地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用

地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用

赵丽萍1吕树春2刘柏锋3

1上海成迪测绘有限公司201808;2国家测绘地理信息局第二大地测量队150081;3黑龙江省第六地质勘察院154002

摘要：近年米，随着我国经济水平及侧绘技术的提高，地面三维激光扫描作为一种现代高科技逐渐在测绘等领域得到研究与应用，相比较于传统测绘手段的数据采集与处理方式，地面三维激光扫描技术具有很多无可替代的优点，本文将研究这项技术在道路工程测绘中的应用。

关键词：地面三维激光扫描技术；道路工程测绘；应用

引言

地面三维激光扫描技术是一种新型的测绘技术，可以实现复杂环境的深入扫描，对扫描物体的三维数据进行全面采集，进而根据采集到的数据进行三维建模，对测绘项目进行全面的分析。地面三维激光扫描技术作为一种新型的测量方法，在测绘领域中越来越广泛。道路工程测绘技术存在测绘效率低、测绘人员工作强度大、测绘人员测绘风险较大的缺点，对该技术在道路工程测绘中的应用进行研究，希望可以克服传统道路工程测绘技术存在的缺点，有效促进该技术在道路工程测绘中的应用和发展。

一、地面三维激光扫描技术的原理与构成

地面三维激光扫描技术按照测绘方式可以分为固定式激光扫描和移动式激光扫描，其中固定式激光扫描和全站仪的测绘原理相同，主要利用电脑系统对扫描仪进行控制，拍摄具体的测绘图像，并对图像进行后期处理。固定式激光扫描并不是对道路工程中单个的点位进行扫描，而是对测量区域进行范围扫描，形成大量的点位数据。这种测量方式得出的结果精度比较高，并且测绘范围比较广。移动式激光扫描是以固定式激光扫描为基础，搭载在移动设备上，可以对测绘位置进行GPS定位。

地面三维激光扫描技术的测绘原理就是利用激光测量道路工程各方面的距离，整个测绘的过程就是对范围内的数据进行不断的采集与处理，最终得出道路工程的具体测绘结果。对得出的激光测量结果进行强度匹配，绘制出具体的三维模型。

应用地面三维激光扫描技术进行道路工程测绘时，扫描设备的二极管会发射出激光信号，并通过棱镜直接射向测绘目标，并接收返还的激光信号。通过信号发射和返还的时间差，测量出发射点与被测物体的具体距离，然后不断的变换位置和角度，得到被测工程的空间立体坐标，以便对道路工程各项数据进行全面的分析。利用地面三维激光扫描技术对道路工程进行测绘不需要光源，可以在黑暗中进行测绘，使道路工程测绘更加方便。

二、道路工程测绘的具体要求

道路工程主要分为新建道路和道路修整，在新建道路时要求测绘部门提供施工区域的大比例尺地形图，并提供道路工程各个横断面以及纵断面数据。提供大比例尺地形图是为了让新建道路的选线更加安全、方便，所以大比例尺地形图中要标明地形中的具体地貌和地物。在道路工程需要修整时，需要对原有道路的各个公交站点、交通建筑物进行重新规划，所以道路工程测绘部门不仅要提供大比例尺地形图以及横纵断面的测量数据，还需要对原有道路工程中的各项交通设施进行测量，保证各项测量数据高程、尺寸的准确性。利用传统技术对道路工程进行测绘，测绘人员的工作量非常大，并且容易出现漏测现象，给道路工程的设计带来很多困难，并且对道路修整工程进行测绘时，测绘人员的安全性也很难得到保证。为了解决传统测绘技术的缺点，地面三维激光扫描技术逐渐应用到道路工程的测绘中，并取得了良好的效果。

三、地面三维激光扫描技术在道路工程中具体的测绘流程

（一）道路工程外业数据的采集

在对道路工程外业数据进行采集时，需要对整个测量区域进行观察和分析，观察整体测量范围从而布置测绘点。在对道路工程进行平面测绘时，利用GPS系统对测绘点进行定位，得出具体的空间坐标，然后对各个测绘点进行激光扫描，得出测绘点高程。在外业数据的采集过程中，需要在每个点位测量完成后，将点位与地理坐标的关系进行标注。因为外业数据采集完成后需要进行内业数据处理，为了保证数据处理精度，需要合理设置测绘点位的距离。每个点位的距离不能过大，以免出现测量真空区，另外测量点位距离也不能过小，避免点云数据过于庞大，增加的内业数据处理的工作量。在进行点位设计时，保证每个测量点位有微小的测量重叠即可。如果道路工程测绘区域的通视不佳，可以适当增加扫描站数，直到对道路工程测绘区域全部扫描完成。

（二）道路工程内业数据的处理

a.外业采集点云数据的处理

外业采集的点云数据是大量分散的数据，需要将这些点云数据进行统一处理，规划到统一的坐标系之内，绘制出整个测量区域的三维坐标点。将点云数据的重叠区域进行处理，避免多个点位数据传递产生误差，保证数据处理的整体精度。三维激光扫描仪还具有地理坐标准换功能，可以将之前标注的地理坐标和测量的空间坐标全部放置在一起，形成统一的点云数据坐标系。

b.数据滤波和抽隙

在进行外业数据采集时，因为地形复杂以及各种外界因素的影响，点云数据容易产生噪点，噪点会影响坐标系的绘制精度。为了保证道路工程坐标系精度，需要对噪点进行处理，这个过程叫做数据滤波。将三维激光扫描仪连接到计算机中，可以利用软件对点云数据的噪点进行手动剔除，如果点云数据过于密集，应该对数据进行抽隙处理，保证各个点云之间的距离，以便数据处理更加方便。

c.建立道路工程测绘数据的横纵线平面图

点云数据处理完成后，是一种不规则的空间数据，需要对空间数据进行优化，根据测绘得出的等高线绘制出具体的横纵线平面图。横纵线平面图绘制完成后可以确定道路工程的中线位置，以便对道路工程的土方量进行计算，规划道路工程具体的施工方案。

四、地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用实例

某高速公路因为使用时间过久，路面出现大范围开裂、破损现象，需要进行大的修整，为了使道路工程测绘能够具体反映出道路破损现状，要求测绘部门每隔10米提供一组横纵线断面图。该高速公路属于正常通车状态，对其进行测绘不能影响正常的交通流量。传统的测绘方法需要在高速公路上进行测绘，对测绘人员的安全造成极大威胁，因为该段高速公路破损范围非常大，传统测绘方法会增加测绘人员的工作量，所以利用地面三维激光扫面技术对道路工程进行测绘。在高速公路护栏外侧设置测绘点，对破损区域的高速公路进行激光扫描，并利用三维软件对扫描数据进行拼接。点位拼接精度的误差控制在8mm以内，整体点云的拼接误差控制在10mm之内，数据处理完成后，生成三维模型，将高速公路中的隔离带、侧边紧急车道以及顶部天桥等地物全部绘制到三维模型中。对三维模型进行平面测量，最终可以绘制出道路工程的平面地形图，利用传统方法测量该高速公路高程，将测得数据与三维激光扫描数据进行对比，发现测量误差小于0.1mm，证明该数据可用。将数据导入计算机中，利用软件绘制出具体的横纵断面图，以便为后期道路工程的大修提供数据基础。

结束语

地面三维激光扫描技术可以对地物进行无接触、高精度、高密度的测量，并准确的绘制出测绘区域的三维模型，有效的提高了测绘效率。通过对三维激光扫描技术的测绘原理进行阐述，研究了应用在道路工程领域中具体的测绘流程，并进行实例分析，希望可以促进地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用和发展。

参考文献

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