张梁杰
杭州纳智土地勘测规划设计有限公司 浙江杭州311400
摘要：随着科技的不断进步，三维激光扫描技术逐渐发展成熟，其改变了传统测绘技术的诸多不足之处。由于这项技术实现了从点测量到面测量的跨越，因此它的测绘精度较高，工作人员只需在测绘点上放置一定数量的标靶，就可以用激光扫描仪来自动测量道路的各种图件，基于上述优点，使它成为公路工程施工、验收过程中的主要测绘技术。
关键词：地面三维激光扫描技术；道路工程；工程测绘
引言
随着社会经济的不断发展，对道路工程的要求越来越高，传统的测绘技术在道路工程测量中存在着许多不足之处，不能保证测量结果的准确性，而采用地面三维激光扫描技术进行道路测量，不仅可以提高测量精度，而且可以降低测量成本。本文分析了地面三维激光扫描技术在公路工程测绘中的应用，阐述了它的工作原理和使用方法，希望能对提高公路施工质量有所帮助。
1地面三维激光扫面技术的测绘方式
激光扫描测绘技术的方法主要分为两种，一种是固定测绘方法，这种方法与全站仪的原理比较相似，都是通过计算机系统控制扫描装置，对公路工程的测绘图象进行拍摄，然后进行加工。此项技术扫描面积大，扫描区域可形成多个测绘点，扫描精度高，测绘范围广。二是移动扫描技术，该技术与固定扫描技术的扫描方法相同，只是扫描系统可以安装在移动设备上，利用移动设备来确定绘图地点的导航和定位。
2道路工程测绘的具体要求
根据完成状态，道路项目可以分为两种类型：新道路和修复道路。当开始建造新道路时，需要以大比例尺地形图为基础，并且还必须获取有关项目横断面和纵断面的数据信息。只有获得了这些重要信息，才能确保道路工程路线选择的安全性，这对于后续的施工操作是有利的。对于道路维修，公共汽车站，交通建筑等，必须重新规划，并且除了大比例尺的地形图，横断面和纵断面等数据信息之外，还必须测量原有的设施。为了完成上述工作，应用先进的地面三维激光扫描测量技术，能满足道路工程测绘的要求，并取得明显的效果。
3地面三维激光扫面技术在道路工程测绘中的应用
利用激光扫描设备测量公路工程的距离，是地面三维激光扫描技术的基本原理，整个工作过程就是对公路工程的各种数据进行收集、计算，最后通过计算机系统得到公路工程的实际地图。在此基础上，运用计算机建模技术，建立公路工程的模型及剖面图。
测绘员在利用这种技术进行测绘时，激光扫描设备会向被扫描物体发射激光，然后接收回光，通过计算激光照射与回光之间的差异，来测量被测路段的距离，然后不断地调整扫描位置，测量道路工程的立体坐标，以此来计算道路工程的全部数据。由于采用这种技术的限制条件较少，可应用于各种环境条件下的公路工程，所以它的适用范围比较广泛。
3.1扫描道路
为了建立高精度模型，测绘人员在进行测绘工作时，必须保证各扫描点测绘结果的准确性，且扫描点分布要合理。由于扫描设备多为放置于地面的架设设备，其高度最好不超过两米，应确保激光扫描仪发出的激光不与路面呈垂直状态。一般用激光扫描仪测绘的主要形式是极坐标，这种测绘形式与中央投影仪基本相同。当激光与路面呈近似垂直状态时，其扫描结果最为精确。若激光在路面上表现出不规则状态，则所得到的扫描结果就缺乏准确性。所以，用激光扫描技术绘图时，绘图者可能会遇到以下两种问题：
首先，扫描点不能均匀分布，当扫描点范围变小时，扫描点的位置变得越来越密集，扫描点在不断变化的同时，扫描点也在不断地变化。
其次，当外部扫描时间超过预期时，激光扫描速度会下降，如果同时扫描不同距离的扫描点，则扫描点的密度会发生变化。
因此，测绘人员应根据实际情况合理安排扫描点的位置，使其密度符合标准，并根据扫描的实际情况，采用分块扫描法，以提高扫描的精度和效率。
3.2确定扫描块
为了进一步控制扫描点密度，提高扫描效率，制图人员首先要对扫描区域的扫描点进行整体规划。一般路面两侧都有防护林、街灯、隔离护栏等设施，这些设施在安装过程中也有一定的规律，测绘员可将其作为参照物，合理布置扫描点。测绘过程中，应尽量避免测绘工作给交通造成妨碍，因此，测绘人员可在道路两侧架设防护林和花坛，以防止其妨碍交通。
3.3采集外业数据
测绘员在利用地面激光三维扫描技术采集外业数据时，由于激光扫描技术的扫描距离不是无限的，扫描距离越远，其准确度越低，在空间上的分辨率也会随着扫描距离的变化而变化。因此，测绘员在利用地面激光三维扫描技术采集外业数据时，存在着扫描结果不准确的问题。为解决以上问题，测绘人员需要在扫描工作开始前，将扫描区移除障碍，然后合理放置标靶的位置，使扫描区的距离不要过远。测绘员还可对公路工程进行分段扫描，并收集各区域的扫描结果，统一汇总后，利用 GPS技术计算其空间坐标。
取样间隔的确定是提高测绘精度的另一种方法，取样间隔过大会降低测量精度。取样间隔过小，不仅会增加测图员的采集工作量，而且还会对后续的数据上传、保存和处理产生影响。为此，测图员在使用该技术时，应根据公路工程的实际情况，合理确定采样间隔。若该路段视野状况良好，扫描点间距应在45米左右，这样相邻扫描点将出现交叠，扫描精度将提高。在视野条件较差时，应缩短扫描点之间的距离，增加扫描点，保证有效地扫描整个道路工程区域。
3.4业内数据处理
外业采集的数据量比较大，它不仅包括对制图有用的数据，还包括一些无用的数据，对于这部分数据，业界常称之为“噪声数据”。测图员需要对这些巨大的数据进行处理，以提取有用的数据，以便更好地利用数据。常用的测图员处理数据的方法有数据滤波、虚拟测量和 DEM建模。在公路测绘中，经常采用的数据滤波处理技术，由于外业单位收集到的数据量较大，且大多数是无用数据，这些数据的存在增加了测绘工作的难度。为了达到这个目的，制图者需要删除这些无用的信息，这一删除过程称为数据过滤。测绘员可以根据无用信息的无规律性，找出无用数据进行删除。
3.5虚拟测量
因为点云数据只是大量的三维信息，其本身并不具有成像能力，测绘工作需要使用摄像机来拍摄真实图像，由前者提供建模数据，而后者保证数据的准确性。采用三维建模软件对这些数据和影响进行描述，确定合理的比例，最终形成公路工程地形图。
3.6建立三维模型和纵横断面图
采用地面三维激光扫描技术的最后一步是三维建模，测绘人员可将行业内的数据代入到建模软件中，软件可根据数据处理结果生成等高线，并可根据实际情况调整等高线之间的距离，然后将具有编号的中线放置于 TIN模型的空间坐标上，生成公路工程的纵横断面图，从而为公路工程施工提供指导和帮助。
4结束语
总之，把地面三维激光扫描技术应用到公路工程测绘中，利用激光扫描、点云数据等技术，能有效提高测绘工作的效率和精度。因此，我国交通部门需要重视这一技术的应用，以保证公路工程测绘的准确性。
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