摘要：随着社会经济的发展，我国的工程建设越来越多，对地面三维激光扫描的应用也越来越广泛。地面三维激光扫描技术具有高速激光逐点扫描测量和摄影的功能，物体表面的三维坐标数据能够高分辨率地获取在短时间内，真实再现所测物体的三维立体模型和景观，在变形观测、精密工程测量、各类三维建模等领域得到了广泛的应用。本文依据变形工程项目情况，描述地面三维激光扫描技术在变形测量中的生产过程，分析扫描成果总结该技术的特点和优势。
关键词：地面三维激光扫描;三维建模;变形;监测
引言
三维激光扫描技术的诞生是为了解决工业领域的设计和制造的需求，已经成功且广泛应用于文物保护、城市建筑测量、地形测绘、采矿业、变形监测、工厂、大型结构、管道设计、飞机船舶制造、公路铁路建设、隧道工程、桥梁改建等各个行业。利用三维激光扫描技术所获取的空间点云数据，可以实现快速建立结构复杂、不规则场景的三维可视化模型。随着人们对生产效率要求的提高，三维扫描技术实现在很大程度缩短了产品的设计开发周期，在一定程度上提高了生产效率、节约了生产成本。
1三维激光扫描技术的概念
地面三维激光扫描技术的目的在于获取高精度的测量数据，其实现过程是通过扫描局部及整体测量物，通过扫描所得三维数据，具体数据包括点、线、面及立体空间等，以此建立测量物目标物相关的模型，将收集的坐标点作为“点云”，最终实现不同范围的数据测量。地面三维激光扫描技术可适用于不同距离的目标物测量，根据距离的远近可进一步将地面三维激光扫描技术分为远距离地面三维激光扫描技术、中距离地面三维激光扫描技术和近距离地面三维激光扫描技术三种类型，伴随距离的变化，测量精度也所有差异。一般而言，远距离适用于大型目标物测量，而近距离测量适用于小型目标物。
2三维激光扫描仪的优点
(1)数据处理量大:三维激光扫描数据采集是连续的、密集的、海量的、自动的。适合大型及复杂的工程体测量及细致物体局部细节测量。(2)非接触性:无需接触物体，且光线明暗都不影响外业测量。极大减小了外部环境对测量的约束。(3)交互性强:得到的是数字化信息，可以方便地将3D模型转换到CAD等工程设计软件中，直接供工程使用。(4)高精度:目前三维激光扫描仪的测量精度可以达到毫米级，点云数据后处理得当，可以进一步提高测量结果的精确度。正是因为这些优点，地面三维激光扫描契合了我国工程发展的需求，与铁路工程勘察设计、桥梁工程变形监测、隧道工程变形监测等相结合，产生了大量的应用成果，极大地推动了工程建设和运营的发展。
3地面三维激光扫描应用于变形工程测量
3.1检校测量
三维激光扫描仪器对数学精度和指标数据都有着非常高的要求，三维激光扫描技术获取的点云数据，可以达到毫米级的采样间隔。一般情况下，仪器和被扫描实体的距离越近，激光的光斑越小，分辨率越高，回波的信号也越强，从而测量的精度也越高，反之亦然。在不同的天气状况、温度、湿度、仪器的分辨率等对测量精度都会产生不同的影响。因此在扫描测量之前对仪器和配件的检校测量是必不可少的，通常采取六段全组合法试验场检校测量，能够较精确地测定仪器的精度。
3.2土方测量中的应用
使用地面三维激光扫描技术测量工程土方，首选初步获得并处理云数据，按照既定的计算公式得出土方量，结合工程的实际状况监控和测算每个土方控制点，以提升土方测量的精确性。以某道路工程土方测量为例，在使用地面三维激光扫描技术时，需要首先收集道路纵横断数据、边坡及道路红线相关数据，进而构建道路土方的曲面模型，最后使用扫描仪将数据转化为坐标，最后按照比例对模型实施增减计算，得出土方量。
3.3在工程变形监测中的应用
对于大型电站、长隧道、大坝等工程来说，其工程建筑是否存在严重变形直接影响着人民生命和财产的安全。一旦长隧道、大坝等长期缺少监测，变型严重出现崩塌，将造成人员伤亡和巨大的财产损失，影响人们的正常生活。工程竣工后，采用三维激光扫描技术定期对工程扫描监测，可以获取海量的工程表面三维数据，作进一步的分析，能够及时发现其潜在的安全隐患，调整维护方案。与基于全站仪或GPS的变形监测相比，其数据采集效率较高，且获得海量点云数据，实现了测量技术的从点到面的飞跃，有效地避免了以往基于变形监测点数据的应力应变分析结果所带有的局部性和片面性。由此可以看出，该技术不仅在工程测量当中具有重要作用，更是能够确保建设工程的顺利运行。
3.4在三维模型构建中的应用
纹理映射和建模是地面三维激光扫描技术在三维模型构建中应用的主要两个方面。在对工程构建三维模型时，地面三维激光扫描技术不仅精度高，且功能完善，可确保工程建筑物得到有效保护，可在不触碰建筑物表面的情况下获得精确的云数据，构建高精度的三维模型，真实还原了工程所在地形原貌。同时，地面三维激光扫描技术可实现对任意点、任意尺寸的目标物测量，通过扫描仪上匹配的摄像系统获取工程纹理信息，并借助纠正、缩放等功能实现纹理美观度的提升，模型更具真实感。
3.5在建筑测量中的应用
采用常规建筑测量手段难度较大，准确性较低，影响古建筑修复设计和施工的顺利开展。采用地面三维激光扫描技术，可对建筑空间进行全方面的扫描与测量，按照标准建筑数据对古建筑结构变形的情况进行检测和分析，制定最佳的修复方案，达到保护建筑，延长建筑使用寿命的目标。
3.6道路竣工测量中的应用
为获得道路工程的纵横段及样图信息，可采用地面三维激光扫描技术，这种技术取代水准仪后能有效降低野外作业条件下的测量难度，有效提升工作效率。一般需要经过坐标系转化、生成三维坐标系、生成高线等流程，由此进一步得出道路纵横断及样图结果，确保道路竣工测量的精确度。
结语
综上所述，地面三维激光扫描技术在工程测量领域有着越来越广泛的应用，其测量精度高、测量范围广且测量过程简单的优势得到广大工程项目的关注，本文就地面三维激光扫描技术的概念、优势及其在工程测量方面的应用提出了合理构想。着眼于地面三维激光扫描技术的发展现状，尽管地面三维激光扫描技术在工程测量领域具有良好的发展前景，但我国地面三维激光扫描技术依然处于起步阶段，技术方法与应用系统仍不完善，大多依赖于进口。对此，我国还需加大对地面三维激光扫描技术的研发，积极生产高精度测量仪器和设备，制定统一的技术标准，确保地面三维激光扫描技术在工程测量领域发挥其应有的作用。
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