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摘要：以前测量工具受时间和地理位置的限制无法有效完成某些测量作业，随着科学技术的快速发展，在使用三维激光扫描技术进行城市测量方面有了很大的突破发展。这种方法是采集某个城市具体位置的空间三维坐标和其相关的位置尺度信息，使用激光点云数据处理技术获取城市各类要素的空间信息及属性信息，实现这个城市位置的三维空间展现。
关键词：城市测量；三维激光扫描；技术实践
1三维激光扫描技术
1.1三维激光扫描系统基本原理
三维激光扫描仪的工作原理与全站仪的原理具有相似的特点，同样由测角、测距、定向等组成。扫描仪主要利用的是激光测距原理，通过获取被测物体表面大量点位信息，可快速建立该物体的三维模型，并对模型各种点、线、面、体等进行处理，得到最终效果图。
1.2三维激光扫描技术的误差分析
1.2.1仪器内部误差是指由仪器内部结构引起的误差
当扫描仪发射激光信号时经过反射会沿着相似路径传播回来，在这一过程中会因反射路径的不准确性出现误差从而影响距离的计算。另外在扫描过程中，微小的抖动及不均匀的旋转，以及人为的一些不可避免的操作会影响其扫描角度的测量，从而造成三维坐标的计算误差。
1.2.2被测物体引起的误差
由于被测物体表面的粗糙程度不同会引起激光反射后的回波信号具有多值性，从而使得点的位置不准确。且当目标物的反射面与扫描光束间形成的交角过小时，会影响激光光斑从而影响到距离测量和位置定位，最终影响到空间三维坐标的量测。
1.2.3外界环境影响
当温度变化较大时仪器内部系统会受到热胀冷缩的影响产生细微变化影响测角、测距；在大风情况下会使扫描镜发生微小的抖动影响定位；在空气质量差的环境中，扫描仪发射的激光信号，在空气中传播的过程中，也会产生点位坐标测量误差，从而引起测量精度。
1.2.4点云拼接引起的误差
在除了外业数据采集中易引起测量误差，在数据处理过程中，点云拼接同样存在误差在进行目标匹配时需要提取相同目标，在手工提取时也会因为点位密集的原因而使要标定的目标中心产生误差，最终影响拼接误差。
2应用领域
三维激光扫描的测量方式最初应用在城市的建设当中。由于建筑物周围环境和建筑结构的影响，使得一些测量工作很难完成，因此使用最新的三维激光扫描技术进行虚拟建模越来越被广泛使用。在三维重建中，通过传统的技术手段如全站仪测量实物很难完成三维重建，而且人力、物力的花销都比较大，采用三维激光扫描技术则可以快速精确获取密集点云数据，极大缩短工期，因此，新技术也被用于一些古建筑或者文物的保护和修补上面。在城市传统测绘产品的生产中，新技术也能够提高生产效率，如地形图和数字高程模型的生产。图1为数字高程模型生产中传统方法和三维激光扫描方法成果的区别。
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管线测量
城市管线是城市基础设施的重要组成部分，随着城市发展不断加快，城市管线也日益密集和复杂，给管线测量带来新的挑战。
传统的管线测量方法包括管线中心定位测量和高程测量，是根据测量数据构建管线三维模型，而采用三维激光扫描技术可以直接获取管线三维模型，极大得缩短了工期。管线测量所构建的给水管线、燃气管线、供热管线等模型是城市地下管网GIS系统的基础地理数据，为现代城市管线“防灾”和“减灾”提供了重要信息支持。
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、因为时代久远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，因而能够极其逼真地复原建筑古迹。
3应用实例
3.1雕塑数字化
雕塑是指为美化城市或用于纪念意义而雕刻塑造，具有一定寓意、象征或象形的观赏物和纪念物。通过对雕塑的三维数字化可以对雕塑进行有针对性的研究，让人们更好地感受雕塑的魅力，同时也可以对雕塑进行完整的存档，为今后的保护和修复提供重要依据。
本应用实例采用三维激光扫描技术对某纪念雕塑进行了三维数字化，采用的设备为TrlmbleTX5三维激光扫描仪，对建筑进行了4站3min扫描，获取了高精度数据。
3.2城市建设
某乡镇在城市建设中需要获取各类地物的轮廓及数字表面模型等数据，采用三维激光扫描技术获取的点云数据，总共约有1856万个点云数据，三维激光扫描技术获取的点云数据，根据点云数据获取的25cm分辨率的数字表面模型。经过点云自动分割和分类后的局部各类地物，各类地物用不同的颜色标记，包括8类地物，分别是电力线、低矮植被、汽车、树篱、屋面、建筑立面、灌木及乔木。
4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，它的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。
结论
随着时代的快速发展，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。
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