三维激光扫描技术在道路工程测量中的应用探讨

时间:2022-05-21 09:44:01 来源:网友投稿

zoޛ)j首文章简要介绍了三维激光扫描技术的概念,探讨三维激光扫描技术在当前道路工程测量中的具体应用。

关键词:三维激光扫描技术;道路工程;测量

随着我国经济的快速发展以及科学技术的不断提升,在当前道路工程建设中,对三维激光扫描技术的使用越来越频繁,相比传统测绘手段,三维激光扫描技术有的更多的有点,对提高道路工程建设质量有重要意义。

1 技术概况

1.1 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术主要是通过激光扫描对目标的整体或局部进行高精度测量,以获得目标的线、面、体、空间等三维数据,然后在计算机系统中重建目标的思维模型与数据。在目标数据的采样中,采样点分布可以称作“点云”[ 1 ]。

三维激光扫描核心技术是空间点阵扫描。主要是根据扫描仪器与目标的距離对采样点的大小进行划分。其中激光扫描又可以分为远、中、近三种距离,精度也各部相同,因此适用于不同的对象。通常而言,中远距离常用于大型目标的测量,近距离常用于小物体的思维精确建模。

1.2 道路工程中思维激光扫描原理

在道路工程测量中,使用的是地面三维激光扫描仪,系统主要由扫描仪、电源以及控制器三个部件组成。扫描仪的内部有独立的坐标系统,在测量时以仪器的所处位置为坐标原点,X轴在横向的扫描面,Y轴与X轴垂直,Z周与横向扫描面垂直,在XOY这个测量面中有一个反射镜,在实际测量中快速旋转,使激光能够快速扫描被测目标,得出相应的数据。

2 道路工程中三维激光扫描作业流程

在实际的道路工程测量中,三维激光作业通常包括了外业数据采集与内业数据处理两个工作内容。

2.1 外业数据采集

外业数据采集中要设置一定距离的标靶并且对测量点进行布设,然后对目标进行全景扫描,数据扫描内容包括了三维激光扫描与标靶三维坐标测量。

2.1.1 标靶与测量点的布置

在道路测量中,由于激光的射程有限,因此三维激光扫描仪只能测量一定长度。同时激光扫描仪与被扫描的目标常常会形成不同的夹角,使最终测量空间的分辨率不同,并且夹角越小,分辨率会越低;另外,在道路工程测量中,还受到山体的影响,存在激光不能通过障碍物的情况,因此测量一条道路需要设置很多的测站,而如何将各测站的数据连成一体,就需要标靶来完成,根据扫描仪的侧成,在各相邻测站的重合位置布设3个以上不规则图形的标靶,供后续处理时点云拼接。

2.1.2 确定采样间隔与扫描作业

在实际道路工程测量中,设置采样点的间隔非常关键,间隔太大或者间隔密集都会影响测量精度,对后期数据的处理也会造成巨大的影响;尤其是如果间隔太小,往往会收获庞大的点云数据,这会造成数据传输、存储以及处理过程的复杂性提升,降低测量效率。

在道路前方无障碍的情况下,每个站点的测量距离在30~50米范围,这能保证相邻测站有一定的点云重叠部分。如果道路前方存在一些障碍,则可以适当缩短扫描的距离,直至完成整个道路测绘任务。

2.2 内业数据处理

使用地面三维激光扫描仪收集到的数据量和数据种类比较庞大,既有有用的信息,也包含树木、车辆、行人等无用的数据,因此需要经过相应的处理,将无用的信息剔除,然后对有用的信息进行分析,从道路扫描到数据处理的一整套流程如图1所示。

2.2.1 数据滤波

采集到的数据,由于里面包含行人、车辆、树木等噪声数据,这些数据对道路测量没有任何作用,因此需要将这些数据剔除,剔除的过程也叫做数据滤波[ 2 ]。在处理过程中主要利用噪声数据不连续、无规律、稀疏与杂乱的特点。

2.2.2 点云拼接

从各个测点上扫描到的点云数据,需要通过标靶将这些数据拼接成连贯的数据,这个过程就叫做点云拼接,然后通过控制点构建三维坐标,将拼接后的点云放入到三维坐标系中。

2.2.3 平面虚拟测量

点云数据有测量点的坐标点位组成,尚且不能形成有参考价值的信息,因此还需要结合使用CCD相机拍摄的图像,通过计算机处理平台,将拼接的点云数据与影响结合,将这些数据在实景中标识出来,表明高程点信息,形成所需的地形图。

2.2.4 DEM建模,生成等高线以及纵横断面图

经过点云拼接以及虚拟测量成的点云呈三维离散,将这些空间点借助计算机软件构成连续的不规则三角网,连接成等高线,就可以根据实际需求设置等高线的间距,然后根据道路设计的要求确定断面的间距以及断面的宽度,以形成任意纵横断面图。

3 结语

在当前道路测量中,三维激光扫描技术应具有速度快、操作简单、节省人力以及强大的数据后续处理能力,完全满足我国道路工程设计以及施工的需求。对于三维激光扫描技术在道路工程领域中的应用,如果在现有的使用成果上进行继续的深入挖掘与分析,该技术可以有更好的发展,应用范围也将更加广阔。

参考文献:

[1] 刘盈.浅谈地面三维激光扫描技术在市政工程测量中的应用[J].北京测绘,2012(01):67-68.

[2] 孔祥玲,欧斌.三维激光扫描技术在隧道工程竣工测量中的应用研究[J].城市勘测,2013(02):100-102.

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