宁夏回族自治区电力设计院有限公司 宁夏回族自治区银川市 750004
摘要：经济的发展推动了我国测绘技术的发展，=地面三维激光扫描技术逐渐应用在了工程建设领域，为工程建设提供数据服务。对于工程测量来说，地面三维激光扫描技术的应用能够快速获得大量地表三维信息，节省人力，提高测绘效率，具有较强的应用优势。基于此，本文主要对地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用做具体论述，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。
关键词：地面三维激光扫描技术；工程测量；应用
引言
传统方法在测量地面建筑物时，存在精度低、耗时长等缺点。本文在论述三维激光扫描测量原理的基础上，提出利用地面式三维激光扫描方法对地面进行测量。详情如下。
1三维激光测量原理
三维激光扫描技术的原理是激光测距能在短时间内发射大量激光束，同时接收反射信号，得到测站与目标间的斜距，再根据斜距和角度得到目标点的三维坐标。一般而言，扫描仪直接得到的目标点坐标为测站局部坐标系，以仪器中心为坐标原点，x与y轴在仪器扫描平面内，z轴与扫描平面垂直。为了得到测量坐标系下的目标位置，还须经点云后处理软件进行配准、拼接、坐标转换等。
2地面三维激光扫描技术应用的优势
地面三维激光扫描技术应用的优势具体表现在以下四个方面：（1）测量精度较高。尽管该技术在我国的应用范围有限，在多个行业的应用仍旧处于探索阶段，但通过在工程测量方面的实际使用，其测量精度要远远超出人工测量，完全满足我国在大工程建设过程中对测量精度的要求，符合绝大多数情况下地面测量的标准，测量后的数据具有较高的应用价值。（2）测量包含的信息量较大。相对于传统的工程测量数据来说，地面三维激光扫描技术需要对全空间内的数据进行扫描，得到大量的三维坐标数据，这对于城市建立完成的地面信息数据库具有重要价值，为城市空间规划等行业的发展提供有利信息，无需再进行二次地面勘察。（3）数据采集过程安全可靠。对于高速公路、立交桥等工程地面测量来说，传统的测量方式具有较强的危险性，技术人员需要在危险的环境中集中注意力作业，才能够准确采集到的测量数据。由于该技术的非接触性，从根本上提高了测量效率，节省了人力，保障了技术人员的生命安全。（4）数据处理能力强，信息应用价值高。相对于传统数据处理方式来说，采用地面三维激光扫描数据建模更加直观，能够迅速生成横断面、纵断面图，从根本上加快了数据处理的效率，减少了大量的传统数据处理工作流程。同时，三维模型的应用价值较高，可在工程建设过程中反复对比查看，寻找解决方案。
3地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用
3.1点云配准应用
地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用之一是点云配准应用。对于地面桥梁这类复杂目标来说，通常需要多次设站并将各测站数据拼接到一起才能获取完整的点云数据，而拼接的过程就是点云配准的过程。点云配准是地面式三维激光扫描点云处理的步骤之一，其本质就是将两组点云的局部坐标转换到同一坐标系下，点云配准的精度直接影响后续成果的精度。点云配准方法主要有基于特征的配准和无特征的配准两类方法，基于特征的配准方法指利用点云中的明显特征点如人工设置的标靶、特征地物等作为两组点云的同名特征点，以此来解算配准参数；无特征配准是指将原始点云利用一定的算法进行迭代计算，从而完成点云配准的方法。以往经验表明，依据特征的配准方法尤其是标靶、特征地物混合配准方法在实际应用中更具优势。
3.2在地面交通工程中的应用
地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用之二是在地面交通工程中的应用。对于交通工程来说，地面测量数据至关重要。采用该技术对道路的情况进行扫描，从获得的数据中获取道路信息，加上实地地质环境勘测，能够在很大的呈上确保交通工程的顺利建设，避免出现大的漏洞与缺陷，提高工程建设方案的适用性与可行性。随着我国城市化建设进程的加快，交通工程的复杂程度显著增加，城市空间地下管道、线网复杂，采用地面三维激光扫描技术能够提高工程建设的可靠性，及时发现管道、线网存在的异常情况，及时对方案进行调整，加快交通工程的建设。
3.3在地面工程变形监测中的应用
地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用之三是在地面工程变形监测中的应用。对于大型电站、长隧道、大坝等工程来说，其工程建筑是否存在严重变形直接影响着人民生命和财产的安全。一旦长隧道、大坝等长期缺少监测，变型严重出现崩塌，将造成人员伤亡和巨大的财产损失，影响人们的正常生活。工程竣工后，采用三维激光扫描技术定期对工程扫描监测，可以获取海量的工程表面三维数据，作进一步的分析，能够及时发现其潜在的安全隐患，调整维护方案。与基于全站仪或GPS的变形监测相比，其数据采集效率较高，且获得海量点云数据，实现了测量技术的从点到面的飞跃，有效地避免了以往基于变形监测点数据的应力应变分析结果所带有的局部性和片面性。由此可以看出，该技术不仅在工程测量当中具有重要作用，更是能够确保建设工程的顺利运行。
3.4导线式三维激光扫描应用
地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用之四是导线式三维激光扫描应用。TrimbleSX10是自带测量流程的三维扫描仪，基于导线式三维扫描外业采用免标靶方式，扫描测站之间采用棱镜传导，在提高数据精度的同时，解决了相邻测站扫描重叠度的问题。使用钢钉布设一对假定基准点，现场检测无误作为起算数据。将SX10架设完毕后通过多边形取景框选目标建筑，精细密度开始扫描作业。扫描完成后利用全站仪功能进行特征点测量，获取单点的坐标属性，通过对目标建筑的主要特征点、散水高程、楼高等进行实地测量，可用于检校内业成果。测区共架设23个测站，获取1．13亿个三维点云。
4在地面变形监测中的优势与不足
三维激光扫描技术作为远距离非接触测量的技术手段，相比较于传统的地面监测方法，它实现了由“点”到“面”的突破，极大的提升了监测效率，降低了人力成本，减少了人为主观因素对监测结果的影响。并且由于其非接触测量的特性，在针对高陡地面等不易攀爬或危险的环境中，对比传统手段，它占据了极大的优势，极大地保障了作业人员的生命安全。虽然三维激光扫描技术的发展已经较为成熟，但其在地面变形监测上依然存在一定的不足，主要表现在以下几个方面：（1）受植被影响较大。因为三维激光扫描技术获取的是地面坡面的形态信息，而激光脉冲无法穿透植被覆盖，导致滤波处理后的点云数据会形成空洞区域。（2）受地形因素制约较大。在野外实际作业时，部分地面无法在其对面找到合适观测站点，制约了三维激光扫描技术的使用。（3）受激光功率影响较大。三维激光扫描仪的激光脉冲功率均在安全功率范围内，导致三维激光扫描仪的扫描距离受到制约，在部分露天采矿地面中使用效果不佳。
结语
总之，与传统的测量调查方式相比，采用三维激光扫描技术效率高、可随时查验。地面式三维激光扫描测量能够满足地面建模的需求，可为三维激光扫描技术在地面测量方面的应用提供经验。
参考文献：
[1]罗显圣.工程测量中地面三维激光扫描技术的应用探析[J].工程技术研究，2019，4（7）：50，55.
[2]刘小云.地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用研究[J].信息系统工程，2019，45（5）：103.