于磊+刘精攀

摘要：现如今，随着我国科學技术的迅猛发展，人们不再满足于传统的工程施工技术，这就对许多施工企业带来了巨大的挑战。文章重要概述了三维激光扫描的概念，并以LeicaHDS3000三维激光扫描仪技术为案例，研究了在近代工程检测中使用三维激光扫描技术的技术特点。并探讨了实际的点云拼接、扫描作业与数值处理的整个过程及对三维激光扫描技术在工程测量中的使用研究。

关键词：三维激光扫描技术；LeiceHDS3000；工程测量；Cyclone

在90年代中期开发出了三维激光扫描技术，它依据激光扫描测量的方式，三维激光技术扫描能大面积的提升分辨率，并准确得出被测量对象的三维坐标数值，详细的对空间点位信息进行采集，并获取被测物体表面上各个采样点的空间独立坐标。工程监测，是指在管理阶段与建设时所开展的各项测量工作。它能直接为所有项目的规划、测量、施工、检测、完工和运行管理等一系列项目所服务的。如何才能在工程监测中更好的植入三维激光扫描技术，并合理科学的使用它的准确性能这一技术特点，是一个展新的研究项目。文章以Leica HDS3000为例，由于三维激光扫描技术具备代表性，所以被大型建筑工程监测中广泛的使用。

1、技术背景

1.1、三维激光扫描技术概念

三维激光扫描技术是从繁琐实体结构和实践中得出该目标的三维数值和模型，它能根据激光扫描测量的方式，为目标的局部或整体进行详细的检测，使其获得目标的面、线、体等三维数值，和检测对象的采样点相结合，被称作“距离影响”和“点云”。根据测量仪器和扫描目标间存在距离长短来实行划分，三维激光扫描技术能分为近距离、中距离、远距离三类，三类距离本身的准确度都是不同的，所以适合的对象也都各不相同，中、远、距离激光扫描可以用在大规模场景建设中，近距离激光扫描技术因为它自身的精准度相对较高，所以可以应用在小型物体的三维准确建设中。

1.2、Leica HDS3000三维激光扫描技术的特征

Leica HDS3000三维激光扫描仪是Leica公司高清测量仪器的主打产品。在工作的时候，扫描仪可以沿着水平面上顺时针方向依次转动，仪器自动进行分析并记录出激光的回导信号。通过计算后获得的内量数值，会通过缓冲分块后经过TCP/IP协议传递到数值记录仪器中，并用数值库的规定格式进行储存。Leica HDS3000三维激光扫描仪可以达成水平与垂直第一视角范围的扫描，并且同时能得到扫描点的颜色资料。有效距离为三百米，采样密度最高为一毫米，扫描的速度可达到每秒四千点。

1.3、后期处理软件CycIone

Cyclone是Leica HDS3000三维激光扫描器与之相匹配软件，也是三维激光扫描技术的重要软件设备之一。Cyclone能够管理大量的数值资料，并及时扫描测量物体，设定照相机的曝光清晰度，对数值采集录入并进行处理，还能根据标靶和点云达成点云连接、数值分量处理与管理性能，可按照点云自动形成曲面、平面、弯管、圆柱等多个几何体，并自己构网和形成等高线，根据点云的薄厚形成点云切片，可以传递出ptx、dxf、txt等各种不同数值的形式。Cyclone还具有正摄影像传出作用，CAD用户能在改正后的图像上得出准确的二维线划图。

2、现场数据的采集

因为激光自身带有独特的物理特点，和激光扫描仪的功率会受到限制，Leica HDS3000型三维激光扫描仪可以扫描三百米之内的物体，最大误差是六毫米，五十米处的最大误差是两豪米。并且，因为扫描仪使用的是铅酸电池，所以它的工作时间也是有限制的，详细的扫描步骤如下：先知道控制点数据，在对整体天幕钢结构进行粗扫描，然后对立柱的焊接部位进行细扫描，并且确保对每个焊接补位都有两台机器同时扫描，并覆盖百分之五十的表面，为后期处理创造了最佳的条件。东、西两部分一共要扫描八个站点，总共的工作时长为两个工作日。除了布置现场和其他准备工作之外，真实的扫描时间为十个小时，扫描面积是一万平方米，所以它的工作效率还是比较高的。

3、后期数据的处理

3.1、统一坐标系的创建和导入

扫描现场的两端距离比较大，东西两端的距离为五百米，要采用分段式的方法来逐步测量。但是现场仍在继续施工，这就使操作的难度大大提升，并不能只依靠动靶标点来对坐标进行传输。所以，把大地坐标系当成工程测量中的唯一坐标系。具体的方式有：在在对美段进行测量的时候，都要固定的靶标点来作为把控点，然后在把把控点和各个站点点云连接，连接之后的点云坐标系则视为大地坐标系。

3.2、扫描准确度验证

检测人员在现场一共放置了十八个靶标点，使用全站仪检测出的准确大地坐标值，并在东、西两部各选用三个靶标点来作为把控点。在每站开始扫描的时候，每个部分会同时扫描和各自相对应的把控点。在后期的处理时，将控制点的坐标按顺序录入到文档里，导入Cydone并存为一个scanworld，然后在和点云相结合，所以结合后的点云都具有代表性。

4、三维激光扫描在工程检测中的使用与研究

现如今，随着三维激光扫描技术的迅猛发展，以往的绘制方法也渐渐被广泛使用，主要的使用领域有对土方的体积进行测量。地面三维激光扫描技术进行测量时，不再仅仅只依靠于人工操作，还能更加准确的取得代表性地形的特点并用其它的方式表达出来，数据的准确性高并且提高了效率，而且大大提升了测量人员的工作效率，从一定基础上节约了社会成本。土方测量与体积的测量是工程中必不可少的项目，三维激光扫描技术可以根据大量的点云数据收集技术在土方量计算方面能比以往方法更加的快速精确。所以，三维激光扫描技术在施工中有着广泛的使用，并起到了它的使用价值。并且，能使工程测量更加的简易化。

结束语：点云的主要获得方式是三维激光扫描技术对激光的照射，使以往使用的在外面测量改到室内测量，显著的提升了了测量的工作效率。得到的数值代表性、准确性强，大大降低了现场测量的时间和次数。对三维激光扫描技术的使用已经不仅仅能得出他的结果，还能继续深更层次的挖掘和分析，特别是在点云数值模型化，以及数值在其他平台的可用性方面进行研究。endprint