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[摘 要]三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，能对立体实物进行掃描，且具有速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征、性能更强的特点，可以极大地降低成本，节约时间，而且使用方便，其输出格式可直接与CAD、三维动画等工具软件接口。本文对三维激光扫描技术在公路工程测量中应用的可行性展开了研究，以供参考。
[关键词]三维激光扫描技术；公路工程测量；可行性
中图分类号：TH457 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
公路工程测量是公路设计的先导，公路建设的发展使其对测量精度与效率的要求不断提高，三维激光扫描技术可以利用高精度逆向三维建模和重构技术获得同步的三维坐标数据与数码照片等，以此建立三维数据模型，客观而真实的再现事物的形态等，是一种有效的空间数据测量技术，通过测试表明其测量过程与精度都可以满足公路工程的测量需求，是一种继GPS后的新一代工程测绘技术。
1 三维激光扫描技术介绍
1.1 技术优势
与基于全站仪或GPS的测量技术相比，三维激光扫描技术数据采集效率较高，且采样点数要多得多，形成了一个基于三维数据点的离散三维模型数据场，这能有效避免以往基于变形监测点数据的应力应变分析结果中所带有的局部性和片面性（即以点代面的分析方法的局限性）；与基于近景摄影测量的变形监测相比，尽管它无法像近景摄影那样能形成基于光线的连续三维模型数据场，但它比近景摄影具有更高的工作效率，并且其后续数据处理也更为容易，能快速准确地生成监测对象的三维数据模型。这些技术优势决定了激光三维扫描技术在隧道工程测量领域有着广阔的应用前景。
1.2 技术原理
三维激光扫描仪的工作原理如图1所示。三维激光扫描技术对于物体的测量能够达到毫米级别，将其应用在公路测量工作中就可以很好的解决数字地面模型的难题，下面就针对三维激光扫描技术在公路工程测量应用的可行性进行深入的分析。地面三维激光扫描仪与全站仪工作方式相似，都是通过激光测量斜距、水平角和垂直角来记录目标物体的三维坐标。但是地面三维激光扫描仪是连续获取大面积的目标点坐标，我们称之为点云数据。
2 公路工程中的可行性测量过程
2.1 点云获取及内业处理
工程场地限定后利用地面上的特征标志物作为测量的标志，利用三维激光扫描仪进行标志物的三维坐标测量，随后利用全站仪扫描测量范围内的散点，作为测量的补充。可行性试验中设定的扫描范围为5cm，点云控制点扫描的间距则降至5mm，扫描时间的长短根据扫描参数确定，然后将数据进行记录并传输至计算机进行后续分析。
2.2 数据的分析
因为在测试中标志点的扫描点的点距为5mm，其他部分则为5cm，因此可以很容易的区分标志点与其他位置。通过移动和旋转、放大，在点云图上对标志点进行定位，标志出点的位置，输入各个测点标志的坐标，通过软件就可以计算出点云工程坐标的匹配精度。
数据的筛分，外业扫描中会获得大量的点云，可以通过移动或者旋转、选择、删除等操作；或者通过对不同高度的地表植物进行人为的区块划分，对点云进行筛选与去除，从而获得有效的地表坐标。之后，利用滤波的方式降低“噪声”干扰。
2.3 測量的精度分析
测试中的工作点都在一个基础控制点上设立测量点站，采用的是J2级别的全站仪测量其水平角度与垂直角、距离等1个测回，基础控制点的本身存在误差但对点云测量不会产生干扰。测量点之间的相对平面位置中误差可以经过计算获得，同时，经过计算还可以得出点云控制点的精度。
3 实例分析
以北方某城市主干道为例：
3.1 点云获取
确定扫描区域后，架设好瑞格RIEGLVZ-4000激光扫描仪和控制标靶，用来定向和匹配点云，连接扫描仪和计算机，接通电源，扫描仪预热后，设置好扫描参数，扫描仪自动进行扫描工作。
3.2 内业处理
进行三维扫描仪的定向，即将扫描坐标系下的数据转化到大地坐标系下。在此过程中，需要通过GPS-RTK测定标靶的中心点大地坐标作为定向坐标。通过计算标志或标靶的中心坐标，采用公共点坐标转换，求得两坐标系之间的转换参数。
3.3 数据的分析
利用软件建立数据模型筛选出不需要的点云数据，之后再通过人工干预进行点云的分析编辑、剔除，这样才能够获取到理想的地表数据。为了提升测量精度，可以使用滤波方式来进行筛选，降低“噪声”影响，提高数据的精确度和有效性。
3.4 精度分析
由于本次试验对象是市区主干道，地物结构复杂、交通流量较大，采用全站仪和水平仪检测难度较大。故采用GPSRTK加点校正的测量方法进行检测。架设好GPSRTK基准站后，通过检测三维扫描仪附近的施工控制点坐标，确定GPSRTK测量数据的精度经检核控制点平面误差为0.009m，高程误差为0.005m。满足公路工程勘测规范要求点位误差平面小于0.05m，高程误差小于0.025m的要求。通过GPSRTK直接动态测量地物特征点的平面位置坐标和高程数据，检核三维扫描仪的点云精度。本次共测量特征点50个，通过分析计算平面位置最大误差为27.7cm，最小误差为0.6cm，中误差为15.1cm。高程误差最大值为18.4cm，最小值为0.0cm，中误差为11.8cm。数据分布成正态分布点位平面精度满足公路勘测规范1：500地形图平原区点位中误差精度小于0.3m的要求。高程数据满足公路勘测规范DTM平原区高程中误差精度小于0.2m的要求。
结束语
地面三维激光扫描技术可以在较短的时间内对目标进行高密度、高精度的测量，并获得三维空间信息，其扫描速度快、数据信息全面、精度高、过程简单、可以节约人力与资源，具有强大的后期处理能力，可以在公路工程测绘中取得一定的成功。
参考文献
[1] 谢向进.三维激光扫描用于公路勘测的可行性分析[J].地球，2014，（9）：234-235.
[2] 刘新强.三维激光扫描技术用于公路工程测量的可行性分析[J].黑龙江交通科技，2012，（4）：9-9，11.
[关键词]三维激光扫描技术；公路工程测量；可行性
中图分类号：TH457 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
公路工程测量是公路设计的先导，公路建设的发展使其对测量精度与效率的要求不断提高，三维激光扫描技术可以利用高精度逆向三维建模和重构技术获得同步的三维坐标数据与数码照片等，以此建立三维数据模型，客观而真实的再现事物的形态等，是一种有效的空间数据测量技术，通过测试表明其测量过程与精度都可以满足公路工程的测量需求，是一种继GPS后的新一代工程测绘技术。
1 三维激光扫描技术介绍
1.1 技术优势
与基于全站仪或GPS的测量技术相比，三维激光扫描技术数据采集效率较高，且采样点数要多得多，形成了一个基于三维数据点的离散三维模型数据场，这能有效避免以往基于变形监测点数据的应力应变分析结果中所带有的局部性和片面性（即以点代面的分析方法的局限性）；与基于近景摄影测量的变形监测相比，尽管它无法像近景摄影那样能形成基于光线的连续三维模型数据场，但它比近景摄影具有更高的工作效率，并且其后续数据处理也更为容易，能快速准确地生成监测对象的三维数据模型。这些技术优势决定了激光三维扫描技术在隧道工程测量领域有着广阔的应用前景。
1.2 技术原理
三维激光扫描仪的工作原理如图1所示。三维激光扫描技术对于物体的测量能够达到毫米级别，将其应用在公路测量工作中就可以很好的解决数字地面模型的难题，下面就针对三维激光扫描技术在公路工程测量应用的可行性进行深入的分析。地面三维激光扫描仪与全站仪工作方式相似，都是通过激光测量斜距、水平角和垂直角来记录目标物体的三维坐标。但是地面三维激光扫描仪是连续获取大面积的目标点坐标，我们称之为点云数据。
2 公路工程中的可行性测量过程
2.1 点云获取及内业处理
工程场地限定后利用地面上的特征标志物作为测量的标志，利用三维激光扫描仪进行标志物的三维坐标测量，随后利用全站仪扫描测量范围内的散点，作为测量的补充。可行性试验中设定的扫描范围为5cm，点云控制点扫描的间距则降至5mm，扫描时间的长短根据扫描参数确定，然后将数据进行记录并传输至计算机进行后续分析。
2.2 数据的分析
因为在测试中标志点的扫描点的点距为5mm，其他部分则为5cm，因此可以很容易的区分标志点与其他位置。通过移动和旋转、放大，在点云图上对标志点进行定位，标志出点的位置，输入各个测点标志的坐标，通过软件就可以计算出点云工程坐标的匹配精度。
数据的筛分，外业扫描中会获得大量的点云，可以通过移动或者旋转、选择、删除等操作；或者通过对不同高度的地表植物进行人为的区块划分，对点云进行筛选与去除，从而获得有效的地表坐标。之后，利用滤波的方式降低“噪声”干扰。
2.3 測量的精度分析
测试中的工作点都在一个基础控制点上设立测量点站，采用的是J2级别的全站仪测量其水平角度与垂直角、距离等1个测回，基础控制点的本身存在误差但对点云测量不会产生干扰。测量点之间的相对平面位置中误差可以经过计算获得，同时，经过计算还可以得出点云控制点的精度。
3 实例分析
以北方某城市主干道为例：
3.1 点云获取
确定扫描区域后，架设好瑞格RIEGLVZ-4000激光扫描仪和控制标靶，用来定向和匹配点云，连接扫描仪和计算机，接通电源，扫描仪预热后，设置好扫描参数，扫描仪自动进行扫描工作。
3.2 内业处理
进行三维扫描仪的定向，即将扫描坐标系下的数据转化到大地坐标系下。在此过程中，需要通过GPS-RTK测定标靶的中心点大地坐标作为定向坐标。通过计算标志或标靶的中心坐标，采用公共点坐标转换，求得两坐标系之间的转换参数。
3.3 数据的分析
利用软件建立数据模型筛选出不需要的点云数据，之后再通过人工干预进行点云的分析编辑、剔除，这样才能够获取到理想的地表数据。为了提升测量精度，可以使用滤波方式来进行筛选，降低“噪声”影响，提高数据的精确度和有效性。
3.4 精度分析
由于本次试验对象是市区主干道，地物结构复杂、交通流量较大，采用全站仪和水平仪检测难度较大。故采用GPSRTK加点校正的测量方法进行检测。架设好GPSRTK基准站后，通过检测三维扫描仪附近的施工控制点坐标，确定GPSRTK测量数据的精度经检核控制点平面误差为0.009m，高程误差为0.005m。满足公路工程勘测规范要求点位误差平面小于0.05m，高程误差小于0.025m的要求。通过GPSRTK直接动态测量地物特征点的平面位置坐标和高程数据，检核三维扫描仪的点云精度。本次共测量特征点50个，通过分析计算平面位置最大误差为27.7cm，最小误差为0.6cm，中误差为15.1cm。高程误差最大值为18.4cm，最小值为0.0cm，中误差为11.8cm。数据分布成正态分布点位平面精度满足公路勘测规范1：500地形图平原区点位中误差精度小于0.3m的要求。高程数据满足公路勘测规范DTM平原区高程中误差精度小于0.2m的要求。
结束语
地面三维激光扫描技术可以在较短的时间内对目标进行高密度、高精度的测量，并获得三维空间信息，其扫描速度快、数据信息全面、精度高、过程简单、可以节约人力与资源，具有强大的后期处理能力，可以在公路工程测绘中取得一定的成功。
参考文献
[1] 谢向进.三维激光扫描用于公路勘测的可行性分析[J].地球，2014，（9）：234-235.
[2] 刘新强.三维激光扫描技术用于公路工程测量的可行性分析[J].黑龙江交通科技，2012，（4）：9-9，11.