工程测量中应用地面三维激光扫描测量技术的实践探讨

闵松

（中机三勘岩土工程有限公司，湖北武汉， 430000 ）

摘要：随着我国社会发展速度的不断加快，建筑行业也进入了新的发展阶段，建筑工程数量增加，工程规模扩大。在建筑工程施工过程中为了可以保证施工质量，需要开展工程测量作业，获取精准的数据，为工程设计、工程施工活动的开展提供数据支持。在工程测量过程中三维激光扫描技术属于较为常见，近年来该技术得到了改善，测量精度、测量效率提高，测量范围扩大，可以满足工程测量作业的需求。基于此，本文对三维激光扫描测量技术的概念和原理进行了分析，提出了在工程测量中三维激光扫描测量技术的应用，以期可以为工程测量提供有效参考。

关键词：工程测量；三维激光扫描；测量技术；实践应用

工程测量在建筑工程规划、工程建设以及工程管理过程中占有地位，能够强化工程的建设效率，获取和工程建设相关的空间数据。以往在工程测量作业中所使用的技术效率低下，获取的数据精度较低，影响了工程设计质量，给后期施工造成了不利影响，因此人们开始寻求新的测量技术。三维激光测量技术是20世纪90年中期在建筑工程建设中所使用的新型技术，突破了传统测绘技术的局限性，利用高速激光扫描测量的手段，能够在短时间内获取大量空间数据和三维坐标，能够构建三维影像模型。三维激光测量技术在工程测量中应用较为广泛，取得了较好的应用效果，作为测量人员应当掌握技术的要点，将其合理应用在测量作业中。

一、三维激光扫描测量技术

（一）概念分析

三维激光扫描测量技术是空间定位系统技术后一项新的测绘手段，可以针对被测对象进行精准测量，获取三维坐标数据，不需要和测量对象进行直接接触，同时还可以结合测量对象的变化调整数据，精准度较高^[1]。三维激光扫描测量同时也被称之为实景复制技术，能够利用三维的方式对测量场景进行再现和还原，并将收集到的信息及时输送给测量人员，提升了测量人员获取数据的效率。三维激光扫描技术使用较为简便，不需要使用过多的时间进行学习，主要包括地面激光扫描以及空中激光扫描，其中地面三维激光扫描的测量精度较高，避免了人为误差带来的影响，并且扫描的范围较为广泛，可以在短时间内获取区域内地 所有地形数据。但是地面三维激光扫描技术也存在一定的缺点，需要投入较多的资金购买设备和测量软件，且对测量设备过于依赖，如果在使用过程中发现设备出现故障会影响到测量作业的开展。

（二）主要原理

三维激光扫描技术是我国目前所使用的常见测量技术之一，国内已经开始针对这一技术展开深入研究。三维激光扫描技术的应用原理为激光测距，可以针对物体的表面进行测量，获取密集的三维坐标信息，同时能够了解被测量对象的反射率以及纹理情况，根据获取的数据可以构建出虚拟的模型，展示出和物体相关的图件数据。三维激光扫描技术和以往的单点测量技术相比取得了革命性的突破，使得该技术在各个领域均有所应用，例如建筑领域、文物保护领域、工程规划领域、工厂改造等，近年来也开始在灾害评估、数字城市建设以及军事分析等领域进行应用。目前人们已经开始对三维激光测量扫描技术进行了不断的优化，满足了工程测量活动的开展需求，推动了工程测量作业的快速发展。

二、三维激光扫描测量技术在工程测量中的应用

（一）测绘地形图

地形图具体是地表起伏形态、地理位置以及地貌形状在水平面上投影后所产生的投影图。地形图在多个领域均有着广泛的应用，通过地形图能够了解地形情况和地貌分布特点，对于后续相关活动开展有着重要的影响，能够为其提供数据支持^[2]。测量是工程建设中的关键环节，目前在测量活动中开始应用了各种新型的测绘技术，可以保证地形图测绘质量和精准程度。三维激光扫描测量技术可以针对特殊地形进行测绘，例如悬崖或者断面等，有效提升了地图测绘的全面性。首先，需要获取测绘对象特征点。利用三维激光扫描系统针对地形实施扫描，通过该系统可以根据实景地形的具体情况自动分析地形特点，找出其中特征较为明显的事物，并将具有标志性特点的建筑及时进行标识，即完成了特征点的获取。将获取到的特征点信息利用数据链进行导入，使其可以被传输到地图编辑软件内，数据内容还包括周围存在的建筑数据，相对位置、比例数据等，保证可以更好的还原实景。其次，形成等高性。在完成扫描和数据处理之后进行等高线的绘制，在该环节需要利用人工联合自动化系统共同开展。由人工对数据进行分析，将不属于地形点的数据进行删除处理，之后通过反复平均法计算数据，得出平均面。整理数据，反复测算数据，保证地形图绘制的精准程度， 最后将抽稀所获取的点云数据传送到地形图绘制软件中，形成等高线，可以保证等高线具有精神性的特点。在完成上述工作后即可开始进行地形图的测绘，针对等高线存在的不清晰或者弯曲问题需要进行处理， 并对其他要素展开加工，在地形图上方增加标注，最终完成地形图的绘制。三维激光扫描技术可以有效减少野外进行测量作业的难度，但是仍然没有形成数据一体化处理的应用平台，点云数据在处理过程中出现了效率低下的问题，因此需要在今后的数据研发过程中融入大数据、云计算等技术

^[3]。

（二）计算土方工程

在工程建设过程中土方测量是极其重要的环节，如果土方测量出现了不准确的问题，会影响工程建设质量，因此必须要保证土方工程量计算的准确性。当使用三维激光扫描技术对土方工程量进行计算时，需要利用所获取到的三维坐标数据构建基准面。之后针对数据价值进行分析，针对利用价值较小的数据进行剔除处理，保证所有数据的应用有效性。在完成数据剔除后利用专业的手段对数据进行计算，例如在工程建设过程中需要获取道路纵横段的数据，在计算土方量时应当先收集和纵横段相关的数据信息，同时还包括道路红线数据和边坡数据。完成数据收集后需要结合技术的优势形成曲面模型，将外部测量作业过程中所获取的扫描信息进行处理，形成实地地面模型，对坐标数据进行转化。最后将曲面以及地面两个模型按照一定比例实施增减计算处理，在完成计算后获取工程的土方量^[4]。

当对点云数据进行处理之后，需要进行坐标系的转移，使其从虚拟转移到工程建设坐标系中，在坐标系转移过程中需要重视计算控制点，对数据进行整合处理。在具体的计算过程中应当重视基准面的建立，应当在高程以及边界的基础上完成基准面的构件。通常来讲基准面即为高程平面，但是如果建设的工程较为特殊，需要结合具体的数据完成基准面建立。

（三）测量道路高程

在三维激光扫描技术使用过程中，也会为道路工程测量作业的开展提供重要帮助。以往在针对道路高程进行测量时，需要利用人工的方式进行测量，测量工具通常为水准仪以及塔齿这一类，对道路路面进行段落划分，针对划分后的道路进行逐步测量^[5]。该种测量方式所需要投入的劳动力较多，测量工作极其繁重，并且由于道路建设区域可能处于边远地区，工作环境恶劣，需要露天作业或者野外作业，会给测量人员带来较多的苦恼。通过三维激光扫描技术的使用则改变了这一问题，可以利用三维激光扫描系统进行自动化扫描，获取特征点数据、距离数据、角度数据的，在导入数据后可以直接进行模型构建，能够模拟出道路实景。通过将模拟的路样图和计算获取的高程数据进行对比分析，可以保证最终获取的道路图数据精准。

（四）构建三维模型

工程建设过程中会涉及到古建筑物，古建筑物普遍是由木质结构所构成，因此古建筑物难以长期留存，在长期的社会发展过程中，会因外界条件而出现损毁的。面对这种现象，我国开始重点针对古建筑物进行修复，及时寻找古建筑物存在的隐患问题。在古建筑物修复过程中需要获取数据，因此涉及到了工程测量作业。在对古建筑物进行测量时需要重视对其采取有效的保护措施，此时可以选择地面三维激光扫描技术对其进行测量，能够避免给古建筑物造成损伤。地面三维激光扫描技术可以在不接触古建筑物的时候完成测量作业，可以在保证获取数据的基础上避免古建筑物受损。除此之外还能够对古建筑的细节位置进行还原，按照比例尺对古建筑物的任意位置进行尺寸分析和测量，可以保证数据获取的全面性。在建模时可以根据点云形成三角网模型，结合测量的需求选择数据的密集水平^[6]。或者可以选择3d max建设模型，可以将规制规则形体的剖面的数据信息计算出来。其中在模型绘制时可以通过纹理呈现的方式提升模型真实性，具体应用时需要利用扫描设备上所放置的数码相机完成纹理数据的获取，能够进一步强化古建筑模型的精准度，为后续工程修复提供了保障。

结束语：

工程测量在工程建设活动中应用较为广泛，可以为工程质量提供重要的基础保障，避免工程建设进度受到影响。当前随着科学技术发展速度的不断加快，工程测量技术也不断优化，其中三维激光扫描技术属于常用技术类型，具有测量速度快、主动性高强的特点，同时融合了数字化技术，有效提升了测量数据的准确性。三维激光扫描技术可以测绘地形图、计算土方工程、测量道路高程、构建三维模型，为工程建设活动开展提供了技术保障。在未来的技术研究过程中，应当在三维激光测量扫描技术中融入其他新型技术，或者将该技术和其他测绘技术进行联合使用，促使工程测绘进入新的发展阶段。

参考文献：

[1]司坤. 三维激光扫描技术在建筑测绘中的应用研究[J]. 中国住宅设施,2022,(01):73-75.

[2]杨勃,邵昀,唐铭阳. 三维激光扫描技术在施工场地土方测量中的应用[J]. 建筑施工,2021,43(09):1892-1894.

[3]许艳博,李毅,王忠勤,黄鹤. 三维激光扫描技术在建筑工程中的应用[J]. 测绘通报,2021,(S1):265-269.

[4]张利. 地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用[J]. 中国新技术新产品,2021,(14):110-112.

[5]林超. 地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用[J]. 住宅与房地产,2021,(19):219-220.

[6]邓丽. 三维激光扫描技术在地质测绘和工程测量中的综合应用探讨[J]. 世界有色金属,2021,(08):159-160.

作者简介：闵松，（1988.10-）男，湖北随州人，本科，中机三勘岩土工程有限公司，中级工程师；研究方向：工程测量