张晓泉

【摘要】继GPS技術之后，一门享有 “实景复制技术”之称的精度高、速度快、接近原形的三维激光扫描技术掀起了国际测绘领域的又一次技术风暴。该项高新技术强有力地推动了测绘技术的发展，被广泛地应用于工程领域，引起了国内外测绘领域的强烈关注。因此，深入研究该项技术及其应用对工程测绘领域的拓展具有深远影响。

【关键词】 三维激光扫描技术；优越性；工程应用

引言

现代科技日新月异，信息技术飞速发展，现代工程测绘技术有了突破式的飞跃。其中，三维激光扫描技术改变了传统接触性单点测量方法，除能够高精度全面重建扫描的实物外，还可以从扫描实物中，自动快速采集逆向三维数据，通过重构模型获得真实可靠的原始测绘数据。具有数字化、高分辨率等独特优势，非传统测绘技术能企及，应用前景十分广阔 。

一、独具优势的三维激光扫描技术

1、三维激光扫描技术与传统测绘技术的差异性

传统测绘利用简单的直尺、经纬仪等主要工具，以简单测量采集离散点为主，通过准备、勾画草图、测量、整理数据、制图、校核，成图、存档等步骤对整体结构比较规则的实物进行测量；而三维激光扫描技术用云数据测量的方法，与传统测量方法相比，差异性体现在：首先将大量的点分布在测量物体表面，继而得到大量的复杂的且不规则的实景三维数据点集合，通过点集合能快速重构出目标的三维点云模型，测量面精确性高 [1]。

2、三维激光扫描技术的优越性

三维激光扫描测量物体性能独特优异，首先是无接触点测量，运用该技术无论测量扫描危险目标、环境时，还是测量柔性或作业人员难以企及的目标，既无需反射棱镜，也无需进行任何表面处理就可以直接采集物体表面完全真实可靠采样率高的三维数据；其次，能力强，摆脱了时空、外部光照气压等条件制约，获取数据主动性强、实时性强。 再次，测速快，通过制定周密的测绘方案，就可以获取详细描绘物体细节的大量数据。最后，高密度、高精度和自动化，信息具有全数字化的特征，易于传输、加工、表达。点云数据既能以坐标测量、切片浏览、表面处理和三维建模等方式满足测量者的需求，又能将数据模型发布在互联网上。

二、应用广泛的三维激光扫描技术

1、连续自动化的三维激光扫描技术

目前，具有代表性的三维激光扫描仪，虽然具体点参数设置各异，型号不同，主要功能也不同，但是都以三维激光扫描为核心，观测由激光测距仪实现，测量前，将反射棱镜组合置于高速激光测距仪前端，测量时，利用激光测距仪测量被测物体与扫描仪主动发射的激光端口距离。最后，完成被测物的表面空间分布合成，要通过调整棱镜组合来改变激光位置和方向，获得全部扫描点的空间坐标集合，再将被测物体表面的空间分布规律测量出来[2]。这种连续密集性自动数据采集，既丰富了信息量，又提高了测量效率。

2、前景美好的三维激光扫描技术

三维激光扫描技术在测绘领域的应用广泛，前景美好，体现在以下主要方面：

（1）工程测量：三维激光扫描技术应用于工程测量中，如线路测绘、地形测绘通过扫描，被测物体外轮廓面的三维点云坐标可以直接获取，接着相应后续数据处理软件，之后点云网格化构建出三角网络模型，DEM 构建经由不规则网络模型实现后进而实现相应的测绘应用[3]。运用该技术进行水利工程施工测量速度快、精度高，尤其是在地形复杂地区比传统摄影测量方式更显优越性。

（2）地质灾害或变形监测：三维激光扫描技术既可以广泛应用于地质灾害监测中，同时，还可以在变形监测中获取变形体的海量三维点云数据。运用该技术检测具有整体性和连续性且诱发期长的地质灾害，既能将变形体面域内的整体情况全面的反映出来，又能处理和比较点分割的云数据，将局部范围内的变形情况显现出来。监测、比较、处理分析连续的多期数据后，构建的后期建模，可以将灾害体整体和局部的变化情况，直观地充分反映出来。监测出变形的情况，如高边坡变形、隧道收方的变形监测，可以为应对、预防措施提供依据；而对危险地区或目标物的遥控测量监测，既能快速辅助地质编录，还能获取稳定性分析计算的地形数据等[4]。该技术的有利于扩展与补充传统地质灾害调查方法，使测绘人员的工作效率得到了极大的提高，同时，使地质灾害调查情况更加精确。

（3）土方和体积测量：三维激光扫描技术对土方和体积进行测量时，首先扫描需要量算土方和体积的区域，数据采集后，拼接处理获取的高密度、高精度、高分辨率的海量点云数据，数字高程模型 DEM在选择性滤波后生成，如水利工程开挖容积测量应用该技术可以生成数字高程模型，在利用软件提供的功能量算土方、体积和表面积的量算。

（4）地下管线探测：传统测量面对工业设备众多、内部结构复杂、且周围管线密布的现代工业设备的测量时，束手无策，而三维激光扫描技术不但可以满足现代工业设备的测量需求，而且可以为技术人员提供各种设备的技术数据，工业设备的三维建模或者工厂整体规划也可以从中受益。

（5） 三维激光扫描：传统的测量方法在特定条件下，难以获得的数据资料的时候，三维激光扫描测量系统完全可以胜任，该技术获取实体表面高密度的点云数据，然后迅速准确地在计算机中建立起以点云表达的详细地形，数据处理能力非常强大，为作业者提供更周全、细致的信息，使作业达到预期的效果。如通过三维激光系统扫描事故现场，可以快速获取三维数据，进而达到三维事故现场三维还原建模，为模拟事故现场和破案提供依据的目的；又如水利工程大坝、地下厂房等大型建筑物通过三维激光扫描系统，可以实现测量维护与仿真，可进行位移监控，还可以构建外观结构的三维建模以及对大型建筑物的维护工作。

3、正在完善的三维激光扫描技术

虽然三维激光扫描技术是测绘领域的新技术，但是在其应用过程中也暴露出了一些问题： 首先，现场受限。激光光源扫描特定材料时反射不够灵敏， 如测量潮湿的地表及绿色植被覆盖的高低起伏的地形时，扫描范围出现大量盲区，与地表面准确的数据相比，所得到的数据有所出入，造成后期处理数据较为复杂的消极影响，还需要作业人员多设测站以弥补这一缺陷[5]；其次，在坐标转换时，产生误差的几率大，作业人员感到校正方法不够成熟；除此之外 ，运用该技术扫描物体的边缘细节不清晰，以及获取处理彩色信息的方法等方面，还有待改善。

三、结语

总之，三维激光扫描技术作为新生事物，还存着许多有待发展和完善的地方，仍需要研究人员不遗余力地改进和提高。相信三维激光扫描技术伴随着科技的发展以及三维空间信息需求的增加，测量手段和数据管理功能会日益强大，将会在测绘技术领域拓展更加广阔的平台，在工程应用上创造更加巨大的经济价值。

参考文献：

[1]刘涛.三维激光扫描技术及其误差[J].河南科技，2014.1.25

[2]刘昌霖三维激光扫描测量技术探究及应用[J].科技信息，2014.2.15

[3]杨国林；韩峰；王丹英：基于三维激光扫描技术的工程施工测量应用研究 [J].中国水能及电气化，2015.2.15

[4]陈弘奕；胡晓斌；李崇瑞：地面三维激光扫描技术在变形监测中的应用[J].测绘通报，2014.12.25

[5]刘萍.地面三维激光扫描技术在工程测绘中的应用[J].包钢科技，2014.4.25.