摘? 要：道路工程測(cè)量是道路工程的施工基礎(chǔ)和保障，因此道路工程測(cè)量的質(zhì)量一直以來(lái)都是受到重點(diǎn)關(guān)注的。尤其是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，道路工程的作用越來(lái)越重要，對(duì)道路工程測(cè)量的要求也就越來(lái)越高。傳統(tǒng)的道路工程測(cè)量技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代道路工程測(cè)量的基本要求，新的技術(shù)受到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。該文主要研究的是三維激光掃描技術(shù)在道路工程測(cè)量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)? 道路工程? 測(cè)量

中圖分類號(hào)：TH457? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）04（b）-0046-02

道路工程對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著十分重要的影響，因此道路工程的施工質(zhì)量一直以來(lái)都備受關(guān)注。而作為道路工程施工質(zhì)量的基礎(chǔ)和保障，道路工程測(cè)量工作也受到了較多的關(guān)注。傳統(tǒng)的道路工程測(cè)量技術(shù)已經(jīng)完全無(wú)法滿足現(xiàn)代道路工程測(cè)量的基本需求，新的技術(shù)手段在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中不斷被開發(fā)和應(yīng)用，使用現(xiàn)代化技術(shù)手段以及設(shè)備進(jìn)行道路測(cè)量工作已經(jīng)是常態(tài)，但是這種應(yīng)用依舊是平面化的，沒有辦法將測(cè)量工作以及測(cè)量數(shù)據(jù)立體化，使得測(cè)量數(shù)據(jù)在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中無(wú)法發(fā)揮更大的作用。由此，三維激光掃描技術(shù)進(jìn)入了人們的視野，并在道路工程測(cè)量工作中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在道路工程測(cè)量中使用三維激光掃描技術(shù)不僅能夠?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)立體化，還能對(duì)測(cè)量區(qū)域進(jìn)行空間描繪，讓測(cè)量數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，具有更高的參考價(jià)值，有利于道路工程測(cè)量工作的長(zhǎng)期發(fā)展。

1? 技術(shù)概況

1.1 三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)主要是利用激光測(cè)距的原理，通過(guò)記錄被測(cè)物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，可快速?gòu)?fù)建出被測(cè)目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。由于三維激光掃描系統(tǒng)可以密集地大量獲取目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此相對(duì)于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量，三維激光掃描技術(shù)也被稱為從單點(diǎn)測(cè)量進(jìn)化到面測(cè)量的革命性技術(shù)突破。三維激光掃描系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集的硬件部分和數(shù)據(jù)處理的軟件部分。按照載體的不同，三維激光掃描系統(tǒng)又可分為機(jī)載、車載、地面和手持型幾類。應(yīng)用掃描技術(shù)來(lái)測(cè)量工件的尺寸及形狀等原理來(lái)工作。主要應(yīng)用于逆向工程，負(fù)責(zé)曲面抄數(shù)，工件三維測(cè)量，針對(duì)現(xiàn)有三維實(shí)物（樣品或模型），在沒有技術(shù)文檔的情況下，可快速測(cè)得物體的輪廓集合數(shù)據(jù)，并加以建構(gòu)、編輯、修改生成通用輸出格式的曲面數(shù)字化模型。

三維激光掃描技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)有點(diǎn)云、建模、空間點(diǎn)陣掃描，其中空間點(diǎn)陣掃描屬于核心技術(shù)，通過(guò)掃描儀與目標(biāo)距離的遠(yuǎn)近來(lái)劃分采樣點(diǎn)的大小，不同大小的采樣距離適用于不同的對(duì)象，中遠(yuǎn)距離一般用于大型目標(biāo)的測(cè)量，近距離則用于小物體的精準(zhǔn)測(cè)量。

1.2 道路工程中三維激光掃描原理

道路測(cè)量中運(yùn)用的三維激光掃描由掃描儀、電源以及控制器3個(gè)部件組成。與一般的三維掃描不同，道路測(cè)量工程中面對(duì)的掃描對(duì)象不再是一個(gè)物體，而是一片區(qū)域，因此在道路工程中運(yùn)用的激光掃描儀中有一套獨(dú)立的坐標(biāo)系統(tǒng)，以掃描儀的位置為原點(diǎn)，橫向的掃描面為X，垂直的掃描面為Y，與掃描面立面垂直的為Z，對(duì)掃描的位置進(jìn)行三維的立體定位，并且在掃描的過(guò)程中能夠進(jìn)行快速的旋轉(zhuǎn)，應(yīng)用靈活，掃描范圍廣，并且得出的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

2? 道路工程中三維激光掃描作業(yè)流程

2.1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集主要針對(duì)的是被掃描對(duì)象的外觀數(shù)據(jù)，包括長(zhǎng)、寬、高、面積、體積等。在進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中需要布設(shè)一定距離的標(biāo)靶和測(cè)量點(diǎn)，然后再進(jìn)行目標(biāo)的全景掃描，數(shù)據(jù)掃描主要有三維激光掃描與標(biāo)靶三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)身?xiàng)作業(yè)內(nèi)容，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中要特別關(guān)注以下兩個(gè)方面。

2.1.1 標(biāo)靶與測(cè)量點(diǎn)的布置

三維激光掃描的掃描范圍雖然很廣，但畢竟是有限的，和道路工程中涉及到的道路來(lái)比就顯得十分狹窄，再加上激光掃描儀和掃描目標(biāo)之間還存在著不同程度的夾角，對(duì)空間測(cè)量結(jié)果的分辨率會(huì)造成一定的影響。此外，道路工程屬于室外作業(yè)，在整個(gè)工程范圍內(nèi)植被、水文、地形都有所不同，整個(gè)工程范圍并不是一覽無(wú)余的，總會(huì)存在障礙物。這些障礙物是極廣不能穿透的。因此在對(duì)道路工程進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中需要設(shè)置很多的測(cè)量點(diǎn)，再將這些測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)連成一體，得到最終的測(cè)量結(jié)果。這些測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)的連貫性就需要由標(biāo)靶來(lái)保證，根據(jù)掃描儀的測(cè)程，在各相鄰測(cè)站的重合位置布設(shè)3個(gè)以上不規(guī)則圖形的標(biāo)靶，以便在后續(xù)處理時(shí)能夠通過(guò)點(diǎn)云拼接將測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)連成完整的整體。

2.1.2 確定采樣間隔與掃描作業(yè)

道路工程是一項(xiàng)范圍比較廣，距離比較長(zhǎng)的工程，面對(duì)這樣的工程進(jìn)行測(cè)量作業(yè)就需要借助采樣點(diǎn)來(lái)保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，采樣點(diǎn)的密集程度會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果以及后期的數(shù)據(jù)處理造成十分大的影響。采樣點(diǎn)間隔太大會(huì)導(dǎo)致采樣數(shù)據(jù)不連貫，一些重要的地勢(shì)變化和道路情況就會(huì)被遺漏掉，給后期的施工帶來(lái)不必要的麻煩;而采樣點(diǎn)間隔太小又會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)過(guò)于密集，點(diǎn)云數(shù)據(jù)龐大，這對(duì)環(huán)境和條件相對(duì)較差的戶外作業(yè)來(lái)說(shuō)，會(huì)給數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)、分類都帶來(lái)較大的麻煩，可能會(huì)造成數(shù)據(jù)的誤差，而如此大體量的數(shù)據(jù)也增加了后期處理數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，大大降低了測(cè)量工作的效率。因此在實(shí)際測(cè)量的過(guò)程中，對(duì)于采樣點(diǎn)的間隔距離要進(jìn)行嚴(yán)格的把控，在無(wú)障礙的情況下，保持在30～50m的距離范圍內(nèi)，從而保證數(shù)據(jù)的合理性和連貫性，對(duì)于有地勢(shì)變化的路段則要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

2.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理則主要包括與被測(cè)量對(duì)象相關(guān)的樹木、車輛、行人、水文、環(huán)境等相關(guān)信息，在進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中要根據(jù)相關(guān)的要求，將無(wú)用的信息剔除出去，留下有用的信息進(jìn)行分析研究。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的主要流程包括有設(shè)計(jì)方案、收集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)濾波、點(diǎn)云拼接、平面虛擬測(cè)量、DEM建模、縱橫斷面圖生成幾個(gè)步驟，其中重點(diǎn)需要關(guān)注的是以下幾個(gè)步驟。

2.2.1 數(shù)據(jù)濾波

數(shù)據(jù)濾波就是對(duì)三維激光掃描收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，將例如行人、車輛、樹木等對(duì)道路測(cè)量無(wú)用的數(shù)據(jù)剔除出去，這個(gè)過(guò)濾和剔除主要是利用噪聲數(shù)據(jù)不連續(xù)、無(wú)規(guī)律、稀疏、雜亂的特點(diǎn)將噪聲數(shù)據(jù)與有用數(shù)據(jù)區(qū)分出來(lái)，再進(jìn)行剔除的。

2.2.2 點(diǎn)云拼接

從個(gè)測(cè)量點(diǎn)上掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)都是不連貫或者存在重疊的一段一段的獨(dú)立數(shù)據(jù)，要想得到整個(gè)道路工程的具體數(shù)據(jù)就需要通過(guò)點(diǎn)云拼接將這些獨(dú)立的數(shù)據(jù)段落連接起來(lái)，然后通過(guò)控制點(diǎn)構(gòu)建三維坐標(biāo)，將拼接后的點(diǎn)云放入到三維坐標(biāo)系中。

2.2.3 平面虛擬測(cè)量

雖然點(diǎn)云拼接具有三維坐標(biāo)，但是與實(shí)際情況還是具有一定差距的，并不能形成有效的參考。平面虛擬測(cè)量就是將點(diǎn)云拼接得到的數(shù)據(jù)與CCD相機(jī)拍攝的圖像結(jié)合起來(lái)，將數(shù)據(jù)尺寸在實(shí)景中標(biāo)識(shí)出來(lái)，表明高程點(diǎn)信息，形成所需的地形圖。

3? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，三維激光掃描技術(shù)在道路測(cè)量工程中受到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，不僅大大節(jié)省了人力，提高了測(cè)量效率，更提高了測(cè)量工程的準(zhǔn)確度和精確度，對(duì)我國(guó)道路工程的施工與發(fā)展有著極大的推動(dòng)作用。在運(yùn)用三維激光技術(shù)的過(guò)程中，要注意相關(guān)的操作要求，對(duì)重點(diǎn)的操作步驟要謹(jǐn)慎對(duì)待，反復(fù)檢查，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和參考價(jià)值。

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①作者簡(jiǎn)介：王佳樂（1998—），男，漢族，河北石家莊人，本科在讀，研究方向：激光。