张绪东，梅帅帅
济宁市勘测院，山东省济宁市，272000
摘要：隧道断面测量是隧道竣工测量中的一项重要工作，对于隧道施工的精度评价、隧道结构安全监测、验证设计线路符合程度等方面具有重要意义。将激光扫描仪技术应用于隧道竣工测量，自动化程度高、数据采集速度快，可大大提高隧道检测数据采集的速度和精度，并能提供详尽的三维真实影像模型，直观反映隧道内部情况，在以色列红线项目的实际应用中取得了良好效果。
关键词：激光扫描仪技术；点云；隧道竣工测量
引言
三维激光扫描技术具有精确度高、适用范围广等优势，在建筑工程竣工测量领域发挥着至关重要的作用。针对此，本文围绕三维激光扫描技术在竣工测量领域的实际应用展开探究，旨在探索精准高效的外业测绘新模式。
1简述三维激光扫描技术的基本概念
三维激光扫描技术是一种新型扫描测量技术，其主要通过激光测距的原理完成对建筑物详细数据的测量工作。在使用三维激光扫描技术对建筑物进行测量时，三维激光扫描仪首先会通过激光扫描的方式确定建筑物的具体坐标以及颜色等信息。此后，根据已获取的坐标、颜色等信息构建出一个立体的建筑模型。可以根据三维激光扫描仪所建立的模型准确、快速地测量出该建筑的相关数据，进而完成相应的质量检查等工作。
2简要概述地面三维激光扫描技术的实际优势
地面三维激光扫描技术大致有以下几点实际优势。首先，地面三维激光扫描技术可以高精准地测量出施工建筑的各项数据。地面三维激光扫描技术还可以有效提高竣工测量的效率。传统的测量方法人们往往都是在顶上工程尚未开始前，便通过人工测量的方式对工程项目的相关数据开始进行测量。然而，这种方式不但会在测量中产生一些误差，还会耗费大量的时间以及人力物力。
3三维激光扫描技术在工程竣工测量领域的实际应用
3.1外业数据采集
天宝TX8扫描仪外业操作相对简单，仪器安装在脚架上后置平，建立项目，设置扫描参数，即可开始扫描。由于一般情形下需设置多个测站才能完成整个项目的测量，子项目之间需保证一定距离的重叠，需设置至少3个球形或平面标靶作为同名点衔接测站之间的数据。为了实现激光扫描仪成果从自定义坐标系到工程坐标系的配准，应保证至少3个靶标具有工程坐标系的精确坐标。
3.2数据预处理与坐标配准
测量数据导入天宝处理软件后，利用软件提供的配准方式对测量数据进行预处理和配准，使各测站之间的数据拼合成一个整体，并从测站坐标系纠正到统一的地理坐标系中。由于球形靶标拟合球心坐标在算法上具有更高的精度，因此隧道竣工测量中选用球形靶标进行测站定位。由生成的配准报告可知，绝对坐标配准最大误差约为3mm，符合定位精度要求。
3.3扫描数据编辑
在扫描仪获得的数据中，由于存在大量不属于隧道管壁的内容，需在软件中手动剔除这些数据。手动剔除需分段编辑、效率较低，本文开发了相应的程序对点云进行剔除，能自动删除大部分无效数据，提高了数据处理的效率，降低了人工劳动强度。
3.4隧道设计数据导入
为实现隧道扫描数据与设计模型的对比，就需要建立隧道设计的三维模型，首先将隧道中心数据导入处理软件，利用每米间隔三维坐标数据生成隧道中心的三维轴线；然后在垂直于轴线的平面上绘制一个标准设计断面；最后处理软件根据上述两个要素生成隧道的三维模型。在主菜单下选择，进入表面到模型检查，根据需要设定断面的间距、起始点和结束点以及采样点的密度等参数，可得到批量断面检测结果。
3.5成果输出
虽然RealWorks处理软件可以生成断面报告来显示断面各个位置的偏差，但对于隧道断面尤其是圆形隧道断面而言，更重要的是反映实际隧道断面的准确圆心坐标以及它与设计圆心的偏差。为了使断面检测报告格式更加符合要求，本文将断面提取数据导出到AutoCAD中，再利用自己开发的程序对导出数据进行提取处理，生成所需的报告形式。
3.6点云数据自动过滤
在扫描仪采集数据的过程中，隧道中施工环境复杂，不可避免地参杂了一些无用数据，RealWorks处理软件提供了通用的点云编辑工具，但点云数据量非常大，手动编辑效率较低。本文通过分析点云文件格式，利用Csharp语言开发了相应的程序，实现了对LAS格式点云数据文件的高效读取和处理；通过三维坐标和隧道设计轴线的数学关系，对无序点云进行有序化管理，并实现了自动筛选，自动剔除无效数据，减少了无用数据；利用AutoCAD.NET接口编写程序，自动提取特定里程的断面上的三维点数据，并根据最小二乘法拟合出实际隧道断面圆心坐标，生成自定义格式的断面检查报告，大大提高了处理效率。
4三维激光扫描技术在工程竣工测量领域的实际应用
4.1三维激光扫描技术具体流程
在使用三维激光扫描技术进行竣工测量时，施工人员首先需要设计测量方案。在测量方案的设计过程中，需要根据当地的环境以及测量的对象进行针对性地设计，从而更加准确、便捷地完成相应的测量工作。第二，在完成测量方案设计后，需要对外业数据的采集点进行布置，方便后期数据信息的搜集工作。第三，还需要对测量得到的内数据进行处理，以方便云模型的建立。在完成上述工作后，三维激光扫描仪将可以自行对测量数据进行存档，并通过测量得到的数据建立相应的云模型，进而方便施工人员对其进行检测工作。
4.2采集测绘测量数据
在对通过三维激光扫描技术所测量得到的相关数据资料进行采集时，需要根据当地的环境以及测量的目标选择特定的三维激光扫描仪。一般所常用的三维激光扫描仪为反射距离在500米的扫描仪。此外，在使用扫描仪采集测量数据时，需要选择相应的模式。三维激光扫描仪中有两种模式，分别是无靶标相对定向模式与绝对定向模式。绝对定向模式需要确定靶标才可以进行工作，而无靶标模式则无需确定靶标。
4.3针对测绘测量数据进行集中优化处理
在数据采集结束后，还需对所获取的三维竣工测量数据进行集中优化处理。具体来说，就是针对点云数据实施去噪和修复，并提高点云配准精确度。通常情况下，由于外界环境因素的干扰，会导致原始点云数据出现噪音和间停。针对此，应当采取合理措施完成数据的去噪和修复，从根本上增强数据的清晰性和完整性。结合现阶段的工程测绘测量作业开展形势可知，借助扫描仪配套软件可以高效去除点运数据的噪音，然后经由工作室集中处理完成去噪和修复。当下，点云数据配准方式主要包括后视定向配准和站间配准两种。其中，后视定向配准就是在软件中准确键入靶标坐标和测站基准坐标，借助后视定向配准模块，实现对原始点云数据的坐标定位。
结束语
与其他测量方式一样，三维激光扫描仪获得的数据的实际精度也受环境条件制约和影响，在测量过程中必须进行有效的控制和筛选才能得到理想的数据。三维激光扫描技术虽然精度高、数据获取速度快，但数千万乃至上亿个点的数据对计算机硬件、软件处理能力都提出了更高的要求。激光扫描仪硬件技术发展基本成熟，但应用软件的发展相对落后，若想利用激光扫描仪为工程测量服务，就必须拥有成熟的软件，高效率地处理点云数据，这还需要做大量的工作。
参考文献
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