三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用摘要：本文簡(jiǎn)單說(shuō)明三維激光掃描技術(shù)的特征，分別從外業(yè)、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)收集中軸線生成、斷面提取、土方量計(jì)算以及三維立體模型構(gòu)建五方面分析該技術(shù)在工程測(cè)量中的實(shí)際運(yùn)用，以此增強(qiáng)工程測(cè)量準(zhǔn)確性、科學(xué)性。關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)；工程測(cè)量；斷面提取前言：由于地下空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于開發(fā)與管理，在空間數(shù)據(jù)采集方面的難度大。因此，為保證地下空間測(cè)繪結(jié)果準(zhǔn)確性，就需重視三維激光掃描技術(shù)的使用，以此提高此類工程測(cè)繪效率與質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)地下空間的科學(xué)化管理。1三維激光掃描技術(shù)特征三維激光掃描技術(shù)的使用可實(shí)現(xiàn)對(duì)地形圖的快速、精準(zhǔn)測(cè)繪，將使用該技術(shù)得到的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)云點(diǎn)作為依據(jù)，計(jì)算三維地形模型圖。在此期間，能夠自動(dòng)獲取圖形等高線。實(shí)際施工時(shí)，借助所構(gòu)建的模型，將其同計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，便可準(zhǔn)確得到土石方開發(fā)數(shù)據(jù)，為后續(xù)工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持，有利于工作人員建設(shè)圖紙的設(shè)計(jì)，以保證工程合理、有序進(jìn)行。此外，三維激光掃描技術(shù)還能測(cè)量工程測(cè)繪地形、建筑施工地質(zhì)、交通管理等工程，促使數(shù)據(jù)測(cè)量朝著便捷性的方向革新。但采用此技術(shù)時(shí)，對(duì)于測(cè)繪人員的要求較高，需熟練掌握技術(shù)操作方法。同時(shí)對(duì)于測(cè)繪過(guò)程中應(yīng)用到的各類測(cè)量?jī)x器操作步驟也需做到有效掌握，以此充分發(fā)揮三維激光掃描技術(shù)的工程價(jià)值，確保測(cè)繪數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確性，提高測(cè)繪流程與工序?qū)I(yè)性，并借助此技術(shù)連接多個(gè)網(wǎng)格軟件，搭配云計(jì)算技術(shù)、分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描數(shù)據(jù)的快速處理［1。］2工程測(cè)量中三維激光掃描技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用2.1外業(yè)數(shù)據(jù)收集為保證點(diǎn)云數(shù)據(jù)的真實(shí)性、完整性，就需重視對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的勘測(cè)，依托于實(shí)際情況，開展測(cè)量方案的設(shè)計(jì)工作。同時(shí)，測(cè)繪人員還需明確在處理業(yè)內(nèi)與外內(nèi)數(shù)據(jù)時(shí)的具體要求，若所測(cè)量的工程為地下硐室，則需在不同通道口處設(shè)置控制點(diǎn)，以此實(shí)現(xiàn)內(nèi)外數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。由于硐室的橫斷面較大，且內(nèi)部存儲(chǔ)物品較復(fù)雜包括各類設(shè)備、材料，而一些硐室還會(huì)被用作休息室、機(jī)修房等，結(jié)構(gòu)與用途的特殊性會(huì)限制三維激光掃描儀的測(cè)距。因此，在對(duì)其進(jìn)行外業(yè)掃描時(shí)，盡可能設(shè)置多個(gè)測(cè)量站。為使相鄰站的點(diǎn)云數(shù)據(jù)能夠達(dá)到完好拼接，就需在該測(cè)量站之間設(shè)置三維掃描球形標(biāo)靶，數(shù)量需多于3個(gè)，且各標(biāo)靶應(yīng)在不同水平線上。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)收集整理外業(yè)測(cè)繪到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將其上傳至點(diǎn)云處理軟件中，借助目標(biāo)配準(zhǔn)工具，完成各數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)工作。在此過(guò)程中，作業(yè)人員需明確標(biāo)準(zhǔn)偏差，一般為0.45cm。同時(shí)還需了解三維空間坐標(biāo)系各方向的殘差，分別為X:0.18cm、Y：-0.66cm、Z:0.35cm。同樣以硐室為例，由于其內(nèi)部擺放物品較多，因此，在測(cè)繪期間為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，需將可移動(dòng)的設(shè)施進(jìn)行換位處理。這一過(guò)程中，極易掃描到測(cè)量人員，導(dǎo)致點(diǎn)云數(shù)據(jù)失真。對(duì)此，需針對(duì)采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，采取科學(xué)的手段，將工作人員與內(nèi)部設(shè)施等噪聲點(diǎn)加以凈化，最終得到具有參考性與真實(shí)性的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。生成中軸線適當(dāng)選取空間切片切片厚度，大約5cm，并保證所選取的切片垂直于XOY平面，按照工程走向?qū)μ幚砗蟮狞c(diǎn)云數(shù)據(jù)執(zhí)行均勻切割，最終得到點(diǎn)云切片數(shù)據(jù)。從大量數(shù)據(jù)中，隨機(jī)選取一組點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并將其以投影的方式呈現(xiàn)到XOY平面上以此獲得中軸線點(diǎn)云的輸入數(shù)據(jù)。緊接著借助移動(dòng)最小二乘法細(xì)化中軸線點(diǎn)云，再使用非均勻有理B樣條曲線擬合細(xì)化處理后的點(diǎn)云，為后續(xù)斷面提取工作提供精準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)支持［2。］提取斷面將上述構(gòu)建的中軸線作為依據(jù)，在此基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意工程部位斷面的提取，充分分析工程建設(shè)圖紙，以此了解工程內(nèi)部整體分布情況，選擇便于施工的一側(cè)，朝著中軸線所處的方向開展點(diǎn)云切片作業(yè)。切片過(guò)程中，需合理控制切片間距，通常為3m,但若工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需適當(dāng)縮小切片間距，以保證各區(qū)間點(diǎn)云均具有可分析與計(jì)算的價(jià)值，此工序完成后，便可獲得點(diǎn)云切片數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，還需對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，但測(cè)量人員應(yīng)明確斷面曲線擬合法向最大偏差即1cm。此外，將幾何最大偏差與幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差分別控制在0.8cm、0.195cm以下，而法向標(biāo)準(zhǔn)差不得大于0.2cm。2.5計(jì)算土方量將點(diǎn)云數(shù)據(jù)同三維空間坐標(biāo)系結(jié)合在一起，打造出工程基準(zhǔn)面，并對(duì)斷面加以提取，具體操作如上。只有保證以上各環(huán)節(jié)落實(shí)的合理性、科學(xué)性，所獲點(diǎn)云數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，方可保證工程土方量計(jì)算結(jié)果的真實(shí)性。開展此環(huán)節(jié)時(shí)，需借助三維激光掃描技術(shù)，對(duì)工程所有信息進(jìn)行全面分析。一般情況下，工程信息不同斷面的形狀也會(huì)呈現(xiàn)出差異性，通常以高程為主，但對(duì)于較為特殊或有明確要求的工程來(lái)說(shuō)，其斷面形狀也可能為曲面。確定斷面形狀后，剔除地形圖中不屬于地貌或不能反映地貌信息的數(shù)據(jù)，比如工程內(nèi)部設(shè)施。執(zhí)行剔除工作時(shí)，可采用平均面迭代法，并堅(jiān)持反復(fù)多次剔除原則，確保所有不符合要求信息盡數(shù)去除，以提高工程基準(zhǔn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。緊接著將斷面作為依據(jù)，依托于三維激光掃描技術(shù)構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)（具體操作如下），將三角網(wǎng)中的數(shù)據(jù)與坐標(biāo)系中的數(shù)據(jù)相互結(jié)合，打造數(shù)字模型即三角網(wǎng)格模型，通過(guò)匯總并計(jì)算模型中存在的數(shù)據(jù)，便能夠準(zhǔn)確得出工程挖方量及需填方體積。2.6構(gòu)建三維立體模型對(duì)去噪后的點(diǎn)云進(jìn)行空間采樣處理，結(jié)合工程整體規(guī)模對(duì)空間采樣的點(diǎn)間距加以控制，并匯總所有采集得到的點(diǎn)云數(shù)量做好記錄，利用點(diǎn)云處理軟件打造三角網(wǎng)工具。由于去噪處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)體現(xiàn)出離散的特點(diǎn)，因此需在三維激光掃描技術(shù)與工具的支撐下，將其轉(zhuǎn)化三角網(wǎng)格模型。若各環(huán)節(jié)施工準(zhǔn)確、有效，則生成的網(wǎng)格模型與工程外觀三維模型整體樣式相一致，呈現(xiàn)出良好的幾何準(zhǔn)確性但為達(dá)到可視化的要求，就需對(duì)網(wǎng)格模型進(jìn)行適當(dāng)處理，依托于專業(yè)模型制作軟件如3DMAX，為網(wǎng)格模型映射相應(yīng)的紋理，并結(jié)合工程外觀風(fēng)格，對(duì)模型進(jìn)行色彩渲染（如圖1所示），促使工程真實(shí)三維模型效果得到全方位還原。圖1基于3DMAX軟件構(gòu)造的三角網(wǎng)格模型結(jié)論：現(xiàn)如今，三維激光掃描技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于地下空間工程測(cè)繪與管理工作中，不僅可對(duì)空間內(nèi)的斷面進(jìn)行提取，還能計(jì)算土方量，并在該技術(shù)的支持下，打造出三維立體模型，以此提高工程測(cè)