张国平
泰安市金土地测绘整理有限公司 山东泰安 271000
摘要：本文主要探讨了工程测量生产实践中对地面三维激光扫描技术的应用，具体从地形图测量、土方量计算、道路测量以及三维建模四个方面分析了其应用方法，以期对工程应用形成一定支持。
关键词：工程测量 地面三维激光扫描技术 应用方法
三维激光扫描技术主要结合激光测距原理，依据特定扫描范围与点云密度，获得目标表面单位坐标与纹理信息，被人们称作是测绘领域继GPS技术之后的全新革命。其在工程测量中的应用范围具体包括：
1、地形图测绘
在地形图测绘工作当中，经常会遇到断壁、悬崖等特殊地形，而这些区域通过常规检测方式很难到达，可以应用激光扫描技术，结合无接触方式完成地形地貌的测绘。其主要流程是：以点云数据处理为基础，对地物与地貌等关键要素特征点进行提取，随后进行编辑，以获得地形图。
1.1地物提取和绘制
所谓的地物地区，其实就是特征点提取，利用地面三维激光进行扫描，随后进行软件处理，在点云数据中依靠人工方式对房屋角点和电杆中心点等加以提取，利用一定格式进行输出，最终将其导入到大比例尺的数字测图软件，实现地物绘制。
1.2等高线生成
其主要目的在于剔除地物、植被等各类非地貌部分点云数据，通常可以采取人工结合自动的方式进行处理，利用平均面迭代法，也就是先将比较明显的非地貌数据剔除，随后通过全部数据实现对平均面的计算，将其中与平均面距离较远的数据剔除，并加以计算，在经过约5-6次的迭代处理之后，便能获得准确性较高的地貌数据。
经过剔除处理的地貌点云数据，与地形测绘需求相比，其点位密度较大，而且分布均匀性较差，如果直接创建不规则三角网，其所生成的等值线整体效果很难满足实际应用需求。因此，应该针对地貌点云数据作自动抽稀处理。再将抽稀处理之后的点云数据向大比例尺测绘软件导入，以生成所需等高线。
1.3编辑成图
因为经过剔除处理之后的地貌点云数据会呈现为等高线局部残缺、扭曲或不光滑情况，要针对等高线和地形图中其它地物间关系进行编辑处理。使地物图形和等高线图形之间相互叠加，与照片和点云数据进行比较，通过人工形式进行编辑与调整。最终输入注记，形成图廓，整合修饰获得成图。
在地形图测绘工作中对地面三维激光扫描技术的应用，可以有效缩减外业数据采集过程的工作强度，而且可以获得足够细微的地貌特征。
2、土方量计算
土方量计算属于工程测绘领域的重点内容之一，一般利用GPS、RTK、水准仪以及全站仪等设备，测出地表特征点的三维坐标，以此为依据进行TIN计算，从而获得最终结果。此种方法的缺点是所需野外采集散点量过大，而且采集间隔较大，实际精度较低。通过对地面三维激光扫描技术的应用，能够有效缩减外业工作中的劳动强度，同时提升计算精度。
2.1基准面构建
在处理完点云数据之后，将其转入工程项目实地坐标系当中，一般采用最小二乘法加以处理，其实际转换精度决定于控制点精度、数据拼接精度以及标靶拟合精度。在开始计算挖填土方之前，要通过设计高程和构建边界等操作构建起算基准面，切取扫描点。通常情况下，其基准面是高程基准面，而在某些特殊工程当中则要依据实际需求对曲面基准面加以构建。
2.2地物剔除
跟地形图测绘过程中的非地貌数据剔除类似，通过基准面切取出点云数据，并加以剔除。针对植被较少或者无植被区域，可直接根据点云数据对土方量进行计算，而针对植被覆盖范围较大的区域，则要先对植被开展过滤操作，通常采取平均面迭代法。
2.3土方量计算
整合所剔除的非必要数据点云，以此为基础构建不规则三角网TIN，以合成具有高精度特征的数字高程模型，跟基准面模型之间相减，从而获得填挖方量。
3、道路竣工测量
在道路竣工测量工作中，最为重要的内容是获得道路样图与纵横断。通过传统方式，要利用水准仪等设备逐个点位对道路高程进行测绘，其外业工作量相对较大，并且内业数据处理过程的自动化效果较低。结合地面三维激光扫描技术，能够有效缩减外业工作的强度，使外业工作效率提升约4倍。具体工作流程是：以点云数据处理为基础，先针对坐标系进行转换处理，随后在点云当中依据一定间隔提取出需要的三维坐标，以自动合成等高线，并绘制出道路样图以及纵横断。
与常规作业形式相比，该种作业方式大幅提升了工作效率，测量数据精度也更为优质。此外，由于此技术应用过程需要采集大量点云数据，经过处理之后所合成的地形图、等高线图以及纵横断面图等都可以真实反应出高程的变化规律，与传统方法相比具有十分明显的优势。
4、三维建模
近些年来，由于地面三维激光扫描技术具有建立精细化三维模型方面的能力，已经在文物保护等相关工作当中获得了广泛应用。依靠无接触方式对文物表面进行测量，以获得高密度的点云数据，并构建三维模型，还可对文物细部特征进行还原，实现对任意位置、尺寸的测量，而且不会对文物形成任何伤害。其主要操作流程包括：
4.1建模
以点云数据处理为依托实现建模，包括两种方式：①根据点云建立起三角网模型，并依据建模的精细化程度需求具体确认点云数据疏密效果，同时充分考量所获得三角网在相关软件中的独立运行与展示效果，在正射影像数据当中的三维网数量，要求具备充足的纹理信息；②根据点云数据，应用3dsmax实现建模。通过扫描后获得的点云数据对规则形体剖面进行绘制，以制作出符合精度需求的规则模型。
4.2纹理映射
纹理映射属于保证三维模型整体真实效果的关键，通过架设于扫描仪之上的数码相机得到纹理信息，以此为依据对模型表面进行纹理映射。为了让纹理显得更加真实、美观，要对全部纹理图像作纠正、缩放以及匹配处理。
结束语：
综上所述，地面三维激光扫描技术可以在地形图测量、土方量计算、道路测量以及三维建模等工程测量领域得到良好应用，对于优化工作效率、提升结果精度大有裨益，值得我们开展更为深入的研究。
参考文献：
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