目前，使用地面三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行三維建模主要應(yīng)用于建筑物高精度三位模型以及復(fù)雜的工業(yè)設(shè)備模型兩方面。地面三維激光掃描技術(shù)能在短時間內(nèi)同時獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)影像，不僅能為高精度三維模型的構(gòu)建提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，還能將真實場景按比例呈現(xiàn)在我們眼前。因此，對于獲取高精度建筑物三維模型，地面三維激光掃描技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢。復(fù)雜工業(yè)設(shè)備往往各種管道交錯林立，在用傳統(tǒng)測量法對其進(jìn)行規(guī)劃、改造時，作業(yè)量巨大且難度較高，極易發(fā)生偏差。采用地面三維激光掃描技術(shù)能獲得具有可視化效果的高精準(zhǔn)度三維模型，更具使用價值。

　　五、結(jié)語

　　伴隨著測繪要求的提高，不同測量環(huán)境以及測量內(nèi)容對技術(shù)的要求越來越高，探索新技術(shù)的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。地面三維激光掃描技術(shù)作為當(dāng)前國內(nèi)外高效且實用的獲取三維空間數(shù)據(jù)的技術(shù)之一，有效提升外業(yè)測繪工作的效率，應(yīng)用于不同種類的測量中。該技術(shù)大幅提升了測量效率與精度。與此同時也增加了數(shù)據(jù)量，增加內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的工作量，如何降低內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度和實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的自動化是后續(xù)急需改進(jìn)的工作和研究的目標(biāo)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]蔣明燦.三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)測繪和工程測量中的綜合應(yīng)用[J].資源信息與工程，2019，32（6）：130-131.

　　[2]周京兵.地面激光掃描技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用[ J ] .智能城市，2018，4（19）：152-153.

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