摘要：隨著我國新農(nóng)村建設(shè)的不斷推進(jìn)，如何利用現(xiàn)代科技手段提升農(nóng)村建設(shè)的質(zhì)量和效率，成為亟待解決的問題。三維激光掃描技術(shù)作為一種快速、高精度的三維數(shù)字化手段，正在農(nóng)村建設(shè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。就三維激光掃描技術(shù)的定義、分類、優(yōu)勢和局限性、新農(nóng)村建設(shè)的發(fā)展現(xiàn)狀與問題，以及三維激光掃描技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用前景和實踐案例等方面進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)；新農(nóng)村建設(shè)；應(yīng)用隨著我國城市化進(jìn)程的加速和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，新農(nóng)村建設(shè)已成為我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個重要方面。新農(nóng)村建設(shè)旨在改善農(nóng)村居民的生產(chǎn)生活條件，促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和鄉(xiāng)村振興。然而，傳統(tǒng)的農(nóng)村建設(shè)方式存在很多問題，如缺乏科學(xué)規(guī)劃、落后的建筑設(shè)計和工程管理等，致使農(nóng)村建設(shè)質(zhì)量和效率難以保證。因此，如何借助現(xiàn)代科技手段提升農(nóng)村建設(shè)的質(zhì)量和效率，成為亟待解決的問題。

1三維激光掃描技術(shù)的概述

1.1三維激光掃描技術(shù)的定義和原理

三維激光掃描技術(shù)是一種非接觸式測量技術(shù)，能夠快速、精確地獲取物體表面的三維坐標(biāo)信息。該技術(shù)通過激光束掃描物體表面，并記錄下光線的時間和位置信息，根據(jù)這些信息計算出光線與物體表面的交點坐標(biāo)，從而獲取物體表面的三維坐標(biāo)信息。將多次掃描得到的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，就可以得到物體的三維數(shù)字化表示［1］。因此，三維激光掃描技術(shù)是一種高精度、高效率的三維數(shù)據(jù)獲取技術(shù)。三維激光掃描技術(shù)的原理是利用激光束與物體表面的相互作用關(guān)系來實現(xiàn)三維坐標(biāo)信息的測量。激光掃描儀發(fā)射高頻激光束，激光束在物體表面反射后，被激光掃描儀接收到，從而得到激光束的時間和位置信息。通過測量激光束發(fā)射和接收的時間差，再結(jié)合激光束的傳播速度，可以計算出光線從激光掃描儀到物體表面的距離。在測量物體表面的三維坐標(biāo)時，需要將激光掃描儀沿著一定的掃描路徑移動。在每個掃描位置上，激光掃描儀都會記錄下一系列的光線數(shù)據(jù)，包括光線的發(fā)射和接收時間，以及光線與物體表面的交點坐標(biāo)。這些點的集合就是點云數(shù)據(jù)，通過對多次掃描得到的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，可以得到物體的三維數(shù)字化表示。

1.2三維激光掃描技術(shù)的分類

根據(jù)激光掃描儀的掃描方式和應(yīng)用領(lǐng)域的不同，三維激光掃描技術(shù)可以分為以下幾類：（1） 時間差測量法。時間差測量法是最早應(yīng)用于三維激光掃描技術(shù)中的一種方法。它通過測量激光束從激光發(fā)射器發(fā)出后到反射回來的時間來計算出距離，進(jìn)而得到物體表面的三維坐標(biāo)信息。時間差測量法掃描速度較慢，適用于對精度要求較高的場景，如建筑物的三維掃描等［2］。（2） 相移法。相移法是一種通過對被測物體表面反射回來的激光光線進(jìn)行相移分析，從而得到物體表面形狀信息的方法。相比于時間差測量法，相移法的掃描速度更快，適用于對掃描速度要求較高的場景，如汽車、飛機等工業(yè)制品的三維掃描。（3） 相位測量法。相位測量法是一種通過分析被測物體表面反射回來的激光光線的相位變化，從而得到物體表面形狀信息的方法。相比于時間差測量法和相移法，相位測量法的測量精度更高，適用于對精度要求較高的場景，如雕塑、文物等藝術(shù)品的三維掃描。（4） 全景掃描法。全景掃描法是一種通過掃描儀在一個固定位置進(jìn)行全方位掃描，從而得到物體表面三維信息的方法。全景掃描法可以快速地獲取物體的三維信息，適用于對掃描速度和效率要求較高的場景，如室內(nèi)外環(huán)境的三維掃描。

1.3三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢和局限性

三維激光掃描技術(shù)在許多領(lǐng)域中都具有廣泛的應(yīng)用，主要是因為它具有以下優(yōu)勢：（1） 高精度：激光掃描技術(shù)可以實現(xiàn)亞毫米級別的精度，能夠快速、準(zhǔn)確地獲取物體表面的三維坐標(biāo)信息［3］。（2） 非接觸式測量：激光掃描技術(shù)不需要與被測物體接觸，避免了物體表面的磨損和變形，同時也降低了操作人員的受傷風(fēng)險。（3） 大范圍測量：激光掃描技術(shù)可以掃描大范圍的物體，不受物體大小和形狀的限制，適用于復(fù)雜的幾何形狀和大型建筑物的測量。（4） 高效性：激光掃描技術(shù)可以快速地獲取大量的數(shù)據(jù)，節(jié)省了大量的人力和時間成本。

盡管三維激光掃描技術(shù)具有許多優(yōu)勢，但也存在一些局限性：（1） 成本高：激光掃描儀設(shè)備價格昂貴，而且需要配備高性能的計算機和軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，增加了使用成本。（2） 受環(huán)境影響：激光掃描技術(shù)受到光線、溫度、濕度等環(huán)境因素的影響，環(huán)境條件不良會影響掃描的精度和準(zhǔn)確性。（3） 大數(shù)據(jù)處理難度高：三維激光掃描技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)量龐大，處理和分析數(shù)據(jù)需要高級的計算機和軟件，難度較大。

2新農(nóng)村建設(shè)的發(fā)展現(xiàn)狀與問題

2.1新農(nóng)村建設(shè)的意義和目標(biāo)

新農(nóng)村建設(shè)是指在保持農(nóng)村傳統(tǒng)文化和生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，推動農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)環(huán)境的全面升級，建設(shè)現(xiàn)代化的鄉(xiāng)村社會。新農(nóng)村建設(shè)的意義在于推動城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)村居民生活水平的提高，實現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化發(fā)展，推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的落實。新農(nóng)村建設(shè)的目標(biāo)是實現(xiàn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、社會、文化和生態(tài)環(huán)境的全面發(fā)展，打造宜居宜業(yè)宜游的鄉(xiāng)村社會，讓農(nóng)村成為生態(tài)文明建設(shè)的主陣地和綠色發(fā)展的先行區(qū)。同時，新農(nóng)村建設(shè)還要注重發(fā)揚農(nóng)村優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化，提高農(nóng)村文化素質(zhì)，推動農(nóng)村文化創(chuàng)新和發(fā)展。

2.2新農(nóng)村建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)和問題

新農(nóng)村建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)和問題是多方面的。首先，由于城市化的快速發(fā)展，許多農(nóng)民選擇外出打工，農(nóng)村人口流失和農(nóng)村社會結(jié)構(gòu)的空心化。其次，農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，特別是在通訊、交通、教育、醫(yī)療等方面與城市存在較大的差距，不利于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展［4］。同時，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)單一，缺乏技術(shù)創(chuàng)新和科技支撐，不利于提高農(nóng)村產(chǎn)業(yè)的競爭力和發(fā)展水平。此外，環(huán)境污染、土地資源的過度利用等問題也制約著農(nóng)村的可持續(xù)發(fā)展。最后，一些農(nóng)民的思想觀念較為落后，或文化素質(zhì)相對較低，也阻礙了新農(nóng)村建設(shè)的進(jìn)程。

2.3三維激光掃描技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用前景

隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，三維激光掃描技術(shù)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，其中包括了新農(nóng)村建設(shè)領(lǐng)域。三維激光掃描技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。首先，三維激光掃描技術(shù)能夠快速、高效地獲取農(nóng)村地區(qū)的三維空間信息，包括地形地貌、農(nóng)村建筑、農(nóng)田土地等等。這為新農(nóng)村建設(shè)提供了非常有價值的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和決策支持。其次，三維激光掃描技術(shù)可以通過數(shù)字化重建和模擬，為新農(nóng)村建設(shè)提供更加精準(zhǔn)、科學(xué)的規(guī)劃和設(shè)計方案，提高了農(nóng)村建設(shè)的效率和質(zhì)量。此外，三維激光掃描技術(shù)在農(nóng)村環(huán)境監(jiān)測、自然資源管理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面也具有廣泛的應(yīng)用前景。當(dāng)然，三維激光掃描技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用還存在一些問題和挑戰(zhàn)。例如，三維激光掃描設(shè)備高昂的價格和維護(hù)成本，以及技術(shù)難度較高等因素，限制了其在農(nóng)村地區(qū)的推廣和應(yīng)用。此外，在實際應(yīng)用過程中，還需要克服數(shù)據(jù)處理和分析，以及相關(guān)人員的專業(yè)水平和技術(shù)素養(yǎng)等問題。

3三維激光掃描技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用

3.1地形地貌的三維重建

地形地貌是指地球表面的地形和地貌特征，對于農(nóng)村規(guī)劃和設(shè)計具有重要的作用。三維激光掃描技術(shù)可以對地形地貌進(jìn)行高精度的三維重建，為農(nóng)村規(guī)劃和設(shè)計提供可靠的數(shù)據(jù)支持。在進(jìn)行地形地貌的三維重建時，可以利用三維激光掃描儀對地表進(jìn)行掃描，獲取地表點云數(shù)據(jù)。通過云數(shù)據(jù)的處理和分析，可以得到地形地貌的三維數(shù)字化模型，包括地形高程、坡度、坡向等信息。這些信息可以為農(nóng)村規(guī)劃和設(shè)計提供重要的參考數(shù)據(jù)，例如確定村莊的選址、規(guī)劃村莊的道路、排水系統(tǒng)等［5］。同時，三維激光掃描技術(shù)可以快速高效地獲取大范圍地形地貌數(shù)據(jù)，節(jié)約人力和時間成本。在新農(nóng)村建設(shè)中，三維激光掃描技術(shù)可以為農(nóng)村規(guī)劃和設(shè)計提供高效可靠的數(shù)據(jù)支持，提高規(guī)劃和設(shè)計的精度和效率。

3.2農(nóng)村建筑的三維建模

在新農(nóng)村建設(shè)中，農(nóng)村建筑是一個重要的建設(shè)領(lǐng)域。通過三維激光掃描技術(shù)，可以實現(xiàn)農(nóng)村建筑的快速、高效的三維建模。具體來說，可以通過掃描建筑外立面、內(nèi)部空間和結(jié)構(gòu)構(gòu)件等方式獲取建筑的三維點云數(shù)據(jù)，然后通過點云數(shù)據(jù)的處理和融合，生成建筑的三維模型。通過三維建模，可以實現(xiàn)對農(nóng)村建筑的精細(xì)化管理和規(guī)劃。例如，在建設(shè)村莊公共設(shè)施時，可以通過三維模型的建立，對設(shè)施的布局和位置進(jìn)行優(yōu)化。在維護(hù)農(nóng)村建筑時，可以對建筑進(jìn)行精準(zhǔn)的維護(hù)和保養(yǎng)，減少維護(hù)成本和時間。同時，在農(nóng)村建筑的文化保護(hù)方面，三維建模也可以為文化遺產(chǎn)的保護(hù)提供有效的技術(shù)支持。

然而，在實際應(yīng)用中，農(nóng)村建筑的三維建模面臨一些問題和挑戰(zhàn)。例如，若農(nóng)村建筑分布較為分散，建筑形態(tài)復(fù)雜，會給建筑的掃描帶來一定的困難。此外，農(nóng)村建筑大都時間較悠久，有些建筑已經(jīng)破舊不堪，需要進(jìn)行修繕或重建，這也給三維建模帶來了一定的難度。因此，在農(nóng)村建筑的三維建模中，需要考慮不同類型建筑的特點，采用不同的掃描方案和數(shù)據(jù)處理方法，提高建模的精度和效率。

3.3農(nóng)村道路的三維測量

農(nóng)村道路是新農(nóng)村建設(shè)中不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施之一。通過三維激光掃描技術(shù)，可以對農(nóng)村道路進(jìn)行高精度的三維測量和建模，以便更好地進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計。首先，激光掃描儀可以對道路表面進(jìn)行全面、精確地掃描，得到道路表面的三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，可以提取出道路的各種參數(shù)，如道路寬度、坡度、曲率等，為道路的設(shè)計和改造提供科學(xué)依據(jù)。其次，三維激光掃描技術(shù)可以快速準(zhǔn)確地測量道路的長度、寬度和面積等參數(shù)，比傳統(tǒng)測量方法更加高效、精準(zhǔn)。這樣可以節(jié)省大量時間和人力成本，提高測量的效率和準(zhǔn)確性。此外，三維激光掃描技術(shù)還可以檢測道路表面的裂縫、坑洼等缺陷，便于及時發(fā)現(xiàn)和修補，提高了道路的使用壽命和安全性。

3.4農(nóng)田土地的三維測量

三維激光掃描技術(shù)在農(nóng)田土地的測量和分析中也有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的農(nóng)田測量方式往往需要人工進(jìn)行，不僅費時費力，而且精度難以保證。而采用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行農(nóng)田土地的測量和分析，不僅可以快速高效地獲取土地的三維坐標(biāo)信息，還可以獲取土地的地形地貌信息、土壤質(zhì)量分布等重要數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。在農(nóng)田土地的三維測量中，三維激光掃描技術(shù)可以通過掃描整個農(nóng)田的地表，獲取農(nóng)田地形的三維坐標(biāo)信息。同時，激光掃描儀還可以掃描到土地表層的植被覆蓋情況，包括作物的種植情況和生長狀態(tài)等，這些信息對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土地管理都非常有價值。通過對農(nóng)田的三維坐標(biāo)信息進(jìn)行分析，可以獲得農(nóng)田的面積、坡度、高程等基本信息，以及不同地塊的土壤質(zhì)量分布、水分含量等重要數(shù)據(jù)［6］。基于三維激光掃描技術(shù)的農(nóng)田土地測量和分析，不僅可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，還可以為農(nóng)田管理提供有效的決策依據(jù)。比如，在進(jìn)行土地改良時，可以根據(jù)不同地塊的土壤質(zhì)量分布情況進(jìn)行針對性處理。

4三維激光掃描技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的實踐案例陜西某村莊的三維掃描和建模是典型的三維激光掃描技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用案例。在該項目中，使用激光掃描儀對村莊進(jìn)行了精確的三維掃描，并將

掃描結(jié)果轉(zhuǎn)化為點云數(shù)據(jù)。利用點云數(shù)據(jù)，可以對村莊的地形地貌和建筑物進(jìn)行高精度的測量和分析，同時獲取全面的建筑物信息，包括建筑物的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸和位置等。在三維建模方面，采用了專業(yè)的建模軟件對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化，生成了高精度的三維模型。通過對三維模型的可視化和分析，可以更加直觀地了解村莊的空間布局和建筑物分布情況，從而更好地進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計。同時，三維模型還可以為村莊的文化保護(hù)和旅游開發(fā)提供參考和支持，使村莊得到更好的發(fā)展和利用?？傮w來說，陜西某村莊的三維掃描和建模項目為新農(nóng)村建設(shè)提供了有益的經(jīng)驗和參考。在未來的新農(nóng)村建設(shè)中，可以利用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行更加精確和全面的測量和分析，為農(nóng)村規(guī)劃、設(shè)計和管理提供更加科學(xué)和有效的支持。

5結(jié)束語

在新農(nóng)村建設(shè)和城市更新中，三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。通過對地形地貌、建筑物、道路和土地等進(jìn)行三維掃描和建模，可以更加全面地了解農(nóng)村環(huán)境和資源情況，為規(guī)劃和設(shè)計提供有力的支持。同時，三維激光掃描技術(shù)也面臨著一些局限性和挑戰(zhàn)，仍需要繼續(xù)不斷地研究和創(chuàng)新。相信隨著科技的發(fā)展和相關(guān)應(yīng)用的不斷推進(jìn)，三維激光掃描技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中將會發(fā)揮越來越重要的作用，為農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)和城鄉(xiāng)融合發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：李萬春，男，河南洛陽人，助教，本科，研究方向：測繪科學(xué)與技術(shù)。