三维激光扫描技术在工程测量中的实践探讨

三维激光扫描技术在工程测量中的实践探讨

陈剑承

广东瑞东勘察基础工程有限公司

摘要：三维激光扫描技术以其高精度、高效率、非接触式测量的特点，逐渐成为工程测量领域的重要技术。该技术通过激光束对目标物体进行快速扫描，获取物体表面的三维坐标信息，生成高精度的点云数据，为工程的设计、施工、监测等环节提供有力的数据支持。鉴于此，本文对三维激光扫描技术在工程测量中的应用展开详细探讨，充分发挥三维激光扫描技术的优势，确保测量数据的准确性和完整性。

关键词：三维激光扫描；工程测量；现场勘察；数据采集；数据处理

三维激光扫描技术是一种使用高速激光扫描测量的方法，能够大面积、高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据以及反射率、颜色等空间点位信息。三维激光扫描技术在工程测量中的应用，提高了测量的精度和效率，丰富了测量数据的维度和信息量。该技术能够实现对复杂地形和大型结构的全面、快速测量，为工程设计提供了更加准确、详尽的空间信息。通过点云数据的处理和分析，可以实现对工程结构的精细建模和变形监测，为施工过程中的质量控制和安全评估提供了科学依据。三维激光扫描技术还具有数据可重复利用、易于与其他技术融合等优点，为工程测量的智能化、自动化发展提供了广阔的空间。

一、现场勘察

了解地形的高低起伏、坡度变化等情况，这对于确定扫描站点的位置和高度非常重要，在一个地形复杂的山区工程中，如果不考虑地形因素随意设置扫描站点，可能会导致部分区域无法被扫描到，或者扫描数据的精度受到影响。建筑物、树木、电线杆等障碍物可能会影响扫描视线，导致数据缺失。测量人员需要在勘察过程中标记出这些障碍物的位置，并考虑如何通过调整扫描站点或采用多角度扫描等方式来克服这些障碍。在强光或逆光条件下，扫描设备的性能可能会受到影响，导致数据质量下降。测量人员需要在勘察时了解现场的光照情况，选择合适的扫描时间和扫描参数。在室外工程测量中，可以选择在阴天或早晨、傍晚等光照较为柔和的时间段进行扫描，提高数据质量。现场勘察还可以帮助测量人员了解现场的安全情况，对于存在安全隐患的区域，如悬崖边、高压线附近等，需要采取相应的安全措施，确保测量人员的人身安全。

二、数据采集

不同型号的扫描仪在精度、扫描范围、分辨率等方面存在差异，大型工程结构的测量，可能需要选择具有较大扫描范围和较高精度的扫描仪，确保能够完整地获取工程对象的三维信息；对细节要求较高的小型工程部件测量，可以选择分辨率更高的扫描仪[1]。确定扫描站点的位置和数量是关键步骤，需充分考虑工程对象的形状、大小、复杂程度以及周围环境等因素。对于复杂的工程结构，可能需要设置多个扫描站点，从不同角度进行扫描，确保无遗漏地获取全部数据。在对一座大型桥梁进行扫描时，需要在桥梁的不同部位设置多个扫描站点，包括桥墩、桥面、桥塔等，全面了解桥梁的整体结构。在设置扫描站点时，还需要考虑扫描视线的遮挡问题，避免因障碍物遮挡而导致数据缺失。在数据采集过程中，要严格控制扫描参数，包括扫描分辨率、扫描速度、点云密度等，这些参数的设置直接影响到采集数据的质量和数量。如果分辨率设置过高，虽然可以获得更详细的点云数据，但会增加数据处理的时间和难度；如果分辨率设置过低，则无法满足工程测量的精度要求，需要根据工程实际需求，合理设置扫描参数[2]。在进行古建筑保护工程测量时，为了准确记录古建筑的精细结构，可以适当提高扫描分辨率和点云密度；在进行大规模地形测量时，可以适当降低分辨率，提高扫描速度和效率。

三、数据处理

在数据采集过程中，由于环境因素、设备误差等原因，采集到的点云数据中可能会存在噪声点，这些噪声点会影响数据的准确性和后续分析的结果，因此，需要采用合适的去噪算法，去除点云数据中的噪声点[3]。可以使用基于统计学的去噪方法，通过分析点云数据的分布特征，识别并去除离群点；采用滤波算法，如高斯滤波、中值滤波等，对数据进行平滑处理，去除噪声。由于在数据采集过程中通常需要从多个扫描站点进行扫描，需要将不同站点的点云数据进行配准，形成完整的工程对象三维模型。点云配准可以通过选取公共点、特征点等方式进行，利用迭代最近点算法等配准算法，不断优化配准结果，提高配准精度。在对工厂进行扫描时，需要将各个车间、设备等不同部位的点云数据进行配准，获得整个工厂的完整三维模型。采集到的点云数据往往数量庞大，直接进行分析处理会耗费大量的时间和计算资源，可以采用数据精简算法，在不影响数据准确性的前提下，减少点云数据的数量，如利用随机采样、均匀采样等方法，对点云数据进行精简，还可以根据工程需求，对精简后的点云数据进行分类和标注，以便于后续的分析和应用[4]。在道路工程测量中，可以将点云数据分为路面、路缘石、交通标志等不同类别，为道路设计和维护提供更有针对性的信息。

四、有效反馈

在工程实施的各个阶段，应积极收集使用者对三维激光扫描结果的反馈意见，设计人员在使用扫描数据进行设计时，会发现某些数据不够详细或存在误差，他们的反馈可以促使测量人员调整扫描参数或增加扫描次数，提高数据质量

[5]。施工人员在根据扫描结果进行施工时，会遇到实际情况与扫描数据不符的情况，这时的反馈可以帮助测量人员及时发现问题并进行复查和修正。以隧道工程为例，施工人员在按照扫描结果进行隧道掘进时，发现实际地质情况与扫描预测有差异，通过及时反馈，测量人员重新进行扫描和分析，为施工调整提供了准确依据。对不同工程项目中三维激光扫描技术的应用效果进行总结和评估，对比不同项目中扫描技术的应用情况，分析成功经验和不足之处，可以为后续项目提供借鉴。在桥梁工程中，对三维激光扫描在施工监测中的效果进行评估，总结出哪些参数的监测效果最好，哪些情况下容易出现误差，不断优化扫描方案和数据处理方法[6]。还可以结合新的技术发展和工程需求，对三维激光扫描技术进行持续改进和创新。随着人工智能和大数据技术的发展，可以探索将这些技术与三维激光扫描相结合，实现更智能的数据处理和分析，提高工程测量的效率和精度。

结束语：

通过上述分析得出以下结论：在进行三维激光扫描前，必须进行详细的现场勘察，了解地形、障碍物、光照等条件，为扫描站点的选择和扫描参数的设定提供依据。在数据采集过程中，严格控制扫描参数，确保数据的精度和完整性。同时，还需考虑扫描视线的遮挡问题，采取多角度扫描等方式克服障碍。采集到的点云数据需要经过去噪、配准、精简等处理步骤，才能形成可用于后续分析和应用的三维模型。在工程实施的各个阶段，应积极收集使用者对三维激光扫描结果的反馈意见，及时发现并解决问题。

参考文献：

[1]高磊.高铁工程测量中三维激光扫描技术的应用[J].中国设备工程,2024(10):200-202.

[2]徐尚政,徐立勇,朱日俊.三维激光扫描技术在建筑工程测量中的应用[J].经纬天地,2024(4):47-50.

[3]胡雅娴.固定式地面三维激光扫描技术在矿山工程测量中的工艺流程[J].中国金属通报,2024(2):200-202.

[4]杨晨辉.地铁工程测量中三维激光扫描技术的应用[J].工程建设与设计,2023(9):113-115.

[5]曾涛.地面三维激光扫描技术在宽浅河道整治工程测量中的应用[J].水电站机电技术,2023,46(1):103-106.

[6]单学雷.应用三维激光扫描技术的某道路大修工程测量研究[J].科技资讯,2023,21(11):111-114.D