李晓光
河南省诚建检验检测技术股份有限公司河南省郑州市450044
摘要：随着社会经济的快速发展，人们对建筑工程的要求也越来越多样化，各种各样的仿生外形也赋予了建筑物新的活力，与此同时复杂与特殊的建筑施工工艺对施工数据的要求也越来越高，在建设施工中充分发挥三维激光扫描技术的应用价值，对降低扫描误差、提高施工质量具有积极影响，故而施工企业要明确三维激光扫描的重要性，将其应用于建设施工的全过程中。若想确保该技术作用切实落实，施工企业除了要增强施工人员操作能力，还应选择科学选择高效的设备，构建完善的扫描测量系统。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对三维激光扫描技术在工程测量中的应用研究提出了一些建议，仅供参考。
关键词：三维激光扫描技术；工程测量；应用研究
引言
三维激光扫描技术可以被应用于环境条件复杂的施工现场，具有较强的实时性与扩展性，数字化程度比较高，充分发挥其作用能够提高施工质量。因此施工人员要明确将其应用于工程测量中，切实提高施工效果。
1、三维激光扫描技术概述
1.1基本含义
三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，在实际应用过程中，需要借助自动控制技术对情况比较复杂的施工现场环境进行连续数据采集与处理，具有极强的非接触性、实时性、扩展性，此外应用速率、数字化程度也比较高。将其应用于建设施工中，能够有效提高扫描数据的精确度，对实现三维可视化具有重要意义，可以被广泛应用于地形测量、场景虚拟、变形监测、灾害预警等工作中。
1.2技术原理
1.2.1扫描原理
建设施工中的三维激光扫描技术依靠专业仪器实现，目前应用最多的设备是三维激光扫描仪。在实际应用过程中，该设备会先启动内置伺服马达系统，再利通过转动多面扫描棱镜，令发射的脉冲激光束按照从左到右、由上至下的顺序进行快速扫描，以此实现全自动高精度步进式测量。
1.2.2测距原理
现阶段，利用三维激光扫描技术进行测距，可以使用的方法主要有三种：脉冲测距、三角测距、相位测距。利用该技术进行测距时，激光发射器会先发射一道速度极高但相对狭窄的激光脉冲，再利用探测系统捕捉脉冲被测物表面产生的回波信号，通过将其转换成电信号逐渐生成回波脉冲信号，随后对回波脉冲信号与发射脉冲信号之间的间隔进行测量，最后便可得出被测物与激光发射器之间的距离，利用三维激光扫描技术测得的数据精确度比较高。
2、三维激光扫描技应用的优势
三维激光扫描技术具有应用范围广的特点，不仅可以对建筑物进行精准测量，还可以对其他对象进行高精度测量，被广泛应用于工业设备建模测量、灾害三维实时监测、工程建筑物变形监测、事故灾害评估以及大型水利工程监测等方面。脉冲式三维激光扫描技术能够直接由激光发生器发射一级激光脉冲，脉冲投射到被测量物体之后由高精度时钟记录下脉冲往返的时间差，从而提高测量的精准程度。脉冲式三维激光扫描仪，在测量垂直角和水平角时，通过内置的马达控制系统能够由正多面体扫描棱镜的旋转实现水平角的改变，在旋转过程中会导致入射角发生显著变化。脉冲激光的垂直角则可以直接通过扫描镜摆动进行调整，由于角度的变化较小，可以调整激光脉冲出射角度，通过马达控制系统激光脉冲能够以激光发射器为中心，实现球形区域的全面貌扫描，也能够有效减少垂直激光点云光斑造成的干扰，保证扫描的整体精度得到显著提高。
在运用三维激光扫描的过程中，如果在地形测绘领域中应用，不仅可以有效减少测绘人员的工作强度，还能够提高测绘整体效率，保证测绘工程发展水平得到全面增强。例如，某高速公路工程量8.5km，工程造价750万元。相对于传统的土石方测量方法来说，固定式地面激光扫描技术测量效率更高、速度更快，测量的精度更准、密度也更高，最小可以对2mm以下的距离进行扫描，同时可以达到5mm以上的精确对位。该测量方式不需要与被测量物体进行接触就可以完成，进而切实有效地解决了部分危险领域的测量，从而保护了测量人员的安全以及测量对象的稳定性等。在三维激光扫描技术不断发展的过程中还存在许多方面的问题，非常容易造成测量结果产生明显的误差，例如在仪器使用的过程中没有对仪器的运行状态进行检测，造成仪器设备出现误差，导致测量失败。还可能受测量目标反射面的影响。尽管三维激光扫描技术在测量时可以直接进行三维激光扫描，但是由于物体本身的因素会导致激光反射程度存在差异，造成测量结果出现明显误差。因此，在开展三维激光扫描时，最主要的就是采取合理的补救措施，减少误差，降低结果偏差，从而有效确保工程测量的水平全面提高。
3、三维激光扫描技术在工程测量中的应用研究
3.1工程概况
本次涉及的工程为购物艺术综合中心，位于市中心主干路与河流交叉口南岸，工程建筑面积约34万m2，该建筑综合体项目包括艺术展览馆、购物商场、星级酒店、写字楼及公寓等多项功能于一体，建成后将成为该城市最大的单体建筑。整个建筑整体向外倾斜，外形现代时尚，由多个结构错落叠置在一起，每个结构的线条又变化多端。这些对于传统的测量方式都是极大的挑战。
3.2外业数据采集
1)扫描方案设计。扫描方案要注意的几点:a．站点布设。要保证测站之间不能有障碍物，相邻测站之间的扫描重叠度大于1/4，保障扫描数据的完整性。b．分辨率设置。目标要进行多位置扫描测量，每次测量前要根据与目标物的距离调整扫描仪的分辨率，使扫描效果达到最佳。c．标靶布设。相邻测站重叠区域布设的标靶个数要大于3，均匀分布在测量场区。该项目最终确定布设要28个测站，四周21个，顶部7个。2)控制测量。为保障对该建筑物的扫描数据形成整体控制，测量方案中计划将在扫描项目周围均匀的布设8个控制点。在控制点布设过程中将会利用RTK技术布设综合利用城市测量综合服务系统以及城市似大地水准面，误差可以控制在2cm以内。3)数据采集。按照作业计划对建筑进行测量扫描，并利用集成相机对场景进行拍摄，最后要对公共标靶和控制点进行扫描，以便后期点云配准。
3.3内业数据处理
1)点云去噪处理。将采集的数据传输到计算机中，利用专业软件对数据进行去噪，因不同实体反射而产生的噪声点可利用滤波方法处理；由于障碍物与光束穿透形成的噪声点，可在通过LeicaCyclone软件中的人工交互的方式进行噪声点批量去除。2)测量结果对比分析。选取点云模型上10条特征边长与全站仪观测数据进行对比发现相对差小于1‰，见表1，符合《城市测量规范》中1∶500DLG测量控制要求。
结束语
在越来越复杂的施工建设中的测量技术要求也愈来愈高，三维激光测量技术的出现，可以使得工程建设的测量工作高效率、高质量、低成本的获取海量精准数据，为项目的顺利建设保驾护航。数字化测绘技术已成为未来测绘技术的发展方向，在现代化工程建设中应结合项目特点，不断推进三维激光测绘技术的进步。
参考文献
[1]陈晓辉,郭晨中,尚传鹤.三维激光扫描和BIM技术在工程测量中的应用[J].四川建材,2019,45(10):74-76.
[2]刘小云.地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用研究[J].信息系统工程,2019(05):103.
[3]张红利.地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用探讨[J].门窗,2019(09):182-183.
[4]岳军红.地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用[J].南国博览,2019(05):283.
[5]王佳乐.三维激光扫描技术在道路工程测量中的应用[J].科技资讯,2019,17(11):46+48.