周佩
盐城市勘察测绘院 江苏省盐城市 224000
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诸多不足，无法保证测量结果的准确性。利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。分析了地面三维激光扫描技术在公路工程测绘中的应用，阐述了其工作原理和使用方法，以期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
三维激光扫描技术按其测量方式可分为活动式和固定式两种。固定三维激光扫描制图原理与全站仪基本相同。扫描仪是由计算机系统控制的。拍完照片后，相关人员要妥善处理。3D激光扫描技术不能扫描工程项目中的单个点，只能扫描特定的区域，所获得的数据大多是点数据。固定三维激光扫描技术最显著的优点是成图结果可靠，而且成图范围广泛。3D激光扫描技术的主要工作原理是利用激光测距，也就是简单地测量工程范围内不同地点之间的距离，对这些测绘数据在设备运行期间进行有效的采集和整理，以获得最终结果。配对之后，相关人员将绘制相应的三维模型。
激光扫描测绘技术主要分为两种方法，一种是固定式测绘方法，这种方法原理类似于全站仪，都是通过计算机系统控制扫描装置，对公路工程测绘图像进行拍摄，然后进行处理。该技术扫描面积大，扫描区域可形成多个测点，扫描精度高，测图范围广。二是移动扫描技术，与固定扫描技术相同，只是扫描系统可以安装在移动设备上，移动设备可以用来确定图纸位置的导航和定位。
2道路工程测绘的具体要求
根据完成情况，道路工程可分为新建道路和修缮道路两类。新建公路时，需要以大比例尺地形图为基础，还必须获取工程横断面和纵断面的数据信息。只有获取这些重要信息，才能保证道路工程选线的安全，有利于后续的施工作业。对于道路养护、公交车站、交通建筑物等，需要重新规划，除大比例尺地形图、横断面和纵断面数据信息外，还需要对原有设施进行测量。为了完成以上工作，应用先进的地面三维激光扫描测量技术，能够满足道路工程测绘的要求，并取得明显效果。
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距离是地面三维激光扫描技术的基本原理。整个工作过程是对公路工程的各种数据进行采集和计算，最终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模型和断面。
测绘人员在利用该技术进行测绘时，激光扫描设备将激光发射到被扫描物体上，然后接收返回光。通过计算激光照射与返回光的差值，测量被测路段的距离，然后连续调整扫描位置，测量道路工程的三维坐标，从而计算出道路工程的全部数据。由于限制条件较少，该技术可应用于各种环境条件下的公路工程中，因此具有广泛的应用前景。
3.1扫描道路
为了建立高精度的模型，测绘人员必须保证每个扫描点的测绘结果的准确性，扫描点的分布要合理。由于大多数扫描设备都安装在地面上，其高度不应超过两米。应确保激光扫描仪发射的激光不垂直于道路。一般来说，激光扫描仪测绘的主要形式是极坐标，与中央投影仪基本相同。当激光与道路大致垂直时，扫描结果最准确。如果激光在道路上呈现不规则状态，扫描结果不够准确。因此，在使用激光扫描技术绘图时，绘图员可能会遇到以下两个问题：
首先，扫描点不能均匀分布。当扫描点的范围变小时，扫描点的位置变得越来越密集。在扫描点不断变化的同时，扫描点也在不断变化。
其次，当外扫描时间超过预期时，激光扫描速度会降低。
如果同时扫描不同距离的扫描点，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，使密度达到标准，并根据扫描的实际情况采用分块扫描的方法，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的密度，提高扫描效率，制图人员首先要对扫描区域内的扫描点进行整体规划。一般道路两侧都有防护林、路灯、隔离栏等设施。这些设施在安装过程中也有一定的规律，可供测量人员合理布置扫描点时参考。在测绘过程中，要尽量避免因测绘工作造成的交通阻塞。因此，测绘人员可在道路两侧设置防护林和花坛，防止交通阻塞。
3.3现场数据收集
当测量人员利用地面激光三维扫描技术采集野外数据时，由于激光扫描技术的扫描距离不是无限的，扫描距离越远，精度越低，空间分辨率也会随着扫描距离的变化而变化。因此，测量人员在利用地面激光三维扫描技术采集野外数据时，存在着扫描结果不准确的问题。为了解决上述问题，测绘人员需要在扫描工作开始前清除扫描区域内的障碍物，然后合理放置目标位置，使扫描区域的距离不至于太远。测量人员还可以对公路工程进行逐段扫描，采集各区域的扫描结果，利用GPS技术计算其空间坐标。
采样间隔的确定是提高测绘精度的又一途径。如果采样间隔过大，会降低测量精度。如果采样间隔过小，不仅会增加制图人员的工作量，还会影响后续数据的上传、存储和处理。因此，制图人员在使用该技术时，应根据公路工程的实际情况，合理确定采样间隔。如果路段视野好，扫描点之间的距离应在45米左右，这样相邻的扫描点就会重叠，提高扫描精度。当视野较差时，应缩短扫描点间距，增加扫描点间距，以保证对整个道路工程区域的有效扫描。
3.4行业数据处理
野外采集的数据量大，不仅包括有用的测绘数据，还包括一些无用的测绘数据。对于这部分数据，业界通常称之为“噪音数据”。为了提取有用的数据并更好地利用这些数据，制图人员需要对这些海量数据进行处理。制图人员常用的数据处理方法有数据过滤、虚拟测量和DEM建模。在公路测绘中，经常采用数据滤波处理技术。由于野外单位采集的数据量大，且大多是无用数据，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，制图人员需要删除这些无用的信息，这就是所谓的数据过滤。测量人员可以根据无用信息的不规则性，找出无用数据并进行删除。
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。
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。
参考文献
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