摘要：三维扫描在测绘中的应用能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。三维扫描技术能实现非接触测量，且具有速度快、精度高的优点。本文以三维激光扫描为例，对三维扫描在工程测绘中的应用进行分析。
关键词：三维激光扫描；使用要点；工程测绘；应用
三维扫描在测绘领域中的应用非常广泛，其在土方量和体积量计算中、在测绘采空区中、在文物古建筑物测绘中、在水利水电测绘中以及在交通运输中等都得到有效应用。
一、三维激光扫描系统的概述
三维扫描是指集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。地面三维激光扫描系统由三维激光扫描仪，数码相机，扫描仪旋转平台，软件控制平台，数据处理平台及电源和其他附件设备共同构成，是一种集成了多种高新技术的新型空间信息数据获取手段。三维激光扫描仪的发射器通过二极管发射出激光脉冲信号，经过旋转棱镜射向目标，然后通过探测器，接收反射回来的激光脉冲信号，并由记录器记录，最后转换成能够直接识别处理的数据信息。三维激光扫描仪对实体进行扫描时，获取了不同对象对激光的光射时间差，从而测出激光与物体之间的距离，用编码器来测量镜头旋转角度与激光扫描仪的水平旋转角度，最终获取被测对象表面每个采样点空间立体坐标，得到被测对象的离散点集合。这些称之为“距离影像”或“点云”。所获取的由点云组成的影像与通常的扫描的栅格影像最大的区别就是具有可量测性。激光扫描不需要光源，可以在黑暗中进行测量，因此能够在夜间和黑暗的作业环境中进行扫描。
二、三维激光扫描的使用要点
1、准备工作要点。对任务进行分析研究，同时要取现场查看现场条件，考虑到扫描仪仪器自身特点制定合理、可行的技术方案。考虑因素包括被扫描对象周边的环境、高度、物体表面的纹理结构等。
2、过程实施要点。首先对仪器进行必要的检查，如电池、SD容量，对项目及扫描技术指标进行设置，包括分辨率、质量、GPS、照片、项目名称等，在各项准备工作检查过后开始进行扫描，根据精度要求可以确定采用标靶球拼接还是云际拼接的方式。在扫描过程中避免场地振动、人员来回走动等干扰精度的情况。每站扫描完成后可以通过仪器自带的显示器查看场地是否按要求进行了扫描，如发现遗漏及时补充。各站数据需要有一定的重叠率，我们的经验是不得低于35%，利于后期的数据拼接，满足精度要求。结束后要及时将数据拷贝到计算机中存储，避免丢失。
3、数据处理要点。通过各个扫描仪自带的点云拼接软件进行各站数据的整合，如FARO公司的SCENE，莱卡公司的cyclone等。拼接、注册完成后需检查拼接精度，正常要求成果合格率高于95%，成果可以分区块导出，格式有多种。后期根据各个项目的特点使用各种第三方软件进行深度处理，目前已经有多款通用软件支持点云处理工作，比方3Dmax2016以上、GEOMAGIC等。
三、三维激光扫描技术在工程测绘中的应用分析
1、外业数据采集。三维激光扫描仪具有对中整平功能，是一种全站式三维激光扫描仪，从而可像全站仪一样架设在已知点上展开外业数据采集，测量得到的点云就是真实的三维坐标。
测量时首先对测区周围环境进行观察，在测区内布设控制点，平面控制测量使用全球定位、实时定位系统（GPSRTK）或全站仪来完成。高程控制测量使用水准仪测量。在扫描过程中通过在已知控制点上设站，将每个站点与其地理坐标的关系设置好。确定采样间隔开始扫描。采样间隔太大，对后期数据处理精度造成影响，采样间隔太小，采集的点云量庞大，给后期数据处理带来很大麻烦。通视好的情况下，每站的扫描距离在80m左右，保证相邻测站间有一定的点云重叠区。如通视情况不好，适当增加扫描站数，直到目标区域扫描完成为止。
2、标靶和控制点的测量和分布。在采集数据时，由于三维激光扫描仪与被扫描物体形成的夹角不同，它的空间分辨率也会随之变化，这和扫描仪的测距是有关系的。一条道路的测量往往需要多个测站来完成，就是因为不同的扫描距离和点的精度不同，此外还可能有别的障碍物的影响。为了供点云拼接，需要在每个相连的测站重合的部位设置3个以上且要形成不规则图形的标靶，根据扫描仪的测距，将这些测量数据结合在一块。
3、精密工程测量。对于GPS配合三维激光扫描工程测绘技术的实际应用，其同样还能够在精密工程测量中表现出较为理想的作用效果，随着当前工程项目施工建设要求的提升，相应精密性要求也越来越高，尤其是对于一些相对而言较为关键的工程项目，更是需要切实做好工程测绘工作，确保相应工程测绘能够表现出理想的高精度，避免三维坐标信息出现明显威胁。结合这种精密工程测量工作的落实，其能更好发挥GPS配合三维激光扫描工程测绘技术的作用价值，有助于实现对于所有地形信息及其坐标信息的优化，降低可能出现的工程测绘偏差威胁。在精密工程测量方面，对于地面和机载扫描仪进行有效运用是比较重要的一个方面，其确实能够表现出较为理想的作用价值，能够实现最终三维模型的有序构建，避免可能出现各类工程测绘偏差威胁。
4、采集数据的处理。在处理激光雷达点云数据时，对于不在同一站点获取的点云数据要严格匹配，其主要有：点石匹配、噪声的消除、分割、坐标的转换、图像的匹配。将其进行目标构模和进行定量分析并归置于一个坐标系内。一般采用以下方式：（1）为进一步与其他数据同步处理需要在GPS的帮助下，获得各个扫描站点的具体坐标，将获取的点云数据导入，就可以得出比较准确的点云地理位置。噪音数据和点云数据的区别就是在于它是没有规律且不连续比较杂乱的，可利用这一个特点将噪声数据迅速剔除掉。分割点石构建目标模型。作为该地区的地理样貌特征信息资料，要截取到清晰的纹理图像与点石匹配。（2）若在扫描时，多次扫到相同的目标，可以对数据进行抽隙处理，是因为采集到的点云数据过多而密集，不易于整理归纳，这种方法叫冗。（3）点云拼接的过程是结合在每个测站得到的数据通过設置在测站周围的标靶联合拼在一起。点云拼接好后，可以利用布置好且测量正确的三维坐标，将其纳入到我们使用的平面直角坐标系里。（4）处理后的点云数据，在生成等高线的过程中，点云数据会排除一些非地貌影响的因素后并根据测绘的详细进度做出相应的变动。在地形测绘的时候若点位过于密集且分布不均匀的话那么地面的详细信息则不可用三维激光扫描。有些较为烦琐的细节信息会导致等高线混乱，而这种情况是因为采用了扫描点构造三角网追踪等值线。（5）对造成等高线残缺、变形或者不完整的情况，可以进行手动修复点云的数据，参考照片的时候标记好高程，形成轮廓后对其进行局部的修改。这种情况的发生多是在编辑地形图的时候，将等高线的图形和地面物体的图形重叠在了一起编辑，而有些部分的物体数据删除后就会引起这种情况。
结束语
综上所述，三维激光扫描技术为人们提供了一种全新获取空间信息的方法。传统的人工单点获取数据精度差、速度慢，如今的连续自动化优点使其应用范围扩展到了工业测量、地形测绘、智能交通等诸多方面，因此对三维扫描在测绘中的应用进行分析具有重要意义。
参考文献
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[2]李强等.三维激光扫描在矿区地面沉陷变形监测中的应用[J].中国地质灾害与防治学报，2014
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