王 柘

（深圳市大華勘測(cè)科技有限公司，廣東 深圳 518000）

1 三維激光掃描技術(shù)概述

三維激光掃描技術(shù)是基于激光測(cè)距原理及物體反射率等特性，分析被測(cè)點(diǎn)的三維空間信息，實(shí)時(shí)獲取被測(cè)物體表面高密度高精度的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用專業(yè)的點(diǎn)云處理軟件，對(duì)所獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行解算、糾正、拼接、去噪分類等處理，通過(guò)人機(jī)交互操作，輸出各類成果數(shù)據(jù)、構(gòu)建各領(lǐng)域空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

三維激光掃描技術(shù)能快速、連續(xù)獲取所需項(xiàng)目的空間信息數(shù)據(jù)。利用非接觸的方式直接獲得被測(cè)目標(biāo)的空間位置信息，在掃描過(guò)程中無(wú)需過(guò)多的人為干預(yù)，充分保證了信息數(shù)據(jù)的真實(shí)性和客觀性。后期點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件的自動(dòng)化和智能化處理，大大提升了項(xiàng)目的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

隨著人類社會(huì)飛速的發(fā)展，各領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，測(cè)繪工具和測(cè)繪技術(shù)也在不斷更新。三維激光掃描技術(shù)具有高效、直觀、高精度、智能化的優(yōu)點(diǎn)，作為一種新的測(cè)繪手段，在工程測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。

2 三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 三維激光掃描技術(shù)在地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

地形圖是城鎮(zhèn)規(guī)劃、建設(shè)和管理，工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等各階段重要的基礎(chǔ)資料。傳統(tǒng)的地形圖測(cè)繪主要采用全站儀、RTK 等常規(guī)測(cè)繪手段，因其效率低、人力成本高、且更新慢等缺點(diǎn)，已無(wú)法滿足當(dāng)今社會(huì)快節(jié)奏發(fā)展對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性的需求。而三維激光掃描技術(shù)能很好的解決這一問(wèn)題。在基于三維激光掃描技術(shù)的地形測(cè)繪中，根據(jù)不同的項(xiàng)目要求和地形特點(diǎn)，可采用機(jī)載、車載或背包等不同平臺(tái)作業(yè)方式，快速獲取海量高精度地表點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在掃描過(guò)程中，多平臺(tái)的激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)自主發(fā)射激光，利用多次回波技術(shù)，能有效避免作業(yè)環(huán)境及地表植被覆蓋的影響，真實(shí)獲取地物地貌要素信息。內(nèi)業(yè)采用相應(yīng)的專業(yè)軟件，對(duì)平臺(tái)軌跡進(jìn)行解算，獲取高精度的位置、速度和姿態(tài)信息，建立測(cè)區(qū)坐標(biāo)控制系統(tǒng)，對(duì)所獲取的地形點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正，配合立體測(cè)圖、地形成圖等軟件，基于三維場(chǎng)景進(jìn)行多視角便捷捕捉和繪制地物，直觀快速完成聯(lián)合繪圖。

2.2 三維激光掃描技術(shù)在邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

近年來(lái)，我國(guó)各地的建設(shè)如火如荼，工程活動(dòng)越來(lái)越頻繁，規(guī)模也越來(lái)越大。同時(shí)，由于工程場(chǎng)地的可選余地正在減少，工程設(shè)計(jì)在一定程度上將面臨更加復(fù)雜的地質(zhì)條件。 因此，在進(jìn)行邊坡設(shè)計(jì)時(shí)需要更多的考慮邊坡的地質(zhì)條件對(duì)其穩(wěn)定性的影響及其變化趨勢(shì)。邊坡穩(wěn)定問(wèn)題由于受其復(fù)雜的地質(zhì)條件的影響，一直是巖土工程界關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。因此，邊坡監(jiān)測(cè)與反饋分析成了邊坡工程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它是保證工程施工和運(yùn)行安全的前提、是評(píng)價(jià)邊坡理論分析結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)判斷成果的依據(jù)、是修改設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工的客觀標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)邊坡監(jiān)測(cè)也為工程巖土體力學(xué)參數(shù)的反演分析和掌握邊坡變形特征及規(guī)律提供資料，指導(dǎo)在邊坡發(fā)生嚴(yán)重變形條件下的應(yīng)急處理，預(yù)測(cè)邊坡變形破壞趨勢(shì)，為評(píng)價(jià)邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定性提供條件。

三維激光掃描技術(shù)作為一種新興的測(cè)繪技術(shù)，兼具高效、快速、高精度、非接觸、并能直接全方位獲取測(cè)繪對(duì)象表面的空間幾何數(shù)據(jù)，具有很強(qiáng)的工程適用性。在巖土工程設(shè)計(jì)和邊坡變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義，有著巨大的應(yīng)用潛力。傳統(tǒng)的邊坡監(jiān)測(cè)方法無(wú)論是設(shè)備安裝布置，還是施測(cè)都需要人工干預(yù)，效率較低，而且存在較多安全隱患，同時(shí)在大多數(shù)情況下由于存在人為誤差，難以及時(shí)獲取邊坡形變的真實(shí)數(shù)據(jù)。

在邊坡監(jiān)測(cè)中，目前應(yīng)用較多的是脈沖式長(zhǎng)測(cè)程三維激光掃描儀，其最大測(cè)程可達(dá)2000 米，測(cè)點(diǎn)速率最高可達(dá)50萬(wàn)點(diǎn)/秒。

通過(guò)三維激光掃描儀分期獲取邊坡全方位的海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，快速實(shí)景復(fù)制邊坡。然后通過(guò)專業(yè)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、去噪、拼接建模等處理，然后將多期點(diǎn)云數(shù)據(jù)疊加分析，得出邊坡變形情況。

將三維激光掃描技術(shù)引入到巖土地質(zhì)工程和邊坡變形監(jiān)測(cè)中，大大降低了測(cè)繪人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)，消除了測(cè)繪過(guò)程中的人為因素誤差， 提高了工作效率。而且三維激光掃描技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)完全覆蓋了整個(gè)邊坡表面，能全面真實(shí)地反映邊坡形變情況，成果也更加翔實(shí)準(zhǔn)確，在指導(dǎo)安全施工、驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論以及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)等方面都具有重要作用。

2.3 三維激光掃描技術(shù)在舊城改造測(cè)量中的應(yīng)用

我國(guó)是一個(gè)歷史悠久的國(guó)度，城市發(fā)展在不同的歷史時(shí)期，有著不同時(shí)期的歷史文化。通過(guò)幾千年的積淀，不同的城市也呈現(xiàn)出了不同的建筑風(fēng)格。在新時(shí)代的城市建設(shè)中，尤其是對(duì)于具有歷史文化價(jià)值的特殊建筑群體，一般都予以保留或者保護(hù)性開發(fā)。那么，如何讓新城舊貌安全和諧共存便成了當(dāng)前城市建設(shè)者們要解決的矛盾。

在當(dāng)前舊城改造工作中，三維激光掃描技術(shù)對(duì)于復(fù)原古建筑和老舊建筑的改造，顯然是最先進(jìn)的首選手段。以下就三維激光掃描技術(shù)在合肥市三河古鎮(zhèn)景區(qū)沿街立面改造測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例，略說(shuō)一二，以彰其比常規(guī)測(cè)繪手段的優(yōu)勢(shì)。

合肥三河古鎮(zhèn)是國(guó)家AAAAA 級(jí)景區(qū)，因存在建筑年久失修、分區(qū)不明、店招雜亂等問(wèn)題。為了消除安全隱患、滿足游客要求、提升景區(qū)整體面貌。景區(qū)管理部門決定對(duì)景區(qū)內(nèi)主要街道沿街建筑進(jìn)行改造。在沿街建筑立面改造測(cè)繪中應(yīng)用了三維激光掃描技術(shù)。

測(cè)區(qū)道路長(zhǎng)度約2.8 公里，掃描測(cè)量對(duì)象為道路兩側(cè)的建筑物。本次使用設(shè)備為組合式地面激光掃描系統(tǒng)。

使用組合式地面激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)站掃描，為保證掃描精度，架站點(diǎn)的布設(shè)原則上要保障相鄰站點(diǎn)間通視情況良好、掃描設(shè)站數(shù)最小、掃描內(nèi)容和范圍最大、冗余數(shù)據(jù)最小。因此采用后視定向，遞進(jìn)發(fā)展，按順序一站一站掃描。

外業(yè)數(shù)據(jù)采集完成后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入工作站，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正、拼接、去噪等處理。

將處理好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入成圖軟件，通過(guò)人機(jī)交互繪制建筑立面圖，最后按照要求整理出成果資料。該項(xiàng)目共設(shè)置架站點(diǎn)140 個(gè)，采集激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)25.7GB、采集現(xiàn)場(chǎng)照片735 張、制作建筑立面圖46 棟，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)門窗尺寸與激光掃描系統(tǒng)成果校核精度優(yōu)于0.03m。整個(gè)項(xiàng)目自進(jìn)場(chǎng)測(cè)繪至成果提交驗(yàn)收，用時(shí)5 個(gè)工作日，真正做到了快速、精準(zhǔn)、高效。

3 結(jié)語(yǔ)

三維激光掃描技術(shù)作為一種新的測(cè)繪手段，獲取數(shù)據(jù)快速全面、精準(zhǔn)客觀、作業(yè)方式自動(dòng)化程度高、效率提升顯著。已在工程測(cè)量乃至整個(gè)測(cè)繪領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的普及，海量空間數(shù)據(jù)的傳輸處理及應(yīng)用有了強(qiáng)大的通訊基礎(chǔ)保障。伴隨人工智能的快速發(fā)展和成熟，測(cè)繪技術(shù)+三維激光掃描技術(shù)……作為一種全新的技術(shù)組合形式將日臻完善，無(wú)論在智慧城市建設(shè)還是在科研生產(chǎn)等領(lǐng)域都將大有可為。

圖1 立面點(diǎn)云及立面圖