湖北省地质局第一地质大队 湖北大冶 435100
摘要：随着科学技术的发展，我国的三维激光扫描技术有了很大进展，并在城市测量中得到广泛的应用。本文介绍了目前在城市建设当中三维激光扫描方法实际应用情况。首先讲述了这种新方法的基本原理和应用领域，随后验证了三维激光扫描技术的高精度和高效率。最后根据目前应用发展情况讨论此测量方法在今后生活发展的应用趋势。
关键词：城市测绘;三维激光扫描技术;高精度;高效率
引言
目前，在项目的竣工测量中主要应用的是二维平面测量技术。该技术可以为区域规划管理提供一些科学的数据知识。随着施工技术的快速发展，二维竣工测量图已经不能够满足现代化施工管理的需求，所以三维测量技术广泛的应用到了竣工测量领域。
1三维激光技术在国内的概况
三维激光技术在国内的研究与应用发展虽然较晚，但非常迅速，目前许多方面甚至处于国际前列。利用三维点阵式云数据分析和大数据实时提取森林树木的树体胸径、树高、材料体积、树冠的总体积及树木表面积等多种相关测量因子，对测量树林的基本设计理论及实际适用性问题具有探索性的深入研究，因此三维激光技术在林业得到了广泛应用。四川省安全科学技术研究院的团队在全球首次系统性地将三维激光技术应用在安全生产中。在矿山安全领域，该院通过三维激光定期对矿山体检建模，实现安全监管。在危化品安全生产领域，通过将三维激光与红外等先进技术的结合，首次实现对化工园区的安全隐患进行量化监控和管理，减少了事故的发生。在地质工程领域，成都理工大学应用三维激光扫描技术以锦屏水电站开挖边坡为研究对象，开展了为期近两年的现场扫描工作，取得系列成果。
2应用领域
2.1城市建设
城市建设工程测量贯穿于城市建设的各个阶段，在工程勘察阶段需要对工程所在区域的地形进行测量，为工程规划提供基础数据。采用传统测量方式工期较长，而采用机载或车载三维激光扫描方式可以快速获取数字线划图及等高线数据。在工程竣工阶段传统的总平面勘测图已经越来越不能满足建设监管部门的需求，三维竣工模型逐渐成为城市规划建设的重要支撑数据，目前已经有多个城市将三维激光扫描技术应用于建设工程竣工验收测量。
2.2数据获取
三维激光扫描仪配备双轴自动补偿装置，在外业测量时，整平后，可默认竖轴指向不变，针对扫描区域较小，站间距较短，可认为测站间竖轴指向一致和尺度缩放因子不变，仪器整平后，在测站间可使用一种基于2个公共点的简单拼接模型，改变目前标靶拼接至少需要3个公共特征点的问题，提高外业作业效率。考虑到地下空间设施有多个出入口，在出入口可利用网络ＲTK布设控制点，在地下空间设施内部，测站间通过标靶传递拼接，统一基准，最后拼接到具有所需坐标系统的测站。
2.3建筑、古迹测量
建筑、古迹测量主要是对古建筑、雕像等采用这种方法进行测量的过程，尤其是对一些十分名贵、时代久远但已经不再完整的古物进行测量，以达到保护或修复的目的。一般对这种情况是采用高精度测量仪等测量工具对一些较小建筑物或者古物的周边有破损的部位进行测量，再根据其相关数据进行修补。对于一些较大的建筑物或者里面有了残缺或者外面损坏较大的古文物则采用激光扫描的方法进行修补。激光扫描方法由于精度高、扫描数据密集，因而能够极其精确地复原建筑古迹。
2.4三维竣工扫描测量数据初步处理
在施工项目扫描工作完成之后，就需要将三维扫描仪所测得的点云数据进行初步的处理。（1）点云去噪与修补。三维扫描仪所获得的原始点云数据会因为自然界相关因素的影响造成大部分的数据都会出现空洞和噪音的现象，所以导致原始点云质量不能够满足尖峰测量验收的标准，所以这就需要工作人员对原始点云数据进行去噪和补洞处理。（2）点云数据配准。因为外业数据采集有两种方式，所以点云数据的配准也有相对应的两种方式。首先，后视定向配准。在对点云数据进行配准的过程中采用后定向配准的方式。采用后定向配准方式可以要求工作人员先在仪器那输入测站坐标和靶坐标，然后再使用仪器中厚设定项配置的模块对点云数据进行配准，从而能够得出整个点云数据的整体坐标。其次，站站间配准。站站间配准又被称为进行粗配，而粗配的方式又可以采用两种不同的方法，如下所示：①在粗配的过程中又可以采用同名特征点的方法进行配准。但是如果想要采用同名特征点的方法进行配准至少需要选择四个同名点，这四个同名点要有相同的明显特征，所以测量人员一般会选择房屋角或者是电线杆顶端等具有明显特征的物点。②在储备的过程中也可以选择人工交互式移动测站。人工交互式移动测站一旦到达已配准站的相应位置，其匹配的精度将会非常的高。在点云数据粗配完成之后，软件会自动的将点元数据进行精准匹配，并且软件将保证点云数据的精准匹配的误差在0.01mm以内。
3发展前景
三维激光扫描技术随着时代的发展已经成为多个领域必不可少的工具，其优势是可以快速获取物体的三维信息且将其准确地呈现出来，它主要将未知的、难以测量的数据进行整合，使其完整的呈现。三维激光扫描技术不仅应用在城市建设、管线测量和对古建筑或者文物的保护和修补上面，还应用于应急测绘等领域，比如泥石流或者山体滑坡等对人们生活和财产安全有很大危险的自然灾害上面。它可以通过非接触式扫描，对地理位置信息进行监控和测量，及时感知灾情变化。同时，机载三维激光扫描技术可以对大范围地物目标进行扫描，扫描速率快，因此，监控范围较广。然而，三维激光扫描技术也有不足之处，比如扫描仪价格比较昂贵，小企业无力直接购买扫描仪开展作业。点云数据处理技术处于快速发展阶段，许多自动数据处理技术还需要不断完善。
结语
综上所述，随着时代的快速发展，传统测量工具主要有以下3个方面的限制:一是时间的限制，比如光线原因导致测量结果误差较大;二是空间即地理位置的限制，例如一些危险区域作业人员不方便进行直接测量;三是天气影响，在雨雪天气无法进行测量。而三维激光扫描方式给人们提供了很大的便利，随着科技的发展，这种采用激光的扫描技术会越来越方便人们的生活。新技术已经广泛应用于城市建设当中，包括城市建设工程勘测及竣工测量，新技术也越来越多的应用于城市管线测量，在古建筑或者文物的保护和修补上面，激光扫描技术也有了长足的发展。在地震、泥石流、洪水等自然灾害预警和监测方面，三维激光扫描仪发挥着越来越重要的作用。当然，我们也应当尽快完善不足之处，比如价格方面，让更多的企业也能以较低的成本获得扫描工具，将其方法和技术应用到自己的产业或者企业当中。在点云数据处理方面，需要不断提高数据自动化处理的程度和准确率，这样才能大幅提高三维激光扫描技术的效率。
参考文献
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