基于三维激光的工程测量技术研究

任士峰

（维吾尔自治区有色地质勘查局七０六队，　阿勒泰　８３６５００）

三维激光扫描技术是一种在工程测量验收中被广泛应用的测量技术。与传统的工程测量方法相比较，三维激摘 要：

光扫描技术能够在任何复杂的施工环境中对被测对象进行准确的测量，从而在最短的时间内得出被测对象表面的三维坐标数据。本文是在三维激光扫描技术的基础之上对工程测量技术进行了研究，并结合相关的测量案例将三维激光扫描技术在工程施工过程中的测量步骤进行了详细的阐述。

三维激光测量；工程施工；竣工测量关键词：

Ｕ４１２．２４　　Ａ　　１００２－５０６５（２０１９）２３－０１８３－２中图分类号：文献标识码：文章编号：

Research on engineering measurement technology based on 3D laser

REN󰀁Shi-feng

（Ｇｒｏｕｐ　７０６，　Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｕｙｇｕｒ　Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ　Ｒｅｇｉｏｎ　Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕ，　Ａｌｔａｙ　８３６５００，Ｃｈｉｎａ）

Abstract: ３Ｄ　ｌａｓｅｒ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ａ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ．　

Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ，　３Ｄ　ｌａｓｅｒ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｃａｎ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｏｂｊｅｃｔ　ｉｎ　ａｎｙ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，　ｓｏ　ａｓ　ｔｏ　ｏｂｔａｉｎ　ｔｈｅ　３Ｄ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｏｂｊｅｃｔ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｔｅｓｔ　ｔｉｍｅ．　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　３Ｄ　ｌａｓｅｒ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｔｅｐｓ　ｏｆ　３Ｄ　ｌａｓｅｒ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｃａｓｅｓ．

Keywords: ３Ｄ　ｌａｓｅｒ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；　ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ

目前，在项目的竣工测量中主要应用的是二维平面测量技术。采用二维平面测量技术可以为区域规划管理提供一些科学的数据知识。随着施工技术的快速发展，二维竣工测量图已经不能够满足现代化施工管理的需求，所以三维竣工测量技术广泛的应用到了竣工测量领域。

项目工程进行竣工测量的基本流程包括：测量前的准备工作、外业工作实施、测量目标的扫描、点云配准及坐标转换、全局坐标点云数据等。

2 三维竣工测量数据采集

与传统的竣工测量方法相比较，三维激光扫描技术具备以下优势：首先，在竣工测量的过程中应用地面三维激光扫描技术，可以依据在建项目的特点来进行数据测量，所以三维激光扫描技术可以很好的应用到规模较大、结构比较复杂的施工项目中，这样可以有效地避免因其结构复杂而导致测量工作无法开展现象的出现。其次，在竣工测量的过程中采用三维激光扫描技术可以提高所获得点云数据的可靠性和真实性。与二维竣工图相比较，三维激光扫描技术所得出的三维竣工图显得更加真实，同时还能大幅度缩小不同部门的专业。其次，利用三维激光扫描技术可以依据所测量的数据快速的得到三维模型，所以能够快速实现施工管理系统的智能化。（1）控制测量。为了能够充分的满足工程规划对该现代化施工项目测量数据精准度的要求标准，该在建工程在验收测量的过程中是以为《卫星定位城市测量技术规范》为依据开展的。该项目在竣工测量之前，在直径为80m的范围之内铺设了4个静态的GPS控制网，该GPS控制网能够将周边已完成的施工项目全部覆盖到其中。（2）激光扫描测量数据采集。该现代化在建项目在使用三维激光扫描技术所用的仪器的型号为RIEGL VZ-400三维激光扫描仪。该型号的三维激光扫描仪的反射距离为500m，并且依据项目施工的特点，在本次竣工验收测量中主要采用了以下两种测量方式。①单站绝对定向模式。单站决定定向模式是在使用三维激光扫描仪测量的过程中，在扫描仪器上设置相应的扫描数据，然后扫描仪就会依据测量人员所设置的相应参数进行扫描。②无靶标相对定向。无靶标相对定向的扫描方式指的将三维激光扫描仪中的GPS定位功能打开。打开三

2019年 12月上 世界有色金属183

1 工程总述及测量流程

（1）工程总述。该工程项目为结构复杂的集合是立面结

构，所以采用传统的规划验收测量方式对施工项目进行测量是很难开展的。因此，在该项目竣工验收的时候采用了三维激光扫描技术对其进行测量。（2）操作流程。鉴于上述的在建项目结构比较复杂，所以项目组决定采用三维激光扫描技术对其进行竣工验收的测量。其主要操作流程如下图1所示。

图1󰀁󰀁基于三维激光扫描技术的竣工测量流程图

通过图1可以知道，利用三维激光扫描技术对该现代化

２０１９－１１收稿日期：

任士峰，男，生于１９８７年，汉族，江苏人，本科，工程师，研作者简介：究方向：测量。

维激光扫描仪中的GPS定位功能，可以使得三维激光扫描仪在扫描测量项目不仅能够将相关数据测量出来，也能够将其PTK坐标扫描出来。因此，在竣工验收测量的过程中，采用五把标相对定向的扫描方式，不仅可以有效地提高外业作业的效率和质量，而且也有利于提高内页配准的效率。

员一般会选择房屋角或者是电线杆顶端等具有明显特征的

物点。②在储备的过程中也可以选择人工交互式移动测站。人工交互式移动测站一旦到达已配准站的相应位置，其匹配的精度将会非常的高。在点云数据粗配完成之后，软件会自动的将点元数据进行精准匹配，并且软件将保证点云数据的精准匹配的误差在0.01mm以内。

3 三维竣工扫描测量数据初步处理

在施工项目扫描工作完成之后，就需要将三维扫描仪所测得的点云数据进行初步的处理。

（1）点云去噪与修补。三维扫描仪所获得的原始点云数据会因为自然界相关因素的影响造成大部分的数据都会出现空洞和噪音的现象，所以导致原始点云质量不能够满足尖峰测量验收的标准，所以这就需要工作人员对原始点云数据进行去噪和补洞处理。

（2）点云数据配准。因为外业数据采集有两种方式，所以点云数据的配准也有相对应的两种方式。首先，后视定向配准。在对点云数据进行配准的过程中采用后定向配准的方式。采用后定向配准方式可以要求工作人员先在仪器那输入测站坐标和靶坐标，然后再使用仪器中厚设定项配置的模块对点云数据进行配准，从而能够得出整个点云数据的整体坐标。其次，站站间配准。站站间配准又被称为进行性粗配，而粗配的方式又可以采用两种不同的方法，如下所示：①在粗配的过程中又可以采用同名特征点的方法进行配准。但是如果想要采用同名特征点的方法进行配准至少需要选择四个同名点，这四个同名点要有相同的明显特征，所以测量人（上接182页）

岩体质量较差-中等，稳固性相对偏差，局部易产生坍塌、掉块、滑移等不良工程地质现象。中-微风化带整体岩石力学强度降低，工程地质条件中等，对坑道稳定性有一定影响。③坚硬工程地质岩组：岩性为新鲜坚硬的流纹斑岩和中粗粒二云母花岗岩。在饱和单轴抗压强度≥60MPa，岩层稳固性较好-好，一般不易产生不良工程地质问题。裂隙较发育段，岩体质量中等-较好，稳固性中等-较好。岩体结构类型为块状结构为主，工程地质条件总体较好。但局部受断裂、裂隙发育密集带影响可能会产生坍塌、掉块等不良工程地质现象。

4 结果分析

该项目在竣工验收测量的过程中采用的是地面三维激光扫描技术。并且该项目的测量人员将获得的点云数据进行了初步的处理，然后将处理过后的点云数据连成线，与全站仪所得出的测量数据进行比较。经过测量数据的比较得出，在测量的过程中采用三维激光扫描技术所测得的点云数据误差小于3.4cm，能够很好的满足竣工验收测量队误差的需求。因此，可以将地面三维激光扫描技术应用到施工完成验收测量工作中，从而能够有效地降低工程测量工作的难度。

5 结语

这篇文章对三维激光扫描技术的操作流程进行了详细的描述，并且以现代化在建工程项目为例子。通过前文的论述可以发现，将三维激光扫描技术利用到项目竣工验收测量过程中是非常可靠的。[1]󰀡王佳乐.三维激光扫描技术在道路工程测量中的应用[J].科技资

讯,2019,17(11):46+48.

4 工程地质条件评价

4.1 岩矿体质量评价

表1  岩矿体质量分析

饱和抗岩体质量指标

RQD岩石岩体完整

岩组压强度

（%）（）质量评价

（MPa）

构造角砾岩（矿化带）5338.860.07差中等完整

59.~0.11~差～

花岗岩57中等完整

61.150.12中等39.60~0.07~

流纹斑岩55差中等完整

41.370.08

半坚硬岩石软化系数0.79，属不易软化岩石，天然抗拉强度

6.84Mpa，RQD值为53%；按饱和单轴抗压强度R划分，矿区岩石属半坚硬岩为主、少数属坚硬岩和软弱岩。按照软化系数划分，矿区以不易软化岩石为主。（2）岩体质量分级。利用矿区等钻孔岩石物理力学试验成果,岩体质量指标M法对矿体及其顶底板岩石进行半定量评价。选择计算公式如下：M=RQD×Rc/300；其中：M——岩体质量指标；Rc——岩块饱和轴向抗压强度；

通过上表计算结果可以看出，矿化带及流纹斑岩岩石质量差，岩体中等完整，花岗岩岩石质量差-中等，岩体中等完整。

4.2 井巷围岩稳定性评价

矿区岩石属半坚硬岩为主，属较难软化的岩石，抗风化能力较好，岩矿石岩石质量中等的，岩体中等完整，矿体顶底板岩石整体稳固性较好，局部顶底板蚀变强烈，稳定性较差，开采时需加强支护。在破碎带及裂隙密集带处，稳固性变差，易造成掉块、坍塌等不良工程地质现象。

5 结论

矿区围岩由半坚硬岩为主，岩石力学强度中等、稳定性总体较好，属工程地质条件中等的矿床，基本适宜地下坑采。浅部开采时要注意围岩的风化带情况，深部开采时要注意围岩构造和矿脉蚀变破碎带来的影响。

[1]󰀡李智毅,杨裕云主编.工程地质学概论[M].武汉；中国地质大学出版

社，1994.10.

[2]󰀡刘志军,饶伟,李身想.《江西省定南县燕潭萤石矿详查报告》，2019.

（1）岩石物理力学性质。流纹斑岩饱和单轴抗压强度为

39.60Mpa~41.37Mpa，属半坚硬岩，软化系数0.77~0.78，属不易软化岩石，RQD值为55%；花岗岩饱和单轴抗压强度为59.Mpa~61.15Mpa，属半坚硬-坚硬岩，软化系数0.84，属不易软化岩石，天然抗拉强度6.84Mpa~7.16Mpa，RQD值为53%；矿体饱和单轴抗压强度为38.86Mpa，属

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