吴殿清
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摘要：地下空间信息是城市规划建设的基础。地下建筑物越来越多，地下空间信息是否完整准确，对规划、设计、施工至关重要，因此需对地下空间进行测绘。三维激光扫描技术采用行测量方式非接触、主动地获取物体表面的高精度三维坐标，从而将现实世界的信息快速转换成可以处理的数据。本文提出三维激光扫描技术支持下的地铁工程测量实施方法。在地物的提取与绘制基础上，完成点云数据采集，使得隧道中心线自动生成，进而实现精细三维建模。根据实验结果的对比可知，本文提出的地铁工程测量实施方法相比于传统方法而言，在测量精确度上占有较大优势，实验证明，本文方法具备较高的实用性和有效性。
关键词：三维激光扫描技术；地铁工程；测量实施方法
中图分类号：TB22 文献标识码：A 文章编号
1三维激光扫描技术原理
三维激光扫描技术的原理和免棱镜全站仪系统类似，即通过激光发射器周期地驱动二极管脉冲信号到达被测物体，回波信号经漫反射返回被接收器接收，计时器同步记录发射时刻和返回时刻，控制编码器同步测量激光脉冲水平角和垂直角，仪器自带的微电脑计算扫描点到仪器中心的斜距，进而按极坐标法即可求出被测物体表面上扫描点的三维坐标。不同的是，免棱镜全站仪的工作方式是单点作业，而三维激光扫描技术基于目标物体的全方位三维立体扫描，其扫描获取的密集点，称作点云。三维激光扫描仪采集到的点云数据通常以扫描坐标系为基准，属于内部坐标系统的范畴，扫描坐标系通常是以扫描仪的激光束发射处为原点，X轴定义为三维激光扫描仪的水平转动轴的零方向，Z轴定义为扫描仪水平时的天顶方向(理论竖直轴)，Y轴与X轴、Z轴成右手坐标关系，三维激光扫描技术测量原理如图1所示。
图1三维激光扫描技术测量原理图
图1中S为坐标原点到被测目标点的距离，α为扫描仪激光脉冲水平角，θ为扫描仪激光脉冲竖直角，那么目标点在扫描坐标系中的X、Y、Z三维坐标就可以用X=S cosθcosα、Y=S cosθsinα、Z=S sinθ来表示。
2三维激光扫描技术优势
城市地下空间存在结构相对简单、通视条件差、光照不足等特点。传统的全站仪测量方法虽然可以完全应用于地下空间的测量，但是存在以下问题：地下空间测绘时需要从地表进入控制点并布设控制网，控制网布设相对困难；全站仪方法测量则需要导线、水准、测图多次进场测量，工作效率较低；对于使用率不高的地下空间光照条件差，需通过人工照明等方法进行测量，易出现漏测、错测的情况，并且还需要根据全站仪方法测得的地形图构建三维模型，增加了作业流程。
三维激光扫描技术是一项测绘新技术，采用主动发射激光测量的方式，不受光照条件的影响，采用行测量的方式快速、高分辨率地获取场景中有效范围内物体表面的高精度三维点坐标，无需多次进场，细节表达详尽，避免了漏测现象，在地下空间测绘中展现了传统测量无法比拟的优势。
3三维激光扫描技术支持下的地铁工程测量实施方法
3.1点云数据采集
隧道基准面的建立需要围绕点云数据进行一系列的解析，利用点云数据的处理结果完成有效转换，推动其在相关坐标中形成较为理想的实施效果，特别是对于高程、边界点等关键数据信息而言，更需加以重点关注，为后续隧道土方量的计算提供更为准确的数据信息。本文的测量方法遵循国家标准城市轨道交通应用工程建设的测量规范。在地铁隧道（地下空间）的实际测量过程中，对于每一个测量工程而言，均需确保具备三个以上的控制点，利用三维激光扫描获取控制点的具体坐标。
除此之外，在地铁控制点的上部铺设一个大靶球，瞄准控制点，用于获取大靶球中心点的具体坐标，有助于坐标轴的转换。另外，在地面扫描仪两两测站之间设置2个以上的离靶球，确保相邻两个站点都能够全部被扫描，有利于数据拼接。本文依据扫描过程中两两测站中的靶球能够准确地对多个测站的点云数据进行有效拼接，安装中间测站作为整体标准站，之后利用点云数据处理软件完成相关拼接即可。
3.2地物的提取与绘制
借助三维激光扫描原理对地物进行提取和绘制。地物提取指的是针对地铁建筑特征点的有效提取，是通过地面三维激光扫描后有关处理软件在处理后的点云数据中对建筑周角/点、隧道中心点等数据进行人工提取，以一定格式输出以后，导入大比例尺数字测绘软件中完成绘制。
3.3隧道中心线生成
按照相关建设行业的实施标准及其有关资料，隧道中心线是实施截面控制的前提条件，同时其数据准确程度更是会直接影响到后期点云分析的精确度。首先，利用隧道相关数据，即隧道设计平面和垂直/水平曲线数据（通过三维激光扫描技术获取），完成隧道中心线一系列数据信息的即时获取。垂直曲线指的是纵断面上临近两条纵向线的相交处，为了行车顺利而连接的纵坡线曲线；水平曲线指的是直线转弯处的连接曲线。
3.4精细三维建模
通过地面三维激光扫描技术获取到地铁建筑三维的有关点云数据和影像数据，制作出高级别的精细三维模型，以及真实的三维尺寸场景。利用图像纹理的映射作用自动生成彩色三角网面片，使其对应每一张照片的分模，模型整体利用多个彩色三角网面片，通过边缘的锐化处理，并借助两个以上模型面片间的遮掩来解决纹理间不对等接缝的问题，使多个彩色模型三角网面片形成一个标准的真实彩色三维模型。
4工程实验与效果分析
为了更加清楚、直观的看出本文设计的三维激光扫描技术支持下的地铁工程测量实施方法的实际应用效果，特与传统的地铁工程测量实施方法进行对比，对其测量的精准度进行比较。
4.1实验准备
为保证试验的准确性，将两种地铁工程测量实施方法置于相同的试验环境之中，进行测量精准度试验。
4.2实验结果分析
试验过程中，通过两种不同的地铁工程测量实施方法同时在相同环境中进行工作，分析其测量精准度的变化。
根据实验结果的对比可知，本文提出的地铁工程测量实施方法相比于传统方法而言，杂测量精确度上占有较大优势，实验证明，本文方法具备较高的实用性和有效性。
5结束语
三维激光扫描技术是一种现代化三维测量技术，该技术具有采集数据块、操作简单的特征，能够在较短的时间内获得隧洞整体形变信息，且具有较高的监测精度。与传统的测绘技术相比，三维激光扫描技术避免了二维监测难以准确、形象表达复杂监测目标物的难点，实现了以直观的三维展示复杂目标物的目的。本文对三维激光扫描技术支持下的地铁工程测量实施方法进行分析，根据三维激光扫描技术的原理，对地铁工程测量实施方法进行优化，实现本文设计。实验论证表明，本文设计的方法具备极高的有效性。希望本文的研究能够为三维激光扫描技术的应用以及地铁工程测量提供一定理论依据。
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