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摘要：市政道路工程是我国市政建设的重要组成部分，为了切实保证其稳定性与安全性，有必要采用相应的三维激光扫描技术进行实时监测。本文简略阐述了三维激光扫描技术的系统原理以及数据结构特点，同时从相关实际案例入手，对市政道路工程中的具体应用展开了详细分析。
关键词：三维激光扫描技术；市政道路工程；道路地形测绘
1.引言
三维激光扫描技术有着自动化、精度高以及非接触性等优势，已经广泛应用在各个领域各个行业，并取得了良好的效果，在市政道路工程中也同样，但尽管目前该技术相比以往已经有所进步，但在实际应用过程中仍然存在部分阻碍因素，制约着市政道路工程的高效开展，所以应加强对该技术的深入研究。
2.三维激光扫描技术
2.1系统原理。目前，三维激光扫描技术发展速度比较快，所涉及的应用学科比较多，有着较强的学科应用优势。但是传统的工程测绘技术相比，三维激光扫描技术在工作模式上有着一定的差异性，该技术的应用能够完成大规模范围内的数据采集，进而获得三维空间坐标数据，提升测量的精准性。该技术的工作原理是通过使用内部测量设备对距离点进行测量工作，同时以水平以及垂直方面的观测角度实现对于测量点三维空间坐标的确定。与此同时，应用该技术还能够在明确测量点能量差异的基础上更加精准地分析以及判断颜色信息。测量点的计算公式如下所示：X=ScosαcosβY=ScosαsinβΖ=Ssinα在运用该技术的过程中，在考虑测量点三维空间坐标数据准确性时，工作人员要先明确测量点至设备之间的实际距离，同时还要注意，在对相同的测量点进行不同方式的测距时存在不同的精度。因此，工作人员务必要深入探析该技术的系统原理，以便优化选择最适合的测距方式，有效提升设备测量精准度。
2.2数据结构特点。通常情况下，三维激光扫描技术是利用直线数据采集方式进行数据采集，具备一定的次序关系。通过扫描获得云数据构成像素点，具体的排列方式主要是根据矩阵的方式进行依次排列。在市政道路工程中应用三维激光扫描技术，既能够获得目标区域内的相关信号，同时还能够获取相关的激光反射强度信息、颜色信息以及空间坐标等，以此明确更加精确的扫描数据。一般情况下，数据是通过保存为纯文本TXT的格式进行储存的，该技术的应用能够在获取相关空间数据时体现出密度高、数据量大以及立体化的特点。除此以外，工作人员应建立三维数字模型，经过相关的数字处理评估流程，充分发挥在数据采集工作中的应用价值。
3.三维激光扫描技术在市政道路工程中的应用
3.1市政道路工程地形图测绘。现如今，三维激光扫描技术广泛应用于市政道路工程地形图测绘中，在开展市政道路工程测绘工作的过程中常常受到一些条件的限制，包括交通复杂、车流和人流众多等，尽管测绘人员能够在实地开展测绘工作，但事实上对于自身安全有着极大的隐患。而三维激光扫描技术的应用能够代替人工实地测绘，高效地完成道路地形的测量以及绘制工作，此举对于减轻人工的压力，降低人工成本有着重要意义。市政道路工程地形图测绘中三维激光扫描技术的应用主要可以分为三个步骤，首先是用三维激光扫描进行测量，进而获得相应的数据，其次是针对数据开展相应的处理工作，最后便是将具体的地底物地貌提取出来，便能够获得较为精确的地形图。
3.2市政道路工程地物提取和绘制。不管是市政道路修复工程还是新建市政道路工程，相关工作人员都要完成对于工程途径范围内的各个公共设施的全面收集工作，包括公交站点、电线杆、车道变道线、斑马线、下水道井盖、隔离带以及建筑物等。市政道路工程整体地物数量极大，种类繁杂，若是单纯应用以往传统的方式方法，势必会增加作业员的工作量，使得人力成本出现不必要的浪费，同时还会产生诸多漏提现象。若是灵活应用三维激光扫描技术，能够通过数据的形式提取出地面标识、建筑物等，采用相应的数据处理方式进行数据提取，以此实现固定输出格式呈现出的道路工程沿线的地物数据。
3.3市政道路工程等高线生成。三维激光扫描技术的应用能够助力市政道路工程等高线的生成，主要便是在原有的地形图上去除掉一些无关紧要的建筑以及植被等地物。以往在获取市政道路工程等高线的过程中，通常都是采用自动以及人为的方式将无关地物除去，进而得到相应的地貌图，在完成数据计算工作之后，上传以及处理，周而复始，便可最终在构建不规则三角网的基础上获得相应的等高线。三维激光技术相比上述传统的等高线获取方法具有更多的优势，包括精准度更高、工作量更少，所得出的地形地貌更加清晰。
3.4市政道路工程土方计算。以往我国在计算市政道路工程土方量的过程大多应用RTK、水准仪以及GPS等仪器设备，详细测量地表实际的凹凸情况，并利用数字地面模型计算市政道路工程的土方量。该类传统的市政道路工程土方计算方法具有一定的局限性，一方面该方法的工作量比较大，所受到的影响因素较多，具有不稳定和不可控性。另一方面，因为测量样点有着较大的时间间隔，所以会存在精度比较低的问题。但三维激光扫描技术的应用有效弥补传统计算方法所具有的局限性，能够减少深入到野外开展样点采集的工作，并直接在数据处理的基础上完成基准面的构建，当去除无关地物后便能够形成数字高程模型，直接完成对于工程土方量的计算工作。
3.5市政道路工程变形监测。将三维激光扫描技术应用于市政道路变形监测中，能够构建起更加系统的道路三维数据模型，针对整个道路开展周期性扫描工作，进而获得点云数据，同时通过设备内部处理器的应用，将相关数据导入到Geomagicstudio内，可以建立起更加具体的三维数据模型，高效开展数据采集、处理以及评估等工作。在进行数据采集的过程中，将三维激光技术设备安置在所要勘测道路的周围，确保测量视野的开阔性，在道路周围设置六个数据采集点。在进行数据处理过程中，工作人员主要从以下三方面入手，首先对于点云数据的拼接和纠正，其次是点云数据的滤波过程，最后是数据的缩减过程。针对点云数据开展与处理的工作中，大多是运用人工的手段删除多余的测量点，然后需要分析点云数据的误差，依据误差理论展开探究［1］。
4.三维激光扫描技术在市政道路工程中的应用案例
4.1工程概况。本文以某道路为例对三维激光扫描技术在市政道路工程中的应用进行分析，该道路面临着工程较大的返修工作，要详细测量现状地形，以此明确道路纵横断面的实际情况，该道路周围有机场，交通情况比较复杂，而且市政附属设施比较多，实际的测量环境存在极为不稳定的问题，若是仍然沿用以往传统的作业方式，势必会阻碍测量工作的正常开展，同时还会对工作人员的安全造成极大威胁。基于此，相关专家在经过详细考虑之后，决定在对该市政道路工程现场地形数据的采集工作中应用三维激光扫描仪，通过使用现场点云数据明确相应的道路纵横断面，为科学系统的方案设计创造条件。
4.2数据采集与处理。在该工程上，主要采用的是Leica公司的P40三维激光扫描仪，该设备具有一定的先进性，主要包含着HDR图像技术、MixedPixels技术、WFD波形数字化技术以及测距测角技术，上述功能增加了该三维激光扫描仪的稳定性，同时提升了实际的应用性能，能够在270m以内完成相应的扫描工作，可以有效完成各类扫描任务。在开展扫描作业之前，要事先将控制点分别布设在测区范围之内，要注意的是，工作人员应严格从《卫星定位城市测量技术规范》中所规定的要求以及标准出发，选用城市CORS系统开展相应的布设工作，在高程控制方面要采用《工程测量规范》中四等水准测量技术标准进行布设。工作人员应于控制点处加设仪器完成扫描工作，选用常规控制测量手段进行控制测量工作，再运用水准仪和GPS在道路沿线布设相应的控制点。在道路沿线进行扫描的过程中，要在测站之间完成各个公共靶标的布设，将其应用于点云拼接，在完成相应的扫描工作之后便在Cyclone软件中导入相关数据，并进行点云拼接以及转换坐标系，根据里程桩号在软件内部开展点云切片，以此获得相应的纵横断面。最后便要采用全站仪，针对断面点高程以及地物点高程展开高精度的全面检查［2］。
4.3点云拼接与去噪。在点云拼接与去噪方面，应在道路沿线进行设站，开展扫描工作，并设置3个以上的标靶与测站之间，充分利用相邻测站间的同名标靶以及事先布设的控制点使得全部测站点云转换到城市坐标系下。现场扫描点云效果如图1所示。从上图可以看出，该次拼接所产生的最大误差是1.4cm，同《工程测量规范》中所规定的地形图测图精度相符，在完成拼接之后的点云进行去噪之后会呈现出的效果，如图2所示。
4.4断面成果生成。在断面成果生成方面，该工程主要采用两种方式对道路横断面进行绘制，一是根据点云成果，对道路纵横断面所需要的坐标点进行提取，然后再使用相应的纵横断面一体化软件对道路纵横断面进行绘制。二是根据设计里程桩号，对点云进行直接的切片处理，明确切片数据的基础上直接生成道路纵横断面，上述两种方法都能够达到所想要的实际效果，相比较，第二种方式的应用更加高效［3］。
4.5精度评定。精度评定是较为重要的工作环节之一，在该工程中主要是使用全站仪对20个纵断面点坐标进行采集，以此开展对于三维激光点云生成的道路断面成果的精度评定工作。工作人员在测量工作中要严格从《工程测量规范》中地形测量基本精度要求出发，同时在采集数据的过程中还要同棱镜作业相配合，对其测距长度进行控制，使其能够保持在150m范围内，以此保障全站仪实际测量数据的精确度。相关计算表明，该地物检查点平面中误差有7.61cm，高程中误差则有0.91cm,而纵断面高程中误差则为0.78cm,由此可见，其误差范围同相关《工程测量规范》相符。通常情况下，在采用传统方式测量道路地形和纵横断面时，大多会对陡坎、台阶、路中以及路边等特征点进行采集，所以最终得出的断面数据具有较大的误差，并不具备较高的应用价值［4］。但三维激光扫描技术的应用只需要进行简单的设站扫描便可以完成对于路面三维点云的精确采集，有着作业时间短、数据精确度高等多方面优势，同时工作量计算能够同实际情况相符合。除此以外，在市政道路工程中应用三维激光扫描技术，外业人员的工作强度有所降低，切实提高了工作人员的作业效率，对于市政道路工程的顺利进行起着积极作用。
5.结论
优化应用三维激光扫描技术能够提升市政道路工程的实际建设质量，凭借更加便捷、精度高以及准确性强等特点，对于市政道路工程测绘等各方面工作的高效完成有着积极的促进作用。因此，有关人员要加强对该技术的重视程度，加强在市政道路工程中的应用，以推动我国市政工程的现代化发展进程。
参考文献：
［1］曹建军.三维激光扫描技术在市政道路工程断面测量中的应用[J].测绘与空间地理信息,2020,43（4）:108-109,113.
［2］刘远森,刘亮亮,高强.三维激光扫描仪在道路工程中的应用分析[J].智能建筑与智慧城市,2020,（4）:103-105.
［3］薛广杰,李春伟.三维激光扫描技术在道路测绘中的应用研究[J].中国房地产业,2019,（30）:236.
［4］万飞,许小金.三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用[J].中小企业管理与科技,2018,（14）:114-115.
作者:何明 单位:安徽省地质矿产勘查局325地质队