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摘要：市政道路工程是我國市政建設的重要組成部分，為了切實保證其穩定性與安全性，有必要采用相應的三維激光掃描技術進行實時監測。本文簡略闡述了三維激光掃描技術的系統原理以及數據結構特點，同時從相關實際案例入手，對市政道路工程中的具體應用展開了詳細分析。
關鍵詞：三維激光掃描技術；市政道路工程；道路地形測繪
1.引言
三維激光掃描技術有著自動化、精度高以及非接觸性等優勢，已經廣泛應用在各個領域各個行業，并取得了良好的效果，在市政道路工程中也同樣，但盡管目前該技術相比以往已經有所進步，但在實際應用過程中仍然存在部分阻礙因素，制約著市政道路工程的高效開展，所以應加強對該技術的深入研究。
2.三維激光掃描技術
2.1系統原理。目前，三維激光掃描技術發展速度比較快，所涉及的應用學科比較多，有著較強的學科應用優勢。但是傳統的工程測繪技術相比，三維激光掃描技術在工作模式上有著一定的差異性，該技術的應用能夠完成大規模范圍內的數據采集，進而獲得三維空間坐標數據，提升測量的精準性。該技術的工作原理是通過使用內部測量設備對距離點進行測量工作，同時以水平以及垂直方面的觀測角度實現對于測量點三維空間坐標的確定。與此同時，應用該技術還能夠在明確測量點能量差異的基礎上更加精準地分析以及判斷顏色信息。測量點的計算公式如下所示：X=ScosαcosβY=ScosαsinβΖ=Ssinα在運用該技術的過程中，在考慮測量點三維空間坐標數據準確性時，工作人員要先明確測量點至設備之間的實際距離，同時還要注意，在對相同的測量點進行不同方式的測距時存在不同的精度。因此，工作人員務必要深入探析該技術的系統原理，以便優化選擇最適合的測距方式，有效提升設備測量精準度。
2.2數據結構特點。通常情況下，三維激光掃描技術是利用直線數據采集方式進行數據采集，具備一定的次序關系。通過掃描獲得云數據構成像素點，具體的排列方式主要是根據矩陣的方式進行依次排列。在市政道路工程中應用三維激光掃描技術，既能夠獲得目標區域內的相關信號，同時還能夠獲取相關的激光反射強度信息、顏色信息以及空間坐標等，以此明確更加精確的掃描數據。一般情況下，數據是通過保存為純文本TXT的格式進行儲存的，該技術的應用能夠在獲取相關空間數據時體現出密度高、數據量大以及立體化的特點。除此以外，工作人員應建立三維數字模型，經過相關的數字處理評估流程，充分發揮在數據采集工作中的應用價值。
3.三維激光掃描技術在市政道路工程中的應用
3.1市政道路工程地形圖測繪?，F如今，三維激光掃描技術廣泛應用于市政道路工程地形圖測繪中，在開展市政道路工程測繪工作的過程中常常受到一些條件的限制，包括交通復雜、車流和人流眾多等，盡管測繪人員能夠在實地開展測繪工作，但事實上對于自身安全有著極大的隱患。而三維激光掃描技術的應用能夠代替人工實地測繪，高效地完成道路地形的測量以及繪制工作，此舉對于減輕人工的壓力，降低人工成本有著重要意義。市政道路工程地形圖測繪中三維激光掃描技術的應用主要可以分為三個步驟，首先是用三維激光掃描進行測量，進而獲得相應的數據，其次是針對數據開展相應的處理工作，最后便是將具體的地底物地貌提取出來，便能夠獲得較為精確的地形圖。
3.2市政道路工程地物提取和繪制。不管是市政道路修復工程還是新建市政道路工程，相關工作人員都要完成對于工程途徑范圍內的各個公共設施的全面收集工作，包括公交站點、電線桿、車道變道線、斑馬線、下水道井蓋、隔離帶以及建筑物等。市政道路工程整體地物數量極大，種類繁雜，若是單純應用以往傳統的方式方法，勢必會增加作業員的工作量，使得人力成本出現不必要的浪費，同時還會產生諸多漏提現象。若是靈活應用三維激光掃描技術，能夠通過數據的形式提取出地面標識、建筑物等，采用相應的數據處理方式進行數據提取，以此實現固定輸出格式呈現出的道路工程沿線的地物數據。
3.3市政道路工程等高線生成。三維激光掃描技術的應用能夠助力市政道路工程等高線的生成，主要便是在原有的地形圖上去除掉一些無關緊要的建筑以及植被等地物。以往在獲取市政道路工程等高線的過程中，通常都是采用自動以及人為的方式將無關地物除去，進而得到相應的地貌圖，在完成數據計算工作之后，上傳以及處理，周而復始，便可最終在構建不規則三角網的基礎上獲得相應的等高線。三維激光技術相比上述傳統的等高線獲取方法具有更多的優勢，包括精準度更高、工作量更少，所得出的地形地貌更加清晰。
3.4市政道路工程土方計算。以往我國在計算市政道路工程土方量的過程大多應用RTK、水準儀以及GPS等儀器設備，詳細測量地表實際的凹凸情況，并利用數字地面模型計算市政道路工程的土方量。該類傳統的市政道路工程土方計算方法具有一定的局限性，一方面該方法的工作量比較大，所受到的影響因素較多，具有不穩定和不可控性。另一方面，因為測量樣點有著較大的時間間隔，所以會存在精度比較低的問題。但三維激光掃描技術的應用有效彌補傳統計算方法所具有的局限性，能夠減少深入到野外開展樣點采集的工作，并直接在數據處理的基礎上完成基準面的構建，當去除無關地物后便能夠形成數字高程模型，直接完成對于工程土方量的計算工作。
3.5市政道路工程變形監測。將三維激光掃描技術應用于市政道路變形監測中，能夠構建起更加系統的道路三維數據模型，針對整個道路開展周期性掃描工作，進而獲得點云數據，同時通過設備內部處理器的應用，將相關數據導入到Geomagicstudio內，可以建立起更加具體的三維數據模型，高效開展數據采集、處理以及評估等工作。在進行數據采集的過程中，將三維激光技術設備安置在所要勘測道路的周圍，確保測量視野的開闊性，在道路周圍設置六個數據采集點。在進行數據處理過程中，工作人員主要從以下三方面入手，首先對于點云數據的拼接和糾正，其次是點云數據的濾波過程，最后是數據的縮減過程。針對點云數據開展與處理的工作中，大多是運用人工的手段刪除多余的測量點，然后需要分析點云數據的誤差，依據誤差理論展開探究［1］。
4.三維激光掃描技術在市政道路工程中的應用案例
4.1工程概況。本文以某道路為例對三維激光掃描技術在市政道路工程中的應用進行分析，該道路面臨著工程較大的返修工作，要詳細測量現狀地形，以此明確道路縱橫斷面的實際情況，該道路周圍有機場，交通情況比較復雜，而且市政附屬設施比較多，實際的測量環境存在極為不穩定的問題，若是仍然沿用以往傳統的作業方式，勢必會阻礙測量工作的正常開展，同時還會對工作人員的安全造成極大威脅?；诖耍嚓P專家在經過詳細考慮之后，決定在對該市政道路工程現場地形數據的采集工作中應用三維激光掃描儀，通過使用現場點云數據明確相應的道路縱橫斷面，為科學系統的方案設計創造條件。
4.2數據采集與處理。在該工程上，主要采用的是Leica公司的P40三維激光掃描儀，該設備具有一定的先進性，主要包含著HDR圖像技術、MixedPixels技術、WFD波形數字化技術以及測距測角技術，上述功能增加了該三維激光掃描儀的穩定性，同時提升了實際的應用性能，能夠在270m以內完成相應的掃描工作，可以有效完成各類掃描任務。在開展掃描作業之前，要事先將控制點分別布設在測區范圍之內，要注意的是，工作人員應嚴格從《衛星定位城市測量技術規范》中所規定的要求以及標準出發，選用城市CORS系統開展相應的布設工作，在高程控制方面要采用《工程測量規范》中四等水準測量技術標準進行布設。工作人員應于控制點處加設儀器完成掃描工作，選用常規控制測量手段進行控制測量工作，再運用水準儀和GPS在道路沿線布設相應的控制點。在道路沿線進行掃描的過程中，要在測站之間完成各個公共靶標的布設，將其應用于點云拼接，在完成相應的掃描工作之后便在Cyclone軟件中導入相關數據，并進行點云拼接以及轉換坐標系，根據里程樁號在軟件內部開展點云切片，以此獲得相應的縱橫斷面。最后便要采用全站儀，針對斷面點高程以及地物點高程展開高精度的全面檢查［2］。
4.3點云拼接與去噪。在點云拼接與去噪方面，應在道路沿線進行設站，開展掃描工作，并設置3個以上的標靶與測站之間，充分利用相鄰測站間的同名標靶以及事先布設的控制點使得全部測站點云轉換到城市坐標系下。現場掃描點云效果如圖1所示。從上圖可以看出，該次拼接所產生的最大誤差是1.4cm，同《工程測量規范》中所規定的地形圖測圖精度相符，在完成拼接之后的點云進行去噪之后會呈現出的效果，如圖2所示。
4.4斷面成果生成。在斷面成果生成方面，該工程主要采用兩種方式對道路橫斷面進行繪制，一是根據點云成果，對道路縱橫斷面所需要的坐標點進行提取，然后再使用相應的縱橫斷面一體化軟件對道路縱橫斷面進行繪制。二是根據設計里程樁號，對點云進行直接的切片處理，明確切片數據的基礎上直接生成道路縱橫斷面，上述兩種方法都能夠達到所想要的實際效果，相比較，第二種方式的應用更加高效［3］。
4.5精度評定。精度評定是較為重要的工作環節之一，在該工程中主要是使用全站儀對20個縱斷面點坐標進行采集，以此開展對于三維激光點云生成的道路斷面成果的精度評定工作。工作人員在測量工作中要嚴格從《工程測量規范》中地形測量基本精度要求出發，同時在采集數據的過程中還要同棱鏡作業相配合，對其測距長度進行控制，使其能夠保持在150m范圍內，以此保障全站儀實際測量數據的精確度。相關計算表明，該地物檢查點平面中誤差有7.61cm，高程中誤差則有0.91cm,而縱斷面高程中誤差則為0.78cm,由此可見，其誤差范圍同相關《工程測量規范》相符。通常情況下，在采用傳統方式測量道路地形和縱橫斷面時，大多會對陡坎、臺階、路中以及路邊等特征點進行采集，所以最終得出的斷面數據具有較大的誤差，并不具備較高的應用價值［4］。但三維激光掃描技術的應用只需要進行簡單的設站掃描便可以完成對于路面三維點云的精確采集，有著作業時間短、數據精確度高等多方面優勢，同時工作量計算能夠同實際情況相符合。除此以外，在市政道路工程中應用三維激光掃描技術，外業人員的工作強度有所降低，切實提高了工作人員的作業效率，對于市政道路工程的順利進行起著積極作用。
5.結論
優化應用三維激光掃描技術能夠提升市政道路工程的實際建設質量，憑借更加便捷、精度高以及準確性強等特點，對于市政道路工程測繪等各方面工作的高效完成有著積極的促進作用。因此，有關人員要加強對該技術的重視程度，加強在市政道路工程中的應用，以推動我國市政工程的現代化發展進程。
參考文獻：
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［2］劉遠森,劉亮亮,高強.三維激光掃描儀在道路工程中的應用分析[J].智能建筑與智慧城市,2020,（4）:103-105.
［3］薛廣杰,李春偉.三維激光掃描技術在道路測繪中的應用研究[J].中國房地產業,2019,（30）:236.
［4］萬飛,許小金.三維激光掃描技術在道路工程測繪中的應用[J].中小企業管理與科技,2018,（14）:114-115.
作者:何明 單位:安徽省地質礦產勘查局325地質隊